基于PIC16F877數(shù)字式直流調(diào)速系統(tǒng)畢業(yè)設計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY畢業(yè)設計題 目 ： 基于PIC16F877數(shù)字式直流調(diào)速系統(tǒng)設計學生姓名 XXXXXXXXX 學 號 聯(lián)系QQ 專業(yè)班級 電氣工程及其自動化 指導教師 XXXXX 學 院 繼續(xù)教育 答辯日期 2016年 9月 第 頁繼續(xù)教育學院畢業(yè)設計（論文）任務書題目 基于PIC16F877數(shù)字式直流調(diào)速系統(tǒng)設計 學生姓名 XXXX 班級 電氣工程及其自動化 學號聯(lián)系QQ 題目類型 工程設計 指導教師 XX 系主任 XX 一、畢業(yè)設計（論文）的技術(shù)背景和設計依據(jù)： 數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)，主要用于解決電動機轉(zhuǎn)速控制問題，其根

2、本任務就是通過單片機控制可控硅的觸發(fā)脈沖的脈沖寬度來改變電壓的。在整個系統(tǒng)中通過按鍵來控制電動機的正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，停車，并用交流電流互感器來測量主電路中的電流，通過三相整流橋?qū)y得的交流電流整流成直流,通過取樣電阻取樣，再經(jīng)過放大器放大，送入單片機進行AD轉(zhuǎn)換，在程序中進行電機的軟件保護。通過PID算法來調(diào)節(jié)電機的起動特性，限制起動電流，防止起動電流過大。電機的轉(zhuǎn)速用光電編碼器可以測出，測出的轉(zhuǎn)速值用數(shù)碼管顯示出來。整個系統(tǒng)中通過四個按鍵來實現(xiàn)控制：正轉(zhuǎn)按鍵，反轉(zhuǎn)按鍵，停車按鍵，參數(shù)設定按鍵。參數(shù)設定按鍵是來改變PWM的占空比，產(chǎn)生的PWM波通過濾波電壓放大送給六路移相觸發(fā)器作為移相電壓，移相電壓

3、的大小可以改變六路可控硅觸發(fā)脈沖的寬度，從而改變了電壓，達到了調(diào)速的目的。二、畢業(yè)設計（論文）的任務1、熟悉題目要求，查閱相關(guān)科技文獻2、方案設計（包括方案論證與確定、技術(shù)經(jīng)濟分析等內(nèi)容）3、硬件和軟件設計（其中還包括硬件配置、設備及元器件選擇、程序說明等）4、撰寫設計說明書（畢業(yè)論文），繪制圖紙三、畢業(yè)設計（論文）的主要內(nèi)容、功能及技術(shù)指標1、 畢業(yè)設計（論文）的主要內(nèi)容（1） 課題研究的意義及目的，國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀；（2） 了解主要控制對象和控制功能；（3） 控制算法的研究及控制器設計；（4） 控制系統(tǒng)的總體設計；（5） 控制系統(tǒng)的硬件配置； 2、 設計實現(xiàn)的主要功能（1） 單片機根據(jù)工作

4、要求發(fā)出相關(guān)指令；（2） 具有故障檢測與保護功能；3、 主要技術(shù)指標本系統(tǒng)要求運行安全可靠，系統(tǒng)能夠顯示轉(zhuǎn)速值，具有手動和自動控制功能。直流電機型號：Y2-90L-2；額定功率： 2.2KW； 額定電壓： 380V ；額定頻率： 50Hz 四、畢業(yè)設計（論文）提交的成果設計說明書（不少于80頁，約3萬字左右）（1） 摘要（中英文），目錄（2） 概述（3） 控制系統(tǒng)總體方案設計及硬件配置；（4） 建立控制對象的數(shù)學模型及控制算法的研究；（5） PIC控制程序；（6） 總結(jié)（7） 參考文獻（8） 致謝 （9） 附錄五、畢業(yè)設計（論文）的主要參考文獻和技術(shù)資料參考文獻1 陳伯時. 電力拖動控制系統(tǒng)（

5、第三版）M.北京:機械工業(yè)出版社，2004.2 李華德. 電力拖動控制系統(tǒng)（運動控制系統(tǒng)）M.，2006.3 李仁定. 電機的微機控制M.北京:機械工業(yè)出版社，19994 王兆安. 電力電子技術(shù)（第四版）M. 北京:機械工業(yè)出版社，2002.5 天津電氣設計研究所.電氣傳動自動化技術(shù)手冊（第二版）M. 北京:機械工業(yè)出版社,19926 何耀三，唐卓 .電氣傳動的微機控制M.重慶:重慶大學出版社，1997.2.7 李宏.電力電子設備用其器與集成電路應用指南M.北京:機械工業(yè)出版社，20018 秦繼安.<<現(xiàn)代直流伺服控制技術(shù)及其系統(tǒng)的設計>>M .北京:機械工業(yè)出版社，1

6、993.119 李忠文.實用電機控制電路M. .北京:化學工業(yè)出版社工業(yè)裝備與信息工程出版中心，2003.4六、畢業(yè)設計（論文）各階段安排設 計 內(nèi) 容周數(shù)完成情況熟悉工藝要求和論文內(nèi)容，查閱資料第1-3周總體方案設計和硬件配置第4-7周接線圖設計第8-9周控制程序軟件設計試第10-11周控制程序軟件調(diào)試第12-15周繪圖，整理說明書第16-18周指導教師簽字：電信學院畢業(yè)設計開題報告姓 名XXX專業(yè)電氣工程及其自動化 班級電氣工程學 號聯(lián)系QQ指導教師XXX題目類型工程設計題 目基于PIC16F877數(shù)字式直流調(diào)速系統(tǒng)設計一、選題背景及依據(jù)（簡述題目的技術(shù)背景和設計依據(jù)，說明選題目的、意義，

7、列出主要參考文獻）從80 年代中后期起，世界各大電氣公司都在競相開發(fā)數(shù)字式調(diào)速傳動裝置，當前直流調(diào)速裝置已發(fā)展到一個很高的技術(shù)水平；功率元件采用可控硅；控制板采用表面安裝技術(shù)；控制方式采用電源換相、相位控制。特別是由于采用了16位（或32位）微處理器及其他先進技術(shù)，使數(shù)字式直流調(diào)速裝置具有很高的精度、優(yōu)良的控制性能和強大的抗干擾能力，在國內(nèi)外已得到廣泛的應用。全數(shù)字化直流調(diào)速裝置作為最新控制水平的傳動方式更顯示了強大優(yōu)勢，全數(shù)字化直流調(diào)速裝置不斷推出，為工程應用提供了優(yōu)越的條件。目前，國外主要電氣公司如瑞典的ABB公司，德國的西門子公司，AEG公司，日本的三菱公司、東芝公司，美國的GE公司、西

8、屋公司等，均已開發(fā)出全數(shù)字直流調(diào)速裝置，有成熟的系列化、標準化、模板化的應用產(chǎn)品供選用。全數(shù)字直流調(diào)速裝置的普及發(fā)展，使直流電機拖動進入了一個新的時期，這些裝置給出豐富的控制軟件，供用戶重新組態(tài)和整定參數(shù)。應用這類裝置，人們完全可以實現(xiàn)一些以前未有過的新的控制方法，使系統(tǒng)性能得到進一步的提高。根據(jù)目前的發(fā)展，展望未來，全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)必將向高性能指標方面發(fā)展，朝調(diào)試手段先進，控制，通訊功能智能化的方面邁進，尤其是它的動態(tài)性能指標還可以得到進一步的提高與交流傳動展開全面競爭。本文主要參考文獻為電力拖動控制系統(tǒng)、電力拖動控制系統(tǒng)、電氣傳動自動化技術(shù)手冊（第二版）、現(xiàn)代直流伺服控制技術(shù)及其系統(tǒng)的設

9、計等。二、主要設計（研究）內(nèi)容、設計（研究）思想、解決的關(guān)鍵問題、擬采用的技術(shù)方案及工作流程本設計介紹的是用一臺2.2KW的直流電動機Y2-90L-2，PIC16F877單片機構(gòu)成的數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)。特點是用單片機取代模擬觸發(fā)器、電流調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器及邏輯切換等硬件設備。最后進行軟件編程。實時控制結(jié)果表明，本數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)了電流和轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)的恒速調(diào)節(jié)，并且具有結(jié)構(gòu)簡單，控制精度高，成本低，易推廣等特點，而且各項性能指標優(yōu)于模擬直流調(diào)速系統(tǒng)，從而能夠?qū)嶋H的應用到生產(chǎn)生活中，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主，必要時把調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速兩種方法配合起來使用。

10、調(diào)壓調(diào)速的實現(xiàn)需要有專門的可控直流電源。自20世紀70年代以來，電力電子器件迅速發(fā)展，研制并生產(chǎn)出多種既能控制其導通又能控制其關(guān)斷的性能優(yōu)良的全控型器件，由它們構(gòu)成的脈寬調(diào)制（PWM）直流調(diào)速系統(tǒng)近年來在中小功率直流傳動中得到了迅猛的發(fā)展，與老式的可控直流電源調(diào)速系統(tǒng)相比，進行設計。目前，受到器件容量的限制，PWM直流調(diào)速系統(tǒng)只用于中、小功率的系統(tǒng)。  無刷直流電動機的轉(zhuǎn)速設定，取決于速度指令Vc的高低。當Vc設定以后，無論是負載變化、電源電壓變化，還是環(huán)境溫度變化，當轉(zhuǎn)速低于指令轉(zhuǎn)速時，反饋電壓變小，調(diào)制波的占空比就會變大，電樞電流變大，使電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩增大而產(chǎn)生加速度，直到

11、電動機的實際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相等為止；反之，如果電動機實際轉(zhuǎn)速比指令轉(zhuǎn)速高時，占空比減小，電樞電流減小，發(fā)生減速度，直至實際轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相等為止。可以說，無刷直流電動機在允許的電網(wǎng)波動范圍內(nèi)，在允許的過載能力以下，其穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速與指令轉(zhuǎn)速相差在1%左右，并可以實現(xiàn)在調(diào)速范圍內(nèi)恒轉(zhuǎn)矩運行。轉(zhuǎn)速不受電壓與負載變動的影響. 由于無刷直流電動機的勵磁來源于永磁體，沒有激磁損耗的問題,由于轉(zhuǎn)子中無交變磁通，其轉(zhuǎn)子上既無銅耗又無鐵耗，綜合效率比同容量異步電動機高出1020%左右(依據(jù)功率大小而定)。  過去，由于稀土永磁體價格比較高等因素，限制了稀土永磁無刷直流電動機的應用領(lǐng)域，但是隨著技

12、術(shù)的不斷創(chuàng)新，其價格已迅速下降，稀土永磁無刷直流電動機的優(yōu)勢更加顯現(xiàn)，在儀器儀表領(lǐng)域的運用日益廣泛。無刷直流電動機的優(yōu)良調(diào)速性能、在調(diào)速范圍內(nèi)恒轉(zhuǎn)矩運行、低電磁干擾等特性使其很適合作為微型泵的驅(qū)動機構(gòu)。我國微型真空泵行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)成都“氣海”機電公司一直致力于先進技術(shù)的研發(fā)，在國內(nèi)率先推出了配備國際先進無刷直流電機的調(diào)速微型泵。氣海公司對無刷直流電機進行了嚴格的測試篩選，電機裝泵通過了24h不停機長時間運轉(zhuǎn)。對電機進行了極限工況、長時間交變載荷的考驗。電機在不同轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)矩波動很小，能很好滿足泵的要求。最新研發(fā)的調(diào)速微型泵，型號眾多，適用面廣，有調(diào)速真空泵、調(diào)速氣泵（VML、VLC、VLK系列，F(xiàn)

13、ML、FAL系列）、調(diào)速水泵（WKY、WPY、WNY系列，抽水抽氣兩用），泵的壓力、流量范圍寬而且調(diào)節(jié)方便。具有長壽命、低干擾、能輸出電機轉(zhuǎn)速反饋信號（FG)等優(yōu)點。 三、畢業(yè)設計（論文）工作進度安排第1-3周 熟悉工藝要求和論文內(nèi)容，查閱資料第4-7周 總體方案設計和硬件配置第8-9周 接線圖設計第10-11周 控制程序軟件設計試第12-15周 控制程序軟件調(diào)試第16-18周 繪圖，整理說明書指 導教 師意 見指導教師簽字_ 年 月 日摘 要本設計介紹的是用一臺2.2KW的直流電動機Y2-90L-2，PIC16F877單片機構(gòu)成的數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)。特點是用單片機取代模擬觸發(fā)器、電

14、流調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器及邏輯切換等硬件設備。最后進行軟件編程。實時控制結(jié)果表明，本數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)了電流和轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)的恒速調(diào)節(jié)，并且具有結(jié)構(gòu)簡單，控制精度高，成本低，易推廣等特點，而且各項性能指標優(yōu)于模擬直流調(diào)速系統(tǒng)，從而能夠?qū)嶋H的應用到生產(chǎn)生活中，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。關(guān)鍵詞直流調(diào)速；PIC16F877；雙閉環(huán)。 AbstractIn recent years, Domestic diplomacy DC system due to the rapid development of microcomputers, digital has reached the stage to use.

15、 As the microprocessor as the core digital control system hardware circuit high degree of standardization, low production costs, and not affected by the device temperature drift. The control software logic and complex operations can be different from the general linear regulator optimized, adaptive,

16、 nonlinear, and intelligent control law. The microcomputer control system in all aspects of performance far superior to the analog control system and more widely.This design introduces a 75KW DC motor, constitute a PIC16F877 microcontroller digital DC speed control system. Feature is replaced with s

17、ingle-chip analog triggers, current regulator, speed regulator and logic switching hardware. Finally, the software programming. Real-time control results show that the digital DC speed control system to achieve a constant speed adjustment of the current and speed closed-loop, and has a simple struct

18、ure, high control accuracy, low cost, easy promotion, but the performance is better than analog DC tune speed system, allowing the practical application to the production life, to meet the needs of modern production.KEYWORD: DC speed control； PIC16F877； Double Closed Loop目錄專心-專注-專業(yè)第一章 緒論1.1 課題背景及意義從

19、傳動系統(tǒng)來講，交流調(diào)速取代直流調(diào)速是技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，但綜觀全局，由于直流電氣傳動技術(shù)的研究和應用已達到比較成熟的地步，應用相當普遍，尤其是全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的出現(xiàn)，更提高了直流調(diào)速系統(tǒng)的精度及可靠性，所以，今后一個階段在調(diào)速要求較高的場合，如軋鋼廠，海上鉆井平臺等，直流調(diào)速仍將處于重要地位。早期直流傳動的控制系統(tǒng)采用模擬分離器件構(gòu)成，由于模擬器件其固有的缺點，如存在溫漂、零漂電壓，隨著單片機控制技術(shù)的發(fā)展，直流傳動系統(tǒng)已經(jīng)廣泛使用單片機，實現(xiàn)了全數(shù)字化控制，由于單片機以數(shù)字信號工作，控制手段靈活方便，抗干擾能力強。所以，全數(shù)字直流調(diào)速控制精度和可靠性比模擬直流調(diào)速系統(tǒng)大大提高。而且通過系統(tǒng)

20、總線全數(shù)字控制系統(tǒng)，能與管理計算機、過程計算機、遠程電控裝置進行交換，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化分級控制。所以，直流傳動控制采用單片機實現(xiàn)全數(shù)字化，使直流調(diào)速系統(tǒng)進入一個嶄新的階段。直流調(diào)速系統(tǒng)，特別是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)過程中應用最廣的電氣傳動裝置之一。與直流PWM調(diào)速系統(tǒng)相比較，晶閘管相控直流調(diào)速系統(tǒng)更適用于高轉(zhuǎn)速、大容量的場合。據(jù)估計，在交流調(diào)速沖擊直流調(diào)速的形勢下，全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的出現(xiàn)，延遲了直流電氣傳動被取代的進程大約十到二十年。1.2數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展狀況從80 年代中后期起，世界各大電氣公司都在競相開發(fā)數(shù)字式調(diào)速傳動裝置，當前直流調(diào)速裝置已發(fā)展到一個很高的技術(shù)水平；功

21、率元件采用可控硅；控制板采用表面安裝技術(shù)；控制方式采用電源換相、相位控制。特別是由于采用了16位（或32位）微處理器及其他先進技術(shù)，使數(shù)字式直流調(diào)速裝置具有很高的精度、優(yōu)良的控制性能和強大的抗干擾能力，在國內(nèi)外已得到廣泛的應用。全數(shù)字化直流調(diào)速裝置作為最新控制水平的傳動方式更顯示了強大優(yōu)勢，全數(shù)字化直流調(diào)速裝置不斷推出，為工程應用提供了優(yōu)越的條件。目前，國外主要電氣公司如瑞典的ABB公司，德國的西門子公司，AEG公司，日本的三菱公司、東芝公司，美國的GE公司、西屋公司等，均已開發(fā)出全數(shù)字直流調(diào)速裝置，有成熟的系列化、標準化、模板化的應用產(chǎn)品供選用。全數(shù)字直流調(diào)速裝置的普及發(fā)展，使直流電機拖動進

22、入了一個新的時期，這些裝置給出豐富的控制軟件，供用戶重新組態(tài)和整定參數(shù)。應用這類裝置，人們完全可以實現(xiàn)一些以前未有過的新的控制方法，使系統(tǒng)性能得到進一步的提高。根據(jù)目前的發(fā)展，展望未來，全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)必將向高性能指標方面發(fā)展，朝調(diào)試手段先進，控制，通訊功能智能化的方面邁進，尤其是它的動態(tài)性能指標還可以得到進一步的提高與交流傳動展開全面競爭。1.3調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字化的必要性綜上所述，微機控制的電氣傳動系統(tǒng)有以下的優(yōu)點：1)數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)的控制方案是依靠軟件實現(xiàn)的，控制器由可編程功能模塊組成，其結(jié)構(gòu)配置和參數(shù)調(diào)整簡單、工作穩(wěn)定、不受環(huán)境的影響，且具有很強的自保護功能，因而使傳動裝置不僅具有很大的

23、靈活性而且具有很高的可靠性。2)數(shù)字控制不僅可以實現(xiàn)諸如數(shù)字給定和比較，數(shù)字PI運算、數(shù)字觸發(fā)和相位控制、電樞電流和勵磁、速度的控制，邏輯切換和各種保護功能，而且在系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)不變時，很容易引入各種先進的控制規(guī)律。如非線性控制、最優(yōu)控制和自適應控制等，自動適應不同控制對象和控制規(guī)律的要求，實現(xiàn)最佳控制。因此，設備的通用性強，易于實現(xiàn)硬件設備的標準化。3)數(shù)字傳動裝置控制器內(nèi)有多種形式的存儲器，其容量可以不斷增大，能存儲大量的實時數(shù)據(jù)，實現(xiàn)系統(tǒng)的監(jiān)控保護、故障自診斷、報警顯示、波形分析、故障自動復原等多種功能。4)具有很強的通信功能.不僅可與上一級計算機通信，而且在與直流裝置之間、PLC之間、交

24、流傳動裝置之間都可以通過局域網(wǎng)進行快速的數(shù)據(jù)交換，分布式計算機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的全局自動化。5)數(shù)字控制不僅簡化了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，使維修方便、提高系統(tǒng)運行的可靠性，而且可以方便地對外部或內(nèi)部信息實現(xiàn)數(shù)字濾波，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。第二章 方案比較與選擇2.1直流電動機調(diào)速方式1、調(diào)節(jié)電樞供電電壓U。改變電樞電壓主要是從額定電壓往下降低電樞電壓，從電動機額定轉(zhuǎn)速向下變速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，這種方法最好。電樞電流變化遇到的時間常數(shù)較小，能快速響應，但是需要大容量可調(diào)直流電源。  2、改變電動機主磁通。改變磁通可以以實現(xiàn)無級平滑調(diào)速，但只能

25、減弱磁通，從電動機額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速、屬恒功率調(diào)速方法。電樞電流變化時遇到的時間常數(shù)要大很多，響應速度較慢但所需電源容量小。  3、改變電樞回路電阻R。在電動機電樞回路外串電阻進行調(diào)速的方法，設備簡單，操作方便。但是只能有級調(diào)速，調(diào)速平滑性差，機械特性較軟；在調(diào)速電阻上消耗大量電能。改變電阻調(diào)速缺點很多，目前很少采用。 2.2方案比較自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主，必要時把調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速兩種方法配合起來使用。調(diào)壓調(diào)速的實現(xiàn)需要有專門的可控直流電源。自20世紀70年代以來，電力電子器件迅速發(fā)展，研制并生產(chǎn)出多種既能控制其導通又能控制其關(guān)斷的性能優(yōu)良的全控型器件，由

26、它們構(gòu)成的脈寬調(diào)制（PWM）直流調(diào)速系統(tǒng)近年來在中小功率直流傳動中得到了迅猛的發(fā)展，與老式的可控直流電源調(diào)速系統(tǒng)相比，PWM調(diào)速系統(tǒng)有以下優(yōu)點：    1、采用全控型器件的PWM調(diào)速系統(tǒng)，其脈寬調(diào)制電路的開關(guān)頻率高，因此系統(tǒng)的頻帶寬，響應速度快，動態(tài)抗擾能力強。    2、由于開關(guān)頻率高，僅靠電動機電樞電感的濾波作用就可以獲得脈動很小的直流電流，電樞電流容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速性能好，穩(wěn)速精度高，調(diào)速范圍寬，同時電動機的損耗和發(fā)熱都較小。  3、PWM系統(tǒng)中，主電路的電力電子器件工作在開關(guān)狀態(tài)，損耗小，裝置效率高，而且對交流電網(wǎng)的影響小，沒有晶閘管整流器對電網(wǎng)的“污染”，功率因數(shù)高，效率高。  4、主電路所需的功率元件少，線路簡單，控制方便。 目前，受到器件容量的限制，PWM直流調(diào)速系統(tǒng)只用于中、小功率的系統(tǒng)。  無刷直流電動機的轉(zhuǎn)速設定，取決于速度指令Vc的高低。當V