基于九点控制器的直流调速系统的研制论文.doc

目 录 引言 1 1 绪论 2 1.1 课题背景 2 1.2 课题研究的目的及意义 2 2 方案设计 3 2.1 设计要求 3 2.2 方案设计所使用的知识介绍 3 2.3 理论研究 3 2.4 系统总体结构设计 4 3 模块单元设计 5 3.1 直流电机驱动模块 5 3.1.1 PWM原理 5 3.1.2直流电机双极性驱动可逆PWM系统 6 3.1.3场效应管的选择 7 3.1.4直流电机驱动单元的设计 8 3.2 单片机主控制模块 8 3.2.1 AT89C51的介绍 8 3.2.2 AT89C51控制部分电路图 12 3.2.3 1602显示模块的介绍 13 3.3 测速反馈模块 16 3.3.1速度环数字测速方法 16 3.3.2光电二极管与红外发射头 18 3.3.3 LM393介绍 18 3.3.4测速部分电路图 20 4 软件部分 20 4.1九点控制器控制原理与控制策略 20 4.1.1九点控制器的基本原理 20 4.1.2九点控制器的控制策略 22 4.1.3九点控制器控制算法的特点 25 4.1.4九点控制器参数整定 26 4.1.5调速系统中九点控制器的控制参数的确定 26 4.2 单片机编程 27 4.2.1软件部分设计的功能 27 4.2.2程序流程图和程序介绍 27 5 系统制作及产品调试 31 5.1 系统PCB图的设计 31 5.2 电路板的制作 31 5.3 硬件调试 32 5.3.1检测元器件 32 5.3.2检测各个引脚信号 32 5.4 软件调试 32 6 结论 33 谢 辞 34 参考文献 35 附 录1 36 附 录2 37 附 录3 38 引言 在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较高的能量转换效率；二是应能根据生产工艺的要求调整转速。电动机的调速性能如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。因此，调速技术一直是研究的热点。 直流电机调速范围广，易于平滑调速，启动、制动和过载转矩大，易于控制，可靠性较高。基于上述优点，它在对调速要求较高的生产机械上得到了广泛的应用。对于直流电机转速的调节，最常用的办法是通过改变电枢端的电压来实现，即通过调节电阻R 的阻值来改变端电压，以达到调速的目的。但由于接入的电阻消耗了部分电压，因此这种传统的调速方法效率很低。随着电力电子技术的发展，出现了许多新的电枢电压控制方法，其中PWM（Pulse Width Modulation）控制是常用的一种调速方法。PWM控制是指在保持周期T不变的情况下，通过调节开关导通的时间对脉冲宽度进行调制，从而达到调节电机转速的目的。在脉宽调速系统中，电机电枢两端的电压是脉宽可调的脉冲电压，在输出脉冲频率足够快的情况下，由于惯性的存在，只要按照一定的规律改变通、断电的时间，即可使电机的速度达到并保持一个稳定值。 然而传统直流电动机双闭环调速系统大多采用简单，性能稳定的PI控制技术，由于实际传动系统被控对象的参数变化与非线性特性使得线性的常参数PI控制器顾此失彼，难以满足高精度、快响应的控制要求。九点五态控制器是根据偏差与偏差变化率，在相平面上采用不同的作用力以达到控制要求的控制器。它能根据实际运行的不同工况而采取不同控制策略，因此九点控制器具有非线性控制器的特点，是直流电机调速系统中比较理想的一种控制方式。 本直流电机控制系统主要采用九点控制器算法，在本文中对九点控制器的理论、设计和实现进行了较为详细的论述，这不仅突破了传统的控制算法的应用，而且对利用九点控制器算法来实现速度控制的方法提供了一定的实际参考价值，为直流电机速度控制系统向智能化方向发展进行了有益的探索。 1 绪论 1.1 课题背景 电气传动是以电动机的转矩和转速为控制对象，按生产机械工艺要求进行电动机转速控制的自动化系统。根据电动机的不同，工程上通常把电气传动分为直流电气传动和交流电气传动两大类。纵观电气传动的发展过程，交、直流两大电气传动并存于各个时期的工业领域内，虽然它们所处的地位和作用不同，但是它们始终是随着工业技术的发展，特别是随着电力电子学和微电子学的发展，在相互竞争、相互促进中完善着自身。发生着变更。由于直流电动机具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，因而在工业场合应用广泛。近代，由于生产技术的发展，对电气传动在起制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、和动态响应方面都提出了更高的要求，所以用计算机控制电力拖动控制系统成为计算机应用的一个重要内容。 直流调速系统在工农业生产中有着广泛的应用。随着计算机技术和电力电子技术的飞速发展，两者的有机结合使电力拖动控制产生了新的变化。计算机技术、电力电子技术和直流拖动技术的组合是技术领域的交叉，具有广泛的应用前景。直流