直流电机调速调研报告1.doc

调研报告 课题研究的背景 直流电机是最常见的一种电机，它已经广泛应用于交通、机械、化工、航空等领域中。早期的直流电机控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器，非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件复杂，功能单一，而且系统非常不灵活，调试困难，阻碍了直流电机控制技术的发展和应用范围的推广。 PWM控制技术是利用半导体器件的导通和关断，把直流电压变成电压脉冲列，控制电压脉冲的周期和宽度以达到变压目的，或控制电压脉冲的周期和宽度以达到变压变频目的的一种控制技术。近年来，电气传动的PWM 控制技术已成为电气传动自动控制技术的热点之一。 随着近代电力电子技术和计算机技术的发展以及现代控制理论的应用，单片机成为了直流电机调速不可或缺的部分之一。单片机具有体积小、重量轻、功能强、抗干扰能力强、控制灵活、应用方便、价格低廉等特点，而被广泛应用于直流电机调速系统。在实际应用中，电机是把电能转化为机械能的主要设备，因此要求其具有较好的能量转换效率和能够根据生产工艺的要求调整转速。电机调速性能对提高产品质量，提高劳动生产率和节省电能有着决定性的影响。所以，电机调速一直是研究的热点。 PWM 直流电动机调压调速系统拥有需用的功率元件少、线路简单、控制方便、开关频率高、低速性能好、稳速精度高及调速范围宽、控制方式多样化、能与数字速度给定信号直接接口等优点，在工厂企业得到广泛的应用，有利于国家工业化的发展。通过学习并熟练掌握这个调速系统，对我们今后的工作有十分重要的意义。 国内外电机控制的研究现状及发展 从20世纪80年代中后期起，以晶闸管整流装置取代了以往的直流发电机电动机组及水银整流装置，使直流电气传动完成一次大的跃进。同时，控制电路也实现了高度集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大，直流调速技术不断发展。 国外主要电气公司如瑞典ABB公司、德国的西门子公司、AEG公司、日本的三菱公司、东芝公司、美国的GE公司、西屋公司等，均已经开发出多个数字直流调速装置，有成熟的系列化、标准化、模板化的应用产品。我国从20世纪60年代初试制成功第一只硅晶闸管以来，晶闸管直流调速系统也得到迅速的发展和广泛的应用。目前，晶闸管供电的直流调速系统在我国国民经济各部门得到广泛应用。我国关于数字直流调速系统的研究主要有：综合性最优控制，补偿PID控制，PID算法优化。随着PWM技术的发展，我国直流电机调速也正向着脉宽调制方向发展。目前我国大部分数字化控制直流调速装置还是依靠进口。但由于进口设备价格昂贵，也给出了国产全数字控制直流调速装置的发展空间，所以国内许多大专院校、科研单位和厂家也都在开发全数字直流调速装置。 课题研究内容及目标 单片机控制的PWM直流电机调速系统的主要目标包括：实现对直流电机的加速、减速和正转、反转以及启动、停止的控制，能够很方便地实现电机智能控制。 系统的主体电路是直流电机PWM控制模块。这部分电路主要由AT89S51单片机的I/O端口、定时计数器、外部中断扩展等来控制直流电机的加速、减速以及电机的正转、反转，并且可以调整电机的转速，可以方便地实现直流电机的智能控制。该系统是通过AT89S51单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到L298驱动芯片来控制直流电机的工作。该单片机控制的PWM直流电机调速系统主要是由以下几个电路模块组成： 输入模块：这一部分主要是利用带中断的独立式键盘来实现对直流电机的加速、减速以及电机的正转、反转和启动、停止控制。 控制模块：主要由AT89S51单片机的外部扩展电路组成。直流电机PWM控制实现部分主要由一些二极管、电机和L298驱动芯片组成。 测速显示模块：通过霍尔传感器CS3020和LED数码显示，实现对直流电机转速的实时显示。 研究方案的可行性及实验条件 根据直流电机调速的控制要求确定整体的设计方案，完成单片机控制的PWM直流电机调速系统设计。该系统需能实现用软件产生PWM信号，并且通过单片机对信号传输达到对电机的启动和停止，加速和减速，正传和反转的控制；直流电机的转速在LED显示器上正确实时显示。该系统主要由输入设备、单片机、显示器、电机驱动模块和测速元件等部分组成。主要内容具体描述如下： 1. 输入设备的选择：与矩阵键盘相比独立键盘结构简单，所以本设计采用独立键盘给单片机输入信号； 2. 单片机的选型：MCS-51系列单片机有多种型号，其中AT89S51不仅兼容8051，还具有ISP编程和看门狗功能，这里选用单片机AT89S51作为控制核心； 3. 显示部分的设计：LED是单片机应用系统中最常用的输出器件，用LED实现对PWM脉宽调制占空比的实时显示； 4. 电机驱动模块的设计：利用H桥式驱动电路可实现电机的正转，反转，制动的功能，作为集成有