基于單片機的直流電機PWM調(diào)速控制系統(tǒng)設計開題報告(完整版)資料

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基于單片機的直流電機PWM調(diào)速控制系統(tǒng)設計開題報告（完整版）資料(可以直接使用，可編輯優(yōu)秀版資料，歡迎下載）泰山學院畢業(yè)設計開題報告題目基于單片機的直流電機PWM調(diào)速控制系統(tǒng)設計學院機械與工程學院年級二〇一一級專業(yè)機械設計制造及其自動化姓名學號指導教師簽字學生簽字2021年12月7日題目來源指導教師推薦□自選其它□題目類別基礎研究□應用研究其它□一、課題研究的目的和意義在電氣時代的今天，電動機一直在現(xiàn)代化的生產(chǎn)和生活中起著十分重要的作用。無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、商務與辦公設備中，還是在日常生活中的家用電器中，都大量地使用著各種各樣的電動機。以前電動機大多使用由模擬電路組成的控制柜進行控制，現(xiàn)在單片機已經(jīng)開始取代模擬電路作為電機控制器。當前電機控制器的發(fā)展方向越來越趨于多樣化和復雜化，現(xiàn)有的專用集成電路未必能滿足苛刻的新產(chǎn)品開發(fā)要求，為此可考慮開發(fā)電機的新型單片機控制器二、課題的研究現(xiàn)狀電動機的控制技術(shù)的發(fā)展得力于微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、永磁材料技術(shù)、電動控制技術(shù)、微機應用技術(shù)的最新發(fā)展成果。正是這些技術(shù)的進步使電機控制技術(shù)在近20多年內(nèi)發(fā)生了翻天覆地的變化，其中電動機的控制部分已由模擬控制逐漸讓位于以單片機為主的微處理器控制，形成數(shù)字和模擬的混合控制系統(tǒng)和純數(shù)字控制的應用，并曾向全數(shù)字化控制方向快速發(fā)展。而國外交直流系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)達到實用階段。三、課題研究的主要內(nèi)容完成單片機的直流電機控制系統(tǒng)總體設計，包括各部分硬件的設計以及相應的驅(qū)動程序設計。通過電平轉(zhuǎn)換使上位機能與單片機進行串口通信，并選用串口大師軟件對單片機發(fā)送信號。設計顯示電路，使用戶可以通過顯示屏與控制系統(tǒng)進行交互，實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)等狀態(tài)以及速度的實時顯示。四、課題研究的方法根據(jù)市場需求和發(fā)展趨勢，本設計將介紹一種基于AT89S51單片機的直流電機轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)。首先對直流調(diào)速控制電路進行設計來實現(xiàn)對速度的控制、檢測、顯示；再對直流調(diào)速控制主回路進行設計，其采用了三相橋式全控整流電路；然后進行系統(tǒng)的軟件設計，本課題采用PID控制算法設計；最后進行系統(tǒng)的抗干擾設計，為了防止從電源系統(tǒng)竄入干擾，本系統(tǒng)供電采用隔離變壓器；同時，為了保證信息傳輸?shù)恼_性，在過程通道上采用光禍隔離措施。五．進度安排課題分階段的進度計劃序號起止日期工作內(nèi)容階段成果12021年11月20日——2021年12月16日資料收集寫出開題報告22021年12月21日——2021年03月29日根據(jù)設計任務書查詢與直流電動機PWM調(diào)速控制系統(tǒng)的文獻資料，分塊整理文獻。完成文獻查閱，明確垃圾桶控制的設計思路以及方法步驟32021年04月01日——2021年04月10日由對直流電機不同轉(zhuǎn)速功能的控制，給出各自設計技術(shù)方案完成課題設計技術(shù)方案42021年04月11日——2021年04月24日按照方案進行畢業(yè)設計，運用設計軟件進行對直流電動機的單片機控制軟件的理論分析、軟硬件制作與調(diào)試等完成各功能設計52021年04月23日——2021年04月30日整理資料完成論文初稿論文初稿62021年05月01日——2021年05月30日前期設計的進一步分析改進論文定稿六．參考文獻[1]張毅剛彭喜元.單片機原理與應用設計[M].北京：北京市海淀區(qū)四季青印刷廠，2021.[2]張毅剛.新編MCS-51單片機運用設計.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2003.[3]張義和王敏男許宏昌余長春.例說51單片機（c語言版）.北京：人民郵電出版社，2021.[4]馬忠梅籍順心張凱馬巖.單片機的C語言應用程序設計.北京：北京航空航天大學，2021.[5]SamsungElectronics.S3C44BOXRiscmicrocontrollerARMinstructionsheet.2002.[6]郭天祥.《51單片機C語言教程》，電子工業(yè)出版社，2005年7月[7]丁元杰.《單片微機原理及應用》，機械工業(yè)出版社，2005年7月[8]樓然苗、李光.《單片機課程設計指導》，北京:北京航空航天大學出版社，2007.[9]林金陽,王明福.基于MC51單片機的直流電機PWM調(diào)速系統(tǒng)[J].長春工程學院學報(自然科學版),2021,(03).[10]王蘇.直流電機PWM調(diào)速研究及單片機控制實現(xiàn)[J].機電工程技術(shù),2021,(11).[11]方力.基于單片機的直流電動機控制系統(tǒng)設計[J].機械制造與自動化,2021,(06)[12]鄭憲偉,趙玉林,成廣大.基于AVR單片機的直流電機的PWM閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的設計[J].煤礦機械，2021,（01）.[13]蒲龍梅，李泓.單片機控制的直流PWM調(diào)速裝置的研究[J]技術(shù)探討與研究.2006,（03）.[14]趙鴻圖.基于單片機AT89C51的直流電機PWM調(diào)速系統(tǒng)[J].電子技術(shù),2021,(10).[15]賈玉瑛,王臣.基于單片機控制的PWM直流調(diào)速系統(tǒng).[J].包頭鋼鐵學院學報.2005,(12).[16]說明書，LED12864液晶完整中文版資料[17]王曉明電動機的單片機控制(第3版)

北京航空航天大學出版社.2021評委評語及其建議：評委簽字：學院蓋章：2021年12月21日單片機控制直流電機調(diào)速系統(tǒng)設計摘要隨著社會的發(fā)展，電機可調(diào)速廣泛的應用于工農(nóng)業(yè)、交通運輸業(yè)以及我們的日常生活。早起的電機調(diào)速主要基于模擬電路的調(diào)速。模擬電路的設計一方面難度大、調(diào)試復雜，另一方面加之元器件易老化，這對于調(diào)速系統(tǒng)廣泛普及起到一定的制約作用。隨著電力技術(shù)、微處理器技術(shù)、自動控制技術(shù)的發(fā)展，使得PWM脈寬調(diào)制技術(shù)得到空前的發(fā)展。本系統(tǒng)的設計正是PWM脈寬調(diào)制技術(shù)在直流電機調(diào)速的應用。研究這一技術(shù)，對于生產(chǎn)和生活有著積極意義。本文首先對系統(tǒng)架構(gòu)進行介紹，讓讀者從宏觀上把握系統(tǒng)的設計思想。然后分別介紹構(gòu)成系統(tǒng)的各個模塊的內(nèi)容和選型。接著介紹硬件電路的設計和軟件程序的設計思想。最后對系統(tǒng)的功能進行測試，并記錄測試結(jié)果。關(guān)鍵詞PWM；微處理器；自動控制技術(shù)；SinglechipmicrocomputercontroldcmotorspeedcontrolsystemdesignAbstractWiththedevelopmentofthesociety,adjustablespeedmotoriswidelyusedinindustryandagriculture,transportation,andourdailylife.Gettingupearlyismainlybasedontheanalogcircuitofmotorspeedcontrol.Analogcircuitdesignontheonehand,difficultandcomplexdebugging,aging,ontheotherhand,combinedwiththecomponentsforthespeedcontrolsystemwidelypopularizeplayedarole.Astheelectrictechnology,microprocessortechnology,thedevelopmentofautomaticcontroltechnology,thePWMpulsewidthmodulationtechnologygetunprecedenteddevelopment.ThedesignofthissystemisthePWMpulsewidthmodulationtechnologyintheapplicationofdcmotorspeedcontrol.Researchthetechnology,hasapositivemeaningforproductionandlife.Thispaperintroducesthesystemarchitecture,letthereaderfromonmacroscopictograspthedesignideasofthesystem.Thenintroducedrespectivelyconstitutethecontentofeachmoduleandthechoiceofthesystem.Thenintroducesthedesignofhardwarecircuitandsoftwareprogramdesignthought.Finallytestthefunctionofthesystem,andrecordtestresults.KeywordsPWM；microprocessor；automaticcontroltechnology;目錄TOC\o"1-3"\h\u23791緒論 11161（一）本課題研究的背景及意義 16569（二）本課題擬要解決的問題與預期達到的目標 114254（三）本課題的行文結(jié)構(gòu)安排 222493一、系統(tǒng)架構(gòu)與方案選擇 21742（一）系統(tǒng)架構(gòu) 27726（二）方案選擇性 310132二、硬件電路設計 625164（一）單片機系統(tǒng)電路設計 6246511.單片機最小系統(tǒng)電路設計 6309882.液晶顯示電路設計 1024316（二）電機驅(qū)動電路與光電計數(shù)電路設計 119030（三）按鍵電路設計 128200三、軟件設計 142319（一）軟件總流程圖 1415238（二）LCD1602程序設計 1531021四、系統(tǒng)測試 1710243（一）按鍵面板定義 1728502（二）系統(tǒng)測試 1715437五、結(jié)論 1820803致謝 1912479參考文獻 20緒論（一）本課題研究的背景及意義電氣傳動可以簡單的分為兩大類，第一類是直流電氣傳動，第二類是交流電氣傳動。電機作為一種動力裝置，在直流電氣傳動與交流電氣傳動中扮演重要角色。交流電氣傳動，顧名思義，就是用交流電機作為動力輸出裝置的電氣傳動，直流電氣傳動是采用直流電機作為動力輸出裝置的電氣傳動。交流電機，由于無需換向器的設計，因此使得結(jié)構(gòu)簡單，這對于生產(chǎn)和使用普及、維護維修方面都優(yōu)于直流電機。但是交流電機本身不能進行調(diào)速，必須借助變頻設備得以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。直流電機由于其構(gòu)造機理與交流電機不同，使得直流電機能進行平滑的調(diào)速，而且重要的一點是無需增加額外的調(diào)速裝置，只要改變直流電機勵磁電壓即可實現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。隨著社會的發(fā)展，電機可調(diào)速廣泛的應用于工農(nóng)業(yè)、交通運輸業(yè)以及我們的日常生活。早起的電機調(diào)速主要基于模擬電路的調(diào)速。模擬電路的設計一方面難度大、調(diào)試復雜，另一方面加之元器件易老化，這對于調(diào)速系統(tǒng)廣泛普及起到一定的制約作用。隨著微處理技術(shù)的發(fā)展，使得數(shù)字化的調(diào)速成為現(xiàn)實。微處理器，可以進行復雜的邏輯分析、處理，強大的數(shù)據(jù)處理能力，這些使得模擬電路不能與之媲美，同時讓數(shù)字電路在一定范圍內(nèi)更加真實的接近模擬電路。微處理器，由于其自身的集成性，使得在很大程度上不受外界因素，如溫度、濕度、噪音等影響，極大的提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。更重要的一點是基于微處理器的系統(tǒng)，能更好的自動化控制，解放勞動了，提高生產(chǎn)效率。單片機是微處理器的一大分支，從早期的8位單片機發(fā)展今天的16位，甚至32位。從早期CPU外圍需搭載較多復雜的功能電路到今天的一片單片機即是一個系統(tǒng)。基于單片機控制的直流電機調(diào)速系統(tǒng)，使得電機調(diào)速由模擬走向數(shù)字化，這使得電機調(diào)速又進了一個新的臺階。隨著電力技術(shù)、微處理器技術(shù)、自動控制技術(shù)的發(fā)展，使得PWM脈寬調(diào)制技術(shù)得到空前的發(fā)展。本系統(tǒng)的設計正是PWM脈寬調(diào)制技術(shù)在直流電機調(diào)速的應用。研究這一技術(shù)，對于生產(chǎn)和生活有著積極意義。（二）本課題擬要解決的問題與預期達到的目標本課題，主要有一下幾點需要解決的問題（1）針對系統(tǒng)的難易程度、控制方便、性價比等因素選型單片機，學習單片機的相關(guān)理論知識、開發(fā)流程、開發(fā)言語、開發(fā)工具等。（2）研究PWM脈寬調(diào)制技術(shù)理論知識，結(jié)合單片機的硬件資源，用編程語言實現(xiàn)PWM脈寬調(diào)制，最終對直流電機的速度進行調(diào)節(jié)。（3）一般單片機IO口的驅(qū)動能力有限，不能直接驅(qū)動直流電機，因此就要設計直流電機驅(qū)動電路，在設計中，要充分考慮系統(tǒng)的功能，如直流電機的正反轉(zhuǎn)、起停等進行電路設計。本課題預期達到的目標能通過鍵盤輸入裝置改變電機樞電壓的波形的占空比，從而實現(xiàn)調(diào)速。能在電機運行的過程中實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的切換、能在任何時候?qū)崿F(xiàn)電機的起停。能在液晶上實時顯示直流電機轉(zhuǎn)速和當前樞電壓的占空比（PWM）。（三）本課題的行文結(jié)構(gòu)安排1．系統(tǒng)架構(gòu)與方案選擇：從整體上把握系統(tǒng)架構(gòu)的設計，使讀者在研究本論文的伊始能有一個較為清晰的系統(tǒng)概念。同時這也是至上而下、模塊化的設計思想。對系統(tǒng)中設計的模塊進行分析說明。2．硬件電路設計：在分析完系統(tǒng)架構(gòu)中每個模塊的功能后，針對具體的功能進行具體的電路設計。3．軟件設計：在搭好的硬件平臺上進行軟件設計，進行軟硬件的聯(lián)合調(diào)試，不斷修改設計，最終滿足設計要求。4．系統(tǒng)測試：系統(tǒng)設計完成以后要對功能呢進行評估、測試。一、系統(tǒng)架構(gòu)與方案選擇（一）系統(tǒng)架構(gòu)圖1：基于單片機的直流電機調(diào)速系統(tǒng)架構(gòu)圖如上圖所示為本系統(tǒng)主要由六個模塊組成，分別是單片機系統(tǒng)模塊、液晶顯示模塊、按鍵模塊、電機驅(qū)動模塊、直流電機模塊、光電技術(shù)模塊。單片機系統(tǒng)模塊：為本系統(tǒng)的核心。這也是是嵌入式系統(tǒng)的共性之一，將微處理器嵌入到系統(tǒng)之中，系統(tǒng)的功能可裁剪?？梢愿鶕?jù)不同的應用領(lǐng)域需用不同架構(gòu)、不同等級的單片機。在本系統(tǒng)中，單片機主要用于產(chǎn)生PWM波形，通過改變占空比，使得電機樞電壓的平均值改變，從而達到調(diào)速的目的。同時，本系統(tǒng)需要對電機速度進行檢測，這就要求單片機具有測速功能。一個系統(tǒng)需要具有良好的交互性和用戶體驗，故本系統(tǒng)設置有按鍵輸入，用戶可以通過按鍵切換不同的功能。同時，用戶可以通過液晶顯示屏，實時的觀察直流電機樞電壓的占空比以及電機當前的速度。鍵盤模塊：一個良好的嵌入式設計需要具有輸入輸出系統(tǒng)，鍵盤模塊即使本系統(tǒng)的輸入系統(tǒng)。當用戶按下按鍵，單片機IO通過檢測按鍵的狀態(tài)（電平值）得知用戶觸發(fā)的是哪一個按鍵，繼而轉(zhuǎn)向?qū)墓δ?。擁有鍵盤的設計，還能在軟件調(diào)試起到很大的幫助，可以通過按鍵改變程序的流向，通過按鍵的觸發(fā)，知道程序運行到哪里了。液晶模塊：為輸出系統(tǒng)。單獨一個單片機，雖然在運行著，但是卻不能向外界傳達直觀信息，這樣的系統(tǒng)是需要改進的。用于液晶顯示屏的系統(tǒng)，可以將必要的信息實時的顯示在液晶屏上，用戶一是可以獲取信息，二是可以判斷系統(tǒng)的運行狀態(tài)。電機驅(qū)動模塊：因為單片機IO口的驅(qū)動能力很小，不能直接驅(qū)動直流電機，所以必須設計電機驅(qū)動電路。電機驅(qū)動電路屬H橋電路較為常見，采用H橋電路，使得電路的換向更加方便。直流電機模塊：電機作為PWM脈寬調(diào)制的對象，可以模擬該技術(shù)真實環(huán)境下的使用，同時可以驗證本系統(tǒng)的設計是否正確。光電計數(shù)模塊：當前較為常用的測速的方式有測周法與測頻法。不管哪一種方式，都需要在直流電擊上取得反饋信息。光電技術(shù)模塊上有一對紅外光電對射管、一個編碼盤，這樣電機轉(zhuǎn)動的時候就是讓光電技術(shù)模塊對外輸出脈沖。通過技術(shù)或者測量脈沖寬度即可達到測速的目的。（二）方案選擇性1．微處理器選型：方案一：ARM：ARM既是一個公司的名字，也是該公司推出的一種微處理器架構(gòu)。早期ARM公司也出售ARM架構(gòu)的芯片，后來將這一方案出售給各大公司，使得ARM架構(gòu)的芯片百花齊放，涌現(xiàn)出ARM7、ARM9、ARM11等系列產(chǎn)品。ARM是RISC（精簡指令集）設計，本身屬于32位的微處理器，但其兼容16位指令集。單周期指令、流水線執(zhí)行、大多數(shù)據(jù)都在寄存器中執(zhí)行等特點使得ARM具有更高的處理速度。ARM應用于高端的嵌入式、教育、移動應用等領(lǐng)域。ARM雖說有這么對有點，但是開發(fā)在一定程度上有難度，開發(fā)周期較長，且相對于中低端的嵌入式領(lǐng)域，ARM沒有性價比方便的競爭力。方案二FPGA：FPGA是在可編程器件的基礎上發(fā)展起來的新型產(chǎn)物，作為一種半定制電路出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點。FPGA芯片具有容量大、集成度高、靈活性強等優(yōu)點，可以完成極其復雜的時序和組合邏輯電路功能。在信號處理方面、數(shù)據(jù)傳輸方面、視屏圖像處理等領(lǐng)域中得到廣泛的運用。不過FPGA的開發(fā)投資大，只適用于產(chǎn)品研發(fā)驗證階段，不適合量產(chǎn)。且同樣具有開發(fā)平臺搭建復雜、開發(fā)難度較大等不足。方案三單片機：是將計算機的功能部件裁剪后在一塊半導體硅片上集成CPU、存儲器、各種輸入輸出接口的芯片，結(jié)構(gòu)框圖為圖二所示。單片機產(chǎn)生于20世紀70年代，從當時的4位8位單片機發(fā)展到現(xiàn)的16位、32位。單片機已經(jīng)滲透到我們生活的各個圖2單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖領(lǐng)域，有它作為控制核心開發(fā)的產(chǎn)品比比皆是。單片機具有體積小，重量輕，抗干擾能力強，對運行環(huán)境要求不高，價格低廉，可靠性高，靈活性好，在我國的應用經(jīng)久不衰，積累了豐富的開發(fā)經(jīng)驗。不僅如此，現(xiàn)在部分高檔的單片機，已經(jīng)將諸如ADC模塊、SPI模塊、IIC模塊等實用電路集成到一塊芯片中，系統(tǒng)的集成度有很大的提升，也方便了用戶的開發(fā)，只要一塊芯片即可完成復雜的邏輯控制。開發(fā)平臺較為容易搭建、開發(fā)難度小、周期短。綜上所述，選擇單片機作為本系統(tǒng)的微處理器。集體選用宏晶公司的STC系統(tǒng)中的STC89C52單片機，其具體的資源以及電路設計將在硬件電路部分做說明。2．液晶顯示方案選型：方案一：數(shù)碼管：數(shù)碼管是一系列LED發(fā)光二極管的集合。目前七段、八段居多。數(shù)碼管是根據(jù)點亮不同的LED點來顯示數(shù)字和簡單的字符。數(shù)碼管又有共陰極與共陽極之分。共陰極就是將所有LED燈的陰極接在一起，共陰極接低電平，這樣只要在某個LED的陽極給高電平，就可以點亮某個LED燈，不同的點亮的LED燈的組合可以構(gòu)成數(shù)字或者簡單字符的圖形。共陽極就是將所有LED燈的陽極連在一起，共陽極接高電平，這樣只要在某個LED的陰極給低電平，就可以點亮某個LED燈，不同的點亮的LED燈的組合可以構(gòu)成數(shù)字或者簡單字符的圖形。但是由于數(shù)碼管的顯示原理，決定了它只能顯示數(shù)字和簡單英文字符，顯示信息有限，只適用于低端的、顯示信息不多的設備上。方案二：液晶顯示：LCD通過控制像素點偏振光出射與否而達到顯示目的。一般LCD像素點很多，可以通過像素點組合成任意字符和簡單圖案?，F(xiàn)在LCD已經(jīng)替代CRT成為主流，價格也已經(jīng)下降了很多，并已充分的普及。由于液晶是以像素點來成像，決定了它可以顯示很多信息。綜上所述：由于本系統(tǒng)顯示字符信息比較多，所以選用液晶顯示器作為本系統(tǒng)的顯示模塊。具體選用LCD1602，其硬件電路將會在硬件電路設計部分做說明。3輸入系統(tǒng)方案的選擇方案一：紅外遙控：是基于紅外線通信原理的無線按鍵輸入方式。將待發(fā)送的基帶信號加載到38K載波信號上進行調(diào)制傳輸，接收時對信號進行解調(diào)操作，提取基帶信號。紅外遙控在很多場合有著實用意義。紅外遙控器為了區(qū)分按鍵，將每個按鍵編碼傳輸，這就要接收部分有解碼的模塊，一般是軟件解碼，解碼部分的程序設計比較復雜。方案二：按鍵輸入：如圖，當K1按下，按鍵閉合，將單片機P1.0IO口拉低至低電平。單片機內(nèi)通過讀取P1.0的電平狀態(tài)，即可知道此時是否有按鍵觸發(fā)，即是否有外界信息的輸入。圖3按鍵觸發(fā)原理圖綜上所述：選擇硬件電路和軟件實現(xiàn)方便的機械按鍵作為本系統(tǒng)的輸入模塊。4測速方案的選擇方案一：M法：M法即是測量在閘門時間內(nèi)光電計數(shù)的脈沖數(shù)。單片機計數(shù)器最大的技術(shù)范圍為65535次，假設閘門時間為1S，最大的計數(shù)頻率為1秒鐘65535次，本系統(tǒng)使用的光電編碼有四個孔，即是電機轉(zhuǎn)一圈可以產(chǎn)生4個脈沖。這樣可以算出能測的電機的最大轉(zhuǎn)速為：983025R\Min。該方案實用于高速轉(zhuǎn)速的電機，且閘門時間設置越長，測量精度越高。方案二：測T法：測量兩個脈沖之間的時間，從而計算出頻率，繼而得出轉(zhuǎn)速。綜上所述：測M硬件電路實現(xiàn)比較簡單，編程也方便，在一定誤差范圍內(nèi)選擇測M法4電機驅(qū)動的選型方案一：繼電器控制：通過控制兩個繼電器斷開與關(guān)閉，可以實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)控制，繼電器也應用在一些電機轉(zhuǎn)向控制的項目中。由于繼電器是弱點控制強電的裝置，電壓電流在繼電器斷開后處于絕對關(guān)閉狀態(tài)，所以其適應范圍廣。但是繼電器觸點與彈片接觸需要一定時間，這在高速應用場合顯得不足，特別是在PWM調(diào)速的應用中，需要其具有很快的開關(guān)速度。方案二：基于晶體管或者MOS管的H橋電路：H橋是經(jīng)典的電機驅(qū)動電路，可以使用4個晶體管或者MOS管搭建該電路。由于晶體管或者MOS管快關(guān)速度非?？?，可以在一定范圍內(nèi)實現(xiàn)平滑的速度控制。電路簡單，性價比高。綜上所述：選擇H橋電路作為本系統(tǒng)的電機驅(qū)動方案。二、硬件電路設計（一）單片機系統(tǒng)電路設計1.單片機最小系統(tǒng)電路設計圖4STC89C52系列單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如上圖所示，為STC89C52單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，單片機內(nèi)部采用單總線的結(jié)構(gòu)設計，分別是地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線。STC89C52單片機屬于增強型8051單片機，可以在6時鐘每機器周期和12時鐘每機器周期中選擇，其完全兼容低版本的8051單片機。有四個通用輸入輸出IO口，即是P0口、P1口、P2口、P3口?？梢苑奖愕膶崿F(xiàn)數(shù)據(jù)讀和寫，這些IO在工業(yè)自動化控制方面起到很高的作用。其中P0作為地址總線使用的時候是真正的雙向口，無需在單片機外部增設上拉電阻。但是在將P0口作為通用輸入輸出口使用時，由于P0口內(nèi)部無上拉電阻，所以要在其外部設計上拉電阻。P1口、P2口、P3口是準雙向IO口，其內(nèi)部都設置了上拉電路，無需在單片機外部增設上拉電阻。P3除了具有通用IO的功能，其引腳還會根據(jù)程序的設計變?yōu)樘胤NIO口，如全雙工異步串行通信的發(fā)送口與接收口，外部中斷觸發(fā)口、計數(shù)器計數(shù)脈沖輸入口等。STC89C52內(nèi)設兩個外部中斷，可以通過軟件編程設置中斷觸發(fā)模式，分別可以設置低電平觸發(fā)和下降沿觸發(fā)。即是當打開外部中斷，單片機就開始檢測外部中斷輸入口，當引腳上出現(xiàn)低電平或者下降沿的時候，即觸發(fā)外部中斷，單片機停止當前執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部中斷程序代碼，待外部中斷程序執(zhí)行完成以后，單片機又回到起初停止的地方繼續(xù)執(zhí)行。這就是一個完整的中斷過程。STC89C52還設置了三個定時計數(shù)器，其中定時計數(shù)器3是增強型8051單片機特有的。定時計數(shù)器0和定時計數(shù)器1是傳統(tǒng)單片機所固有的。定時計數(shù)器0和定時計數(shù)器1可以設置四種工作方式，最大的定時時間為65.535ms,最大的計數(shù)個數(shù)為65535次。定時計數(shù)器的實質(zhì)就是一個加1計數(shù)器，當選用內(nèi)部時鐘作為計數(shù)脈沖源時，比如在12M晶振模式下，就知道每計數(shù)一個所需的時間，這樣當計數(shù)完成后就知道計數(shù)完成所需的時間。當選用外部脈沖作為計數(shù)時鐘源時，可以實現(xiàn)對外部事件的計數(shù)。STC89C52自帶一個通用異步串行輸入輸出口即UART，可以異步全雙工與外界進行同行，這使得單片機的應用由單機本地工作模式轉(zhuǎn)向多級聯(lián)網(wǎng)工作模式，擴展了單片機的應用范圍，使得其應用更加廣泛和靈活。單片機最下系統(tǒng)主要包含三個部分：電源電路、晶振電路、復位電路圖5STC89C52系列單片機最小系統(tǒng)圖（1）電源電路單片機的地20腳與第40為電源腳，其中第40腳接3.8V-5V的電源Vcc，第20腳為電源地。31腳EA腳為內(nèi)外存儲器選擇腳，低電平有效，當接高電平時，單片機選用內(nèi)部存儲器，當接低電平時，單片機可選用外部存儲器。由于本系統(tǒng)不加外部程序存儲器，所以將EA接高電平。（2）晶振電路單片機之所有能有條不紊的運行著，得益于晶振電路。本系統(tǒng)使用的為11.0592Mhz的晶體振蕩器，該振蕩器給單片機提供時鐘基準，單片機的運行嚴格的按照時鐘基準執(zhí)行。如下圖所示，30PF的電容是輔助晶振起振，是一個經(jīng)驗值。圖6STC89C52系列單片機晶振電路（3）復位電路圖7STC89C52系列單片機復位電路系統(tǒng)上電，由于電容兩端電壓不能突變，故一開始單片機復位腳為高電平。然后電容通過R21形成回路進行充電，待沖完電后，電容兩端為“上正下負”，即單片機復位腳為低電平。這個過程即為上電復位。單片機運行過程中，可以按下按鍵，強制給復位引腳兩個機器周期以上的高電平，使單片機復位。所謂復位，是指讓單片機從初始狀態(tài)開始運行。因為有時程序會進入死循環(huán)，不通過復位，無法繼續(xù)執(zhí)行程序。2.液晶顯示電路設計圖8液晶電路圖9LCD1602引腳說明根據(jù)LCD1602的規(guī)格書設計電路，其中RS、R/W、EN為控制引腳，DB0~DB7為數(shù)據(jù)引腳。在V0輸出接一個10K的電位器，可以調(diào)節(jié)背光亮度。（二）電機驅(qū)動電路與光電計數(shù)電路設計圖10電機驅(qū)動電路與光電計數(shù)電路電機驅(qū)動電路主要部分是L9110，L9110是專用馬達控制芯片。其內(nèi)部具有兩通道推挽式放大器，其特點是將分立元件集成于芯片之中，使得無需搭建復雜的外圍電路，使得驅(qū)動電路的性能得到提高。兩個通道兼容TTL/COM電平，每同擔具有800mA的電路輸出能力，峰值電流高達1.5A。兩通道的切換，可以很好的實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)的控制。L9110內(nèi)部實質(zhì)就是一個H橋電路，一個H橋電路由四個晶體管管或者MOS管組成。圖11典型H橋電路如圖所示為H橋電路的示意圖，要使電路M轉(zhuǎn)動，必須使處于對角線上的兩個三極管導通，這樣，只要對H橋電路提供兩個控制信號，就可以很方便的實現(xiàn)電機正反轉(zhuǎn)的控制。當控制信號為PWM信號時，就可以進行速度調(diào)節(jié)控制。電機樞電壓的計算公式可以簡單的看做是U=K×Vcc，其中K為樞電壓波形占空比，Vcc為電源電壓，占空比可在1-100%中進行變化，這樣就會導致最終到電機兩極的電壓發(fā)生變化，這樞電壓的變化，將直接使電機速度發(fā)生變化。這一個過程就稱為PWM脈寬調(diào)制技術(shù)在直流電機速度調(diào)節(jié)方面的應用。PWM脈寬調(diào)制，就是改變電機樞電壓的波形的占空比，使得樞電壓平均值可以改變，這樣我們只要改變占空比，就可以使得速度可調(diào)節(jié)。電路中一大一小的電容為濾波電容，470UF的電容濾除外界5V電源的低頻成分，104PF的電容濾除外界5V電源的高頻成分，這樣盡可能的讓后面整個用電系統(tǒng)得到干凈的、穩(wěn)定的電源供電。在電機上安置一個帶槽的編碼盤，這樣當槽剛好達到光電對射管處，光電三極管接收到來著紅外發(fā)光二極管發(fā)出的光，從而導通接地，對外則輸出一個高電平的脈沖。本系統(tǒng)編碼盤上設置有四個槽，這樣電機轉(zhuǎn)一圈，可以產(chǎn)生4個脈沖，在一閘門時間內(nèi)對這些脈沖計數(shù)，再將這些數(shù)據(jù)在單片機中進行運算，最終得出速度。本系統(tǒng)的設計將閘門時間設為1S，這樣使用計數(shù)器計數(shù)在1S時間內(nèi)光電計數(shù)器傳來的脈沖信號，用總的脈沖信號（三）按鍵電路設計圖12按鍵電路本系統(tǒng)使用的按鍵電路也叫獨立按鍵，這個命名是區(qū)別于矩陣鍵盤，矩陣鍵盤在這里不做介紹。如圖所示，按鍵的一端接單片機IO口，另外一端接低電平。這樣當有按鍵按下時，IO口被拉低為低電平，單片機內(nèi)部檢測IO口狀態(tài)，某一時刻發(fā)現(xiàn)某一IO口被拉低，則證明該IO口所接的按鍵被按下，則執(zhí)行相應的操作。一個按鍵對應一個功能，按鍵按下即為觸發(fā)，單片機執(zhí)行按鍵按下后的程序代碼段即為響應。由于是機械式鍵盤，在按鍵按下或者松開的過程，會有抖動，如果不加以處理，會讓單片機出現(xiàn)誤判斷。這種情況可以通過軟件或者硬件電路加以解決。本系統(tǒng)使用軟件消抖的方式，即是當按鍵按下，單片機讀取IO口狀態(tài)，初步確定按鍵按下了，然后延時10ms，再次讀取IO口狀態(tài)，如果還是表示按鍵按下，最后判定按鍵確實按下了，這段延時就消除了按鍵抖動。三、軟件設計（一）軟件總流程圖圖13單片機控制直流電機調(diào)速系統(tǒng)程序流程圖總圖如圖所示，在開始的開始部分，進行各種初始化，本系統(tǒng)只要設計液晶模塊的初始化和單片機內(nèi)部資源的初始化，內(nèi)部資源的初始化主要是定時計數(shù)器0和定時計數(shù)1的初始化。程序設計中，將定時技術(shù)器0設置為定時模式，定時時間為1ms。定時計數(shù)器1設置工作在計數(shù)模式，最大的計數(shù)范圍為65535次。在程序設計中，采用軟件定時形成1s的閘門時間，1s的定時時間到，讀取計數(shù)數(shù)值，將這個計數(shù)數(shù)值除以4，得出電機在1秒鐘所轉(zhuǎn)的圈數(shù)。再將1秒鐘所轉(zhuǎn)的圈數(shù)乘以60就可以得出1分鐘電機所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)。轉(zhuǎn)速的定義剛好就是1分鐘電機所轉(zhuǎn)的圈數(shù)。對于PWM控制電機轉(zhuǎn)速的程序設這樣設計的。將一個脈沖波形的周期設置為1ms×10=10ms，轉(zhuǎn)換成頻率就是100Hz，這個頻率可以使電機速度更加平穩(wěn)，切換速度更加平滑。在程序設計中設置一個占空比變量，改變占空比，就是改變這個變量的值，這個變量的值在1-10，對應的占空比就為1-100%。一開始，單片機IO口輸入高電平給電機驅(qū)動電路，控制電機朝一個方向轉(zhuǎn)動，定時器開始計時。與此同時在程序中一直判斷是否到改變電平狀態(tài)的點，若達到，則控制單片機IO口輸出低電平。然后以這種方式不斷循環(huán)，最終產(chǎn)生連續(xù)不斷的PWM波形。（二）LCD1602程序設計圖14液晶初始化流程圖如圖所示，完成LCD1602的一些列的初始化設置。其中顯示模式可以設置光標是否顯示移動，是否閃爍，顯示內(nèi)容是否顯示移動。圖15LCD1602讀操作時序圖圖16LCD1602寫操作時序圖對LCD1602進行讀操作的時候，讀操作分為讀數(shù)據(jù)寄存器和讀指令寄存器。當RS為高電平時為讀數(shù)據(jù)寄存器里面的內(nèi)容，當RS為低電平時為讀指令寄存器里面的內(nèi)容。R/W為讀寫信號，當R/W為高電平時進行讀操作，當R/W為低電平時進行寫操作。EN為使能信號，在EN由高電平跳變?yōu)榈碗娖綍r，液晶執(zhí)行指令。從操作圖上我們可以看出，三個信號是有先后之分的，也就是時序。RS信號與R/W信號要在EN信號到來之前建立，最短的建立時間為Tsp1。數(shù)據(jù)或者指令也要在EN信號到來之前建立Tsp2的時間。這些建立時間，在程序設計中用延時的方法解決。在EN信號由高電平變?yōu)榈碗娖胶螅琑S信號、R/W信號、數(shù)據(jù)或指令信號不能立刻改變其電平信號狀態(tài)，應該繼續(xù)保持Thd1、Thd2時間。四、系統(tǒng)測試（一）按鍵面板定義圖17按鍵面板定義圖如上圖所示為按鍵面板定義圖，系統(tǒng)工作正常，按下相應的按鍵，即可選中相應的功能，其直接作用于電機。（二）系統(tǒng)測試1電機是否能控制調(diào)速能2電機是否能控制啟動或停止能3電機是否能控制正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)能4是否能實時顯示占空比和轉(zhuǎn)速能五、結(jié)論隨著電力技術(shù)、微處理器技術(shù)、自動控制技術(shù)的發(fā)展，使得PWM脈寬調(diào)制技術(shù)得到空前的發(fā)展。本系統(tǒng)的設計正是PWM脈寬調(diào)制技術(shù)在直流電機調(diào)速的應用。研究這一技術(shù)，對于生產(chǎn)和生活有著積極意義。本次基于單片機控制直流電機調(diào)速的設計取得了成功，達到了很好的控制效果。本系統(tǒng)能在任何時候控制電機進行正反轉(zhuǎn)動、控制電機啟動或者停止、控制PWM占空比。能將占空比的值和電機當前轉(zhuǎn)速實時顯示在液晶屏幕上。系統(tǒng)有很好的交互性和用戶體驗。加之使用STC89C52單片機作為控制核心，將使得系統(tǒng)更加具有實用性，有更高的性價比。不足之處，對于低速轉(zhuǎn)速時，測M法優(yōu)于其自身的原理，會導致最終測數(shù)來的轉(zhuǎn)速的誤差增大。這就需要在程序中增大閘門時間來控制這一誤差。增大閘門時間。無疑會導致速度顯示的實時性。所以怎樣折衷這些因素，是今后本設計改善和升級時需要考慮的一個地方。致謝本次設計歷經(jīng)幾個月的時間，在這幾個月的時間里，我學會了很多以前書本上學不到的東西，讓我意識到我們不光要有理論知識的支撐，還有結(jié)合實際才能把設計做好。就比如本次設計，在硬件部分，有時會出現(xiàn)很多新的的問題，這些問題可能我以前沒有遇到過，但是通過去查找資料，結(jié)合自己所學習的理論知識，就能一步一步的調(diào)試成功。本次設計的成功，還得益于導師指導，導師提供系統(tǒng)框圖和在關(guān)鍵部分建議，使得畢設的進程更加順利，系統(tǒng)更加完善，再次感謝我的導師！要做好一個設計，還需要在一次失敗之后有重新前進的勇氣與堅強，這些是我通過本次畢業(yè)設計收獲的。相信這些會對我今后的學習，工作及生活產(chǎn)生積極的意義。最后，再次感謝在本次設計中給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W！參考文獻10kW直流電動機不可逆調(diào)速系統(tǒng)設計作者姓名：專業(yè)名稱：電氣工程及其自動化指導教師：摘要直流電動機具有良好的起制動性能，易于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在需要高性能可控電力拖動的領(lǐng)域中得到了廣泛的應用。直流拖動控制系統(tǒng)在理論上和實踐上都比較成熟，而且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流拖動控制系統(tǒng)的基礎。從生產(chǎn)機械要求控制的物理量來看，電力拖動自動控制系統(tǒng)有調(diào)速系統(tǒng)，位置隨動系統(tǒng)，張力控制系統(tǒng)，多電動機同步控制系統(tǒng)等多種類型，而各種系統(tǒng)往往都是通過控制轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)的，因而調(diào)速系統(tǒng)是最基本的拖動控制系統(tǒng)。本文重點研究了用電力電子所學知識，實現(xiàn)一臺220V，10KW，1000r/min的直流電動機不可逆調(diào)速控制技術(shù)。詳細介紹了直流電動機不可逆調(diào)速硬件電路部分，詳細的闡述了控制系統(tǒng)硬件電路結(jié)構(gòu)、工作原理、電子元器件規(guī)格，型號的選取、系統(tǒng)保護設計、硬件抗干擾設計等。關(guān)鍵詞 ：直流電動機電力電子雙閉環(huán)調(diào)速

AbstractDCmotorwithbrakingfromagoodperformance,abroadrangeofeasytosmoothspeedcontrol,whichrequirehighperformanceinthefieldofcontrolledelectricdrivehasbeenawiderangeofapplications.DCDragcontrolsystemintheoryandpracticemoremature,andtheclosed-loopfeedbackcontrolfromthepointofview,itisdraggingtheexchangecontrolsystem,therefore,shouldfirstmastertheDCsystem.Controlofproductionmachineryfromthephysicaldemands,theelectricdrivespeedcontrolsystemofautomaticcontrolsystems,positionservosystem,tensioncontrolsystem,multi-motorsynchronouscontrolsystemandsomanytypes,andareoftenavarietyofsystemsbycontrollingthespeedtoachieve,sospeedcontrolsystemisthemostbasicdragcontrolsystem.Thisarticlefocusesontheuseofpowerelectroniclearning,theachievementofa220V,10KW,1000r/minirreversibilityoftheDCmotorspeedcontroltechnology.DetailsofirreversibleDCmotorspeedcontrolcircuitofthedetailedcircuitofthecontrolsystemhardwarestructure,workingprinciple,thespecificationsofelectroniccomponents,modelselection,thedesignofsystemprotection,anti-hardwaredesign.DCMotorInthispaper,structure,workingprinciple,thebasicequation,mechanicalcharacteristicsandspeedcontrolmethods,donotconstitutereversiblespeedcontrolsystemandcontrolsystemsoftwaredesignpartdoneabriefintroductionKeywords:DCMotor,SpeedControl,PowerElectronics

目錄TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 IAbstract II目錄 III緒論 11系統(tǒng)方案的選擇 21.1直流電動機概述 21.2整流電路簡介 21.3電動機供電方案的選擇 31.4觸發(fā)電路的選擇 31.5反饋方式的選擇 42主電路計算 62.1整流變壓器計算 72.2晶閘管元件的選擇 82.3晶閘管保護環(huán)節(jié)的計算 82.4電抗器的參數(shù)計算 102.5勵磁電路元件的選擇 103觸發(fā)電路的選擇 124反饋電路參數(shù)選擇與計算 154.1測速發(fā)電機的選擇 154.2電流截止反饋環(huán)節(jié)的選擇 164.3調(diào)速靜態(tài)精度的計算 164.4給定環(huán)節(jié)的選擇 184.5控制電路的直流電源 195調(diào)試及電路參數(shù)修改 205.1接線和布線檢查 215.2相序檢查 215.3檢查同步電壓與主電壓的相位關(guān)系 215.4放大器的檢查 225.5觸發(fā)電路的調(diào)整 225.6電阻性負載調(diào)試 225.7電動機負載調(diào)試 23結(jié)論 25致謝 26參考文獻 27附件電氣原理總圖 28緒論近年來，隨著電子技術(shù)的發(fā)展及其應用技術(shù)的進步，單片微型機的高速發(fā)展。外圍電路元件專用集成器件的不斷出現(xiàn)，使得直流電動機控制技術(shù)有了顯著進步。直流電機的控制與調(diào)速技術(shù)的發(fā)展是與控制器件的發(fā)展緊密相連的。數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，將計算機與直流電機的控制系統(tǒng)相結(jié)合，使得直流電機被廣泛的應用在各種領(lǐng)域。電機是進行電能與機械能交換的機器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、運輸和國防上廣泛應用它來拖動工作機械。較先進的工作機械和生產(chǎn)工藝普通要求對電機的轉(zhuǎn)速實行自動控制，直流電機一直以來，以其調(diào)速性能為：起動轉(zhuǎn)矩大，能獲得寬范圍的調(diào)速等優(yōu)點。被廣泛應用在要求調(diào)速指標高的各種機械上。正是基于對小功率直流電機調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)越性的認識，本設計即運用小功率直流電動機調(diào)速系統(tǒng)。直流電動機具有良好的起制動性能,能大范圍內(nèi)平滑調(diào)速,因而在可控的電力拖動領(lǐng)域中得到了廣泛的應用。直流調(diào)速系統(tǒng)現(xiàn)已具有較完整的理論和較成熟的實踐。這種調(diào)速方式正是適應了自動調(diào)速系統(tǒng)向微型化、集成化和電機控制裝置一體化的發(fā)展方向，具有較高的實際應用價值。論文概括：⑴調(diào)速系統(tǒng)方案選擇⑵主電路選擇與計算⑶控制電路選擇與計算⑷調(diào)速系統(tǒng)靜態(tài)精度計算⑸繪制電氣系統(tǒng)原理圖及部件圖⑹調(diào)試、修改電氣參數(shù)

1系統(tǒng)方案的選擇1.1直流電動機概述直流電動機是由直流電源供電，將直流電能轉(zhuǎn)換為機械能，從而拖動生產(chǎn)機械完成生產(chǎn)任務。它有良好的啟動性能和調(diào)速特性，因此在啟動、調(diào)速性能要求高的場合，如電車、軋鋼機等．常常選用直流電動機拖動。按勵磁方式可分為自勵、他勵和永磁三類。其特點是:(一)調(diào)速性能好。所謂“調(diào)速性能”，是指電動機在一定負載的條件下，根據(jù)需要，人為地改變電動機的轉(zhuǎn)速。直流電動機可以在重負載條件下，實現(xiàn)均勻、平滑的無級調(diào)速，而且調(diào)速范圍較寬。(二)起動力矩大?？梢跃鶆蚨?jīng)濟地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。因此，凡是在重負載下起動或要求均勻調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的機械，例如大型可逆軋鋼機、卷揚機、電力機車、電車等，都用直流電動機拖動。1.2整流電路簡介整流電路把交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能的電路。大多數(shù)整流電路由變壓器、整流主電路和濾波器等組成。它在直流電動機的調(diào)速、發(fā)電機的勵磁調(diào)節(jié)、電解、電鍍等領(lǐng)域得到廣泛應用。整流電路通常由主電路、濾波器和變壓器組成。20世紀70年代以后，主電路多用硅整流二極管和晶閘管組成。濾波器接在主電路與負載之間，用于濾除脈動直流電壓中的交流成分。變壓器設置與否視具體情況而定。變壓器的作用是實現(xiàn)交流輸入電壓與直流輸出電壓間的匹配以及交流電網(wǎng)與整流電路之間的電隔離（可減小電網(wǎng)與電路間的電干擾和故障影響）。整流電路按其組成器件可分為不控整流電路、半控整流電路和全控整流電路。后兩種電路按其控制方式又可分為相控整流電路和斬波整流電路。相控整流電路由于采用電網(wǎng)換相方式，不需要專門的換相電路，因而電路簡單、工作可靠，得到廣泛應用。但相控整流電路在控制用α較大時，功率因數(shù)較低，網(wǎng)側(cè)電流諧波含量較大。因而在大功率調(diào)速傳動中，低速運行時，采用斬控整流電路可解決功率因數(shù)變壞的問題。單相可控整流電路的交流側(cè)接單相電源，當整流負載容量較大，或者要求直流電壓脈動較小時，應采用三相整流電路。1.3電動機供電方案的選擇由于電機的容量較大,又要求電流的脈動小，故選用三相全控橋式整流電路供電方案.。電動機額定電壓為220V，為保證供電質(zhì)量，應采用三相減壓變壓器將電源電壓降低。為避免三次諧波電流對電源的干擾，主電壓器采用D/Y聯(lián)結(jié)。因調(diào)速精度要求較高，故選用轉(zhuǎn)速負反饋調(diào)速系統(tǒng)。采用電流截止負反饋進行限流保護，出現(xiàn)故障電流時由過流繼電器切斷主電路電源。為使線路簡單，工作可靠，裝置體積小，宜選用KJ004組成的六脈沖集成觸發(fā)電路。該系統(tǒng)采用減壓調(diào)速方案，故勵磁應保持恒定。勵磁繞組采用三相不控橋式整流電路供電，電源可從主變壓器二次側(cè)引入。為保證先加勵磁后加電樞電壓，主接觸器點應在勵磁繞組通電后方可閉合，同時設有弱磁保護環(huán)節(jié)。1.4觸發(fā)電路的選擇晶閘管觸發(fā)電路的形式很多，常用的有阻容移相橋觸發(fā)電路、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路、晶體三極管觸發(fā)電路、利用小晶閘管觸發(fā)大晶閘管的觸發(fā)電路，等等。單結(jié)晶體管又叫雙基極二極管，是由一個PN結(jié)和三個電極構(gòu)成的半導體器件。單結(jié)晶體管組成的觸發(fā)脈沖產(chǎn)生電路在今天大家制作的調(diào)壓器中已經(jīng)具體應用了。為了實現(xiàn)整流電路輸出電壓“可控”，必須使晶閘管承受正向電壓的每半個周期內(nèi)，觸發(fā)電路發(fā)出第一個觸發(fā)脈沖的時刻都相同，這種相互配合的工作方式，稱為觸發(fā)脈沖與電源同步。本設計所選用的直流電動機容量較小，通過晶閘管的電流不會超過50A，故可采用電路簡單，成本低的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路。為實現(xiàn)自動控制，且要同時觸發(fā)兩只陰極不接在一起的晶閘管，可采用由晶體管代替可變電阻的單結(jié)晶體管觸發(fā)電路，用具有兩個二次繞組的脈沖變壓器輸出的脈沖。1.5反饋方式的選擇晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)指標是指系統(tǒng)的調(diào)速范圍D和靜差率S。由于各類生產(chǎn)機械的工藝要求不同，對系統(tǒng)提出的靜態(tài)技術(shù)指標也往往有所不同。其中：調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速范圍D和靜差率S及靜態(tài)轉(zhuǎn)速降落是相互關(guān)聯(lián)的。對直流調(diào)速系統(tǒng)來說，D、S是提出的靜態(tài)指標要求，系統(tǒng)方案必須予以滿足。晶閘管調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)指標是指系統(tǒng)在穩(wěn)定的前提下對階躍給定信號的跟隨性能指標和在擾動信號作用下的抗擾性能指標。在調(diào)速系統(tǒng)中負載擾動和電網(wǎng)電壓擾動是最常見的擾動量，其中以負載擾動為主。次要擾動以負反饋閉環(huán)加以抑制。轉(zhuǎn)速降⊿n和靜差率S只能反映系統(tǒng)空載和滿載兩種穩(wěn)態(tài)下的差別，并不能反映負載變化對系統(tǒng)動態(tài)過程的影響，只有用系統(tǒng)的抗擾性能才能反映負載變化（即擾動）對系統(tǒng)動態(tài)過程品質(zhì)的影響。直流電動機全電壓起動時，如果沒有采取專門的限流措施，會產(chǎn)生很大的沖擊電流，這不僅對電動機換向不利，對于過載能力低的晶閘管等電力電子器件來說，更是不允許的。為了解決反饋控制單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動和堵轉(zhuǎn)時電流過大的問題，系統(tǒng)中必須設有自動限制電樞電流的環(huán)節(jié)。根據(jù)反饋控制的基本概念，要維持某個物理量基本不變，只要引入該物理的負反饋就可以了。所以，引入電流負反饋能夠保持電流不變，使它不超過允許值。但是，電流負反饋的引入會使系統(tǒng)的靜特性變得很軟，不能滿足一般調(diào)速系統(tǒng)的要求，電流負反饋的限流作用只應在起動和堵轉(zhuǎn)時存在，在正常運行時必須去掉，使電流能自由地隨著負載增減。這種當電流大到一定程度時才起作用的電流負反饋叫做電流截止負反饋。電壓負反饋用來控制電壓的變化,一般實際用于穩(wěn)壓作用。當輸入信號增大時,用來減小電壓,反之,輸入電壓減小時,用來增益電壓.。負載要求D＝10，S≤5％，則系統(tǒng)應滿足的轉(zhuǎn)速降(1-1)電動系數(shù)(1-2)(1-3)已遠遠大于調(diào)速指標要求的5.26r/min,必須再加上電流正反饋來補償它，故最后確定采用電壓負反饋及電流正反饋的調(diào)速方案。為了能實現(xiàn)高速啟動，還必須加上電流截止環(huán)節(jié)。直流調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖1.1所示。圖1.1直流調(diào)速系統(tǒng)框圖

2主電路計算主電路采用的是三相全控橋式整流電路，如圖2.1所示。圖2.1晶閘管整流電路2.1整流變壓器計算的計算查設計手冊可得：(2-1)查得A＝2.34，?。?.9，角考慮10的裕量，則。(2-2)故取電壓比(2-3)一次側(cè)和二次側(cè)相電流I1和I2的計算查得,所以變壓器的容量計算由設計手冊可得(2-4)考慮勵磁功率，取。2.2晶閘管元件的選擇（1）晶閘管的額定電壓由設計手冊得(2-5)?。?）晶閘管的額定電流查得，K＝0.367，根據(jù)設計手冊式有(2-6)取。故選用型號為KP50-7晶閘管元件。2.3晶閘管保護環(huán)節(jié)的計算交流側(cè)過電壓保護阻容保護由設計手冊式可得(2-7)耐壓故選用CZJD-2型金屬化紙介電容器，電容量20uF，耐壓250V。，取2.2Ω。(2-8)因此，可選2.2Ω、5W的金屬膜電阻。壓敏電阻的選擇(RV1)由設計手冊得(2-9)通過查詢相關(guān)產(chǎn)品參數(shù)目錄，取電壓為220V，通流量為5kA,由此選用的壓敏電阻作交流側(cè)浪涌過電壓保護。直流側(cè)過電壓保護故選用MY－430/3壓敏電阻作為直流側(cè)過電壓保護。晶閘管兩端的過電壓保護表2.1晶閘管過電壓保護表元件容量（A）1020501002005001000C（）0.10.150.20.250.51.002.00R（）2~100查得：。電容耐壓選CZJD-2型金屬化紙介電容，電容量0.22uF，耐壓400V。(2-10)取,1W金屬膜電阻。過電流保護本系統(tǒng)除采用電流截止反饋環(huán)節(jié)做限流保護外，還設有與元件串聯(lián)得快速熔斷器作過載和短路保護，用過流繼電器切斷故障電流。快速熔斷器的選擇通過晶閘管電流有效值為,故選用RLS-50的熔斷器，容體電流為50A。過電流繼電器的選擇根據(jù)負載電流為55A，可選用吸引線圈電流為100A的JL14-11ZS型手動復位直流過電流繼電器，整定電流可取1.2555A=70A。2.4電抗器的參數(shù)計算使電流連續(xù)的臨界電感值查表得取,則(2-11)限制電流脈動的電感量按(2-10)并查表得取，則變壓器漏電感量LT按(2-10)并查表得取，則（4）實際串入電抗器電感量Ld已知電動機電感量為LD＝7mH，則(2-12)2.5勵磁電路元件的選擇整流二極管耐壓值與主電路晶閘管相同，故取700V，額定電流取a＝0查得K＝0.367，則(2-13)可選用ZP型3A、700V二極管。

3觸發(fā)電路的選擇普通晶閘管是半控型電力電子器件。為了使晶閘管由阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)入導通狀態(tài)，晶閘管在承受正向陽極電壓的同時，還需要在門極加上適當?shù)挠|發(fā)電壓?？刂凭чl管導通的電路稱為觸發(fā)電路。觸發(fā)電路常以所組成的主要元件名稱進行分類，包括簡單觸發(fā)電路、單結(jié)晶體管觸發(fā)電路、晶體管觸發(fā)電路、集成電路觸發(fā)器和計算機控制數(shù)字觸發(fā)電路等?？刂艷TR、GTO、功率MOSFET、IGBT等全控型器件的通斷則需要設置相應的驅(qū)動電路。基極（門極、柵極）驅(qū)動電路是電力電子主電路和控制電路之間的接口。采用性能良好的驅(qū)動電路，可使電力電子器件工作在較理想的開關(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時間，減少開關(guān)損耗。另外，許多保護環(huán)節(jié)也設在驅(qū)動電路或通過驅(qū)動電路來實現(xiàn)。觸發(fā)電路與驅(qū)動電路是電力電子裝置的重要組成部分。為了充分發(fā)揮電力電子器件的潛力、保證裝置的正常運行，必須正確設計與選擇觸發(fā)電路與驅(qū)動電路。晶閘管的觸發(fā)信號可以用交流正半周的一部分，也可用直流，還可用短暫的正脈沖。為了減少門極損耗，確保觸發(fā)時刻的準確性，觸發(fā)信號常采用脈沖形式。晶閘管對觸發(fā)電路的基本要求有如下幾條：（1）觸發(fā)信號要有足夠的功率為使晶閘管可靠觸發(fā)，觸發(fā)電路提供的觸發(fā)電壓和觸發(fā)電流必須大于晶閘管產(chǎn)品參數(shù)提供的門極觸發(fā)電壓與觸發(fā)電流值，即必須保證具有足夠的觸發(fā)功率。例如，KP50要求觸發(fā)電壓不小于3.5V，觸發(fā)電流不小于100mA；KP200要求觸發(fā)電壓不小于4V，觸發(fā)電流不小于200mA。但觸發(fā)信號不許超過規(guī)定的門極最大允許峰值電壓與峰值電流，以防損壞晶閘管的門極。在觸發(fā)信號為脈沖形式時，只要觸發(fā)功率不超過規(guī)定值，允許觸發(fā)電壓或觸發(fā)電流的幅值在短時間內(nèi)大大超過銘牌規(guī)定值。（2）觸發(fā)脈沖必須與主回路電源電壓保持同步為了保證電路的品質(zhì)及可靠性，要求晶閘管在每個周期都在相同的相位上觸發(fā)。因此，晶閘管的觸發(fā)電壓必須與其主回路的電源電壓保持固定的相位關(guān)系，即實現(xiàn)同步。實現(xiàn)同步的辦法通常是選擇觸發(fā)電路的同步電壓，使其與晶閘管主電壓之間滿足一定的相位關(guān)系。（3）觸發(fā)脈沖要有一定的寬度，前沿要陡為使被觸發(fā)的晶閘管能保持住導通狀態(tài)，晶閘管的陽極電流在觸發(fā)脈沖消失前必須達到擎住電流，因此，要求觸發(fā)脈沖應具有一定的寬度，不能過窄。特別是當負載為電感性負載時，因其中電流不能突變，更需要較寬的觸發(fā)脈沖，才可使元件可靠導通。例如，單相整流電路，電阻性負載時脈沖寬度應大于10us，電感性負載時則因大于100us；三相全控橋中，采用單脈沖觸發(fā)時脈寬應大于60°（通常取90°），而采用雙脈沖觸發(fā)時，脈寬為10°左右即可。此外，很多晶閘管電路還要求觸發(fā)脈沖具有陡的前沿，以實現(xiàn)精確的觸發(fā)導通控制。（4）觸發(fā)脈沖的移相范圍應能滿足主電路的要求觸發(fā)脈沖的移相范圍與主電路的型式、負載性質(zhì)及變流裝置的用途有關(guān)。例如，單相全控橋電阻負載要求觸發(fā)脈沖移相范圍為180°，而電感性負載（不接續(xù)流管時）要求移相范圍為90°。三相半波整流電路電阻負載時要求移相范圍為150°，而三相全控橋式整流電路電阻負載時要求移相范圍為120°。選用集成六脈沖觸發(fā)器實用電路，如圖4所示。為了實現(xiàn)弱磁保護，在磁場回路中串入欠電壓繼電器KA1，動作電流通過RP1調(diào)整。已知勵磁電流1.6A，可選用吸引線圈電流為2.5A的JL14-11ZQ直流欠電壓繼電器。KP50晶閘管的觸發(fā)電流為8～150mA，觸發(fā)電壓為UG3.5V，在觸發(fā)電路電源電壓為15V時，脈沖變壓器匝數(shù)比2：1，ug可獲得約6V的電壓，脈沖變壓器一次電流只要大于75A，即可滿足晶閘管要求，這里選用的3DG12B作為脈沖功率放大管，其極限參數(shù),完全能滿足要求。該電路需要設計一個三相同步變壓器，考慮各種不便因素，用三個單相變壓器結(jié)成三相變壓器組代替，并結(jié)成DY0,確定單相變壓器的參數(shù)為：容量3VA，電壓為380V/30V,三臺。同步變壓器的聯(lián)接如圖3所示。圖3.1同步變壓器的聯(lián)接組

4反饋電路參數(shù)選擇與計算雙閉環(huán)（轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)）直流調(diào)速系統(tǒng)是一種當前應用廣泛，經(jīng)濟，適用的電力傳動系統(tǒng)。它具有動態(tài)響應快、抗干擾能力強的優(yōu)點。反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)具有良好的抗擾性能，它對于被反饋環(huán)的前向通道上的一切擾動作用都能有效的加以抑制。采用轉(zhuǎn)速負反饋和PI調(diào)節(jié)器的調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是由電流和轉(zhuǎn)速兩個調(diào)節(jié)器進行綜合調(diào)節(jié)，可獲得良好的靜、動態(tài)性能。轉(zhuǎn)速與電流截止負反饋環(huán)節(jié)如圖4.1所示。圖4.1轉(zhuǎn)速和電流截止反饋環(huán)節(jié)4.1測速發(fā)電機的選擇由電機產(chǎn)品樣本查得，選用55CY61型永磁直流測速發(fā)電機。其參數(shù)為：ETG＝110V，nTG＝2000r/min，負載電阻RTG是2KΩ,2W的電位器，測速發(fā)電機與主電機同軸聯(lián)結(jié)。由于主電機額定轉(zhuǎn)速為nN＝1000r/min，因此測速發(fā)電機發(fā)出的最高電壓為55V，若給定電源取15V，則只要適當取反饋系數(shù)a，即可滿足系統(tǒng)要求。4.2電流截止反饋環(huán)節(jié)的選擇為了提高直流調(diào)速系統(tǒng)的動靜態(tài)性能指標，通常采用閉環(huán)控制系統(tǒng)(包括單閉環(huán)系統(tǒng)和多閉環(huán)系統(tǒng))。對調(diào)速指標要求不高的場合，采用單閉環(huán)系統(tǒng)，而對調(diào)速指標較高的則采用多閉環(huán)系統(tǒng)。按反饋的方式不同可分為轉(zhuǎn)速反饋，電流反饋，電壓反饋等。在電流單閉環(huán)中，將反映電流變化的電流互感器輸出電壓信號作為反饋信號加到“電流調(diào)節(jié)器”的輸入端，與“給定”的電壓相比較，經(jīng)放大后，得到移相控制電壓UCt，控制整流橋的“觸發(fā)電路”，改變“三相全控整流”的電壓輸出，從而構(gòu)成了電流負反饋閉環(huán)系統(tǒng)。電機的最高轉(zhuǎn)速也由電流調(diào)節(jié)器的輸出限幅所決定。同樣，電流調(diào)節(jié)器若采用P（比例）調(diào)節(jié)，對階躍輸入有穩(wěn)態(tài)誤差，要消除該誤差將調(diào)節(jié)器換成PI(比例積分)調(diào)節(jié)。當“給定”恒定時，閉環(huán)系統(tǒng)對電樞電流變化起到了抑制作用，當電機負載或電源電壓波動時，電機的電樞電流能穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)變化。選用LEM模塊LA100-NP電流傳感器作為電流檢測元件，其參數(shù)為：額定電流100A，匝數(shù)比為1/1000，額定輸出電流為100mA，測量電阻RM＝30～50Ω，取RM為47Ω、1W的繞線電位器。負載電流為1.2IN時，讓電流截止反饋環(huán)節(jié)起作用，此時LA的輸出電流為1.2IN/1000＝（1.255/1000）mA＝66mA，輸出電壓為3.1V，考慮一定的調(diào)節(jié)裕量，選2CW9穩(wěn)壓管作為比較電壓，UVC＝2V。4.3調(diào)速靜態(tài)精度的計算電動機和測速發(fā)電機電動勢常數(shù)計算電動機電動勢常數(shù)：(4-1)測速發(fā)電機電動勢常數(shù)：(4-2)整流裝置的內(nèi)阻Ri按設計手冊式，K取1.2，則(4-3)要求調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)速降(4-4)要求閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大倍數(shù)K根據(jù)手冊式得(4-5)觸發(fā)器與整流裝置得放大倍數(shù)的估算在觸發(fā)器選用電源情況下，鋸齒波同步電壓最大值應小于15V，這里按最大移相電壓為15V計算。按設計手冊式，則有(4-6)計算轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)由于取15V，約12V左右，而，故。所以轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)計算放大器的放大倍數(shù)由于，故(4-7)因為KP較大，故選用放大倍數(shù)可調(diào)的放大器，如圖4.2所示。圖4.2放大倍數(shù)可調(diào)的放大器由于點是虛地，故(4-8)式中分壓電阻的分壓系數(shù)。所以為了避免放大器開環(huán)，不能調(diào)到零，可在電位器接地端串一個不可調(diào)的小電阻。若該電路電位器取4.7、1W，固定小電阻取470、0.25W，則，故最多能把放大倍數(shù)從提高到11倍。采用F007運算放大器，其輸入電阻,為了不影響，應使。,,取，實取330。均取0.25W。4.4給定環(huán)節(jié)的選擇由于放大器輸入電壓和輸出電壓極性相反，而觸發(fā)器的移相控制電壓Uc又是正電壓，故給定電壓就得取負電壓，而反饋電壓均取正電壓。為此給定電壓和觸發(fā)器共用一個-15V電源，用一個2.2KΩ、1W的電位器引出給定電壓。4.5控制電路的直流電源這里直接選用CM7815和CM7915三端集成穩(wěn)壓器作為控制電路的直流電源。表4.1直流穩(wěn)壓電源元件7VD1VD2二極管2CP1226C5C6電容0.33uF257915三端集成穩(wěn)壓器-15V,1.5A147815三端集成穩(wěn)壓器+15V,1.5A13C3C4電容0.1uF22C1C2電解電容2200Uf.63V21B1B2橋堆2A,100V2序號代號名稱規(guī)格數(shù)量圖4.3直流穩(wěn)壓電源原理圖

5調(diào)試及電路參數(shù)修改為使電路工作可靠，總電源由自動開關(guān)引入，由于變壓器一次電流為，故選DZ5-50型三極自動斷路器，脫扣器的額定電流為30A的三極自動斷路器即可滿足要