加工机床主轴控制系统的设计.doc

目录 摘要 I Abstract II 绪论 V 1系统可行性方案分析 1 1.1 系统整体设计思路框图 1 1.2电机调速类别 2 1.2.1无极调速 2 1.2.2有极调速 2 1.3 电机调速控制方法及分析 2 1.3.1 PWM定义 2 1.3.2调速原理 3 1.3.3实现方法 4 1.4 设计方案比较与分析 4 1.4.1电机调速控制模块 4 1.4.2电机测速模块 5 1.4.3电机速度显示模块 6 2.系统硬件电路设计 7 2.1硬件原理框图 7 2.2控制模块 7 2.3驱动模块 9 2.4显示模块 10 2.4.1主要技术参数和性能 10 2.4.2 外形尺寸 11 2.4.3主要功能器件 12 2.5测速模块 14 2.5.1光电开关简介 14 2.5.2光电开关工作原理 14 2.5.3光电开关基本工作特性 15 2.5.4直流电机测速电路 15 2.5.5速度脉冲信号调理电路 17 2.6整体硬件电路图 17 2.7电机闭环检测系统 17 3.系统软件设计 18 4.测试结果与分析 22 结 论 23 参考文献 24 附录A程序 25 致 谢 33 绪论 因为直流电机有良好的线性调速特性、效率高、控制简单、调速性能好及体积小等优点得到了广泛使用。常规电机调速控制方法中，电机工作不稳定,损耗较大,尤其在低电压轻负荷时情况更为严重，且工作频率受电源频率的限制, 难以满足高精度的调速要求，不利于广泛推广。如何才能使电路具有成本低、控制精度高、调试修改参数方便，且能方便和灵活地适用于大功率、可靠性高的直流电机控制系统中,研究的目的。1系统可行性方案分析 1.1 系统整体设计思路框图  1.2电机调速类别 1.2.1无极调速 无极调速：无级调速简称CV（continuously viable) 变速，无极调速又是自动调速。是通过两组可以改变直径的齿轮或者皮带轮组成，由链条或皮带连接，通过改变齿轮或皮带轮的直径来控制变速比。 优点：没有换档动作，方便，没有换档的顿挫感，传动效率高（比自动变速（85%左右）高很多（约95%），与手动变速接近），所以加速快，油耗低。 缺点：故障率相对较高，成本相对较高，不能用于高输出发动机。 1.2.2有极调速 有级调速：有级调速是相对于无级调速的，有级调速说白了就是挂挡，当然挂挡是指机械调速，电器调速是改变抽头、改变接线方式等。 1.3 电机调速控制方法及分析 我们把直流电机转速控制方法分为两类，电枢电压控制法励磁控制法。磁通，控制功率小，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制低速时受到磁饱和的限制，励磁线圈电感较大，动态响应较差。所以但这种传统的调压调速方法效率低。脉冲宽度调制PWM信号的产生通常有两种方法：一种是通过软件的方法；另一种是通过硬件的方法。由于后一种方法较复杂，对其也难以查证相应资料，操作起来也麻烦。所以我们可以采用以软件的方法来产生PWM信号，即使用单片机。 单片机AT89S52有两个定时器T0和T1。通过控制定时器T0和T1，赋以相应的初值，就可以实现从89s52的任意输出口输出不同占空比的脉冲波形。因为PWM信号软件实现的核心部件是由单片机内部的定时器决定，而不同的单片机的定时器具有不同的特点，即使是同一台单片机由于选用的晶振不同，选择的定时器工作方式也会不同，其定时器的定时初值与定时时间的关系也不同。因此，首先我们要明确定时器的定时初值与定时时间的关系。如果单片机的时钟频率为f，定时器/计数器为N位，则定时器初值与定时时间的关系为： 式中，N一个机器周期的时钟熟；Tw定时器定时初值[3]。 N会随着机型的不同而不同。所以在实际应用中，应根据具体的机型来给出相应的具体值。这样，我们就可以通过设定不同的定时初值Tw，从而改变占空比D，进而达到控制电机转速的目的。 注： 占空比是高电平所占周期时间与整个周期时间的比值 。 1.4 设计方案比较与分析 1.4.1电机调速控制模块 方案一：采用数字电位器或电阻网络调整电动机的分压，从而达到调速的目的。但是数字电阻的元器件价格比较昂贵，而电阻网络只能实现有级调速。更主要的问题是一般电动机的电阻很小，但电流却很大；采用分压的方法不仅会降低效率，而且在实现上相应的也很困难。 方案二：采用继电器对电动机的开关进行控制，通过开关的切换对电动机的转动速度进行调整。这个方案的优点是电路相应的较为简单，缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。这在设计上也是很致命的。 方案三：采用集成芯片L298N 。L298N是SGS(通标标准技术服务有限公司)公司的产品，内部包含4通道逻辑驱动电路。是一种二相和四相电机的专用驱动器，即内含二个H桥的高电压大电流双全桥式驱动器，接收标准TTL逻辑电平信号，可驱动46