基于单片机的直流电机调速控制系统设计毕业设计.docxVIP

沈阳航空航天大学电子信息工程学院毕业设计（论文）

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第1章绪论

1.1直流调速系统的发展概况

五十多年来，直流电气传动经历了重大的变革。首先，实现了整流器件的更新换代，从50年代的使用已久的直流发电机—电动机组(简称G-M系统)及水银整流装置，到60年代的晶闸管—电动机调速系统(简称V-M系统)，使得电力电子变流技术产生了根本的变革。再到脉宽调制(PulseWidthModulation)变换器的产生，不仅在经济性和可靠性上有所提高，而且在技术性能上也显示了很大的优越性，使电气传动完成了一次大的飞跃。另外，集成运算放大器和众多的电子模块的出现，不断促进了控制系统结构的变化。80年代随着计算机技术和通信技术的发展，8-32位单片机相继出现并应用于控制系统，控制电路已实现高集成化，小型化，高可靠性及低成本。以上技术的应用，使系统的性能指标大幅度提高，应用范围不断扩大。由于系统的调速精度高，调速范围广，所以，在对调速性能要求较高的场合，一般都采用直流电气传动。早期，直流传动的控制系统采用模拟分立器件构成，由于模拟器件有其固有的缺点，如存在温漂、零漂电压，构成系统的器件较多，使得模拟直流传动系统的控制精度及可靠性较低。随着单片机广泛应用于直流传动系统，实现了调速系统的数字化控制。数字化调速系统与模拟系统相比具有以下优点:首先，提高了调速性能。测速的数字化能够在很宽的范围内高精度测速，扩大了调速范围，提高了速度控制的精度。另一方面，模拟电路难以实现的控制方法，如自适应控制、复合控制等都能容易的实现。其次，提高了运行的可靠性。硬件高度集成化使得零部件数量和触点大大减少，大部分功能都是由软件完成的，所以数字化直流调速系统的故障率比模拟系统小。而且数字电路的抗干扰性能强，不易受温度等外界条件变化的影响，运行的可靠性高。最后，易于维修。由于单片机可以与计算机相连，可以对系统的运行状态进行检测、诊断、显示和记录，并对发生的故障进行分析和记录，所以维修很方便，维修周期变短。

1.2数字式直流调速系统的研究现状

1.2.1调速系统国内外研究现状

随着各种处理器的出现和发展，国外对直流电机数字控制调速系统的研究也在不断的发展和完善，尤其在80年代在这方面的研究达到空前的繁荣。大型直流电机的调速系统一般采用晶闸管触发脉冲来实现，研究人员对控制算法作了大量的研究:有的提出内模控制的算法、有的提出了I-P控制器取代PI调节器的方法、有的提出了自适应PID算法和模糊PID算法等。目前，国外主要电气公司，如瑞典的ABB、德国的西门子、AEG、日本的三菱、东芝、美国的GE、西屋等，均已开发出数字装置，有成熟的系列化、标准化、模板化的应用产品供选择。例如西门子公司生产的SIMOREG-6RA70全数字直流驱动装置，用于直流电机电枢和励磁供电，完成调速任务。根据不同的应用场合，可选择单象限或四象限运行的装置，装置本身带有参数设定单元，不需要其他任何附加设备便可完成参数的设定。

国内各大专院校、科研单位和厂家也都在开发数字装置。张井岗等人提出直流电动机调速系统的内模控制方法。该方法依据内模控制原理，针对双闭环直流电动机调速系统设计了一种内模控制器，取代常规的PI调节器，成功解决了转速超调问题，能使系统获得优良的动态和静态性能。由于单片机以数字信号工作，控制手段灵活方便，抗干扰能力强。所以，数字系统的控制精度和可靠性比模拟系统大大提高。而且通过系统总线，数字控制系统能与管理计算机、过程计算机、远程电控装置进行信息交换，实现生产过程的分级自动化控制。所以，直流传动控制采用单片机实现数字化，使系统进入一个崭新阶段。

1.2.2控制策略概况

在现代控制理论和智能控制策略应用方面，一些新的控制方式如模糊控制、自适应控制、神经网络控制、滑模变结构控制，专家系统控制等也逐步进入了电力电子控制领域，使控制性能更稳定，制造成本更低。在系统的数字控制方案中，目前有以下几种:

1.PID控制

在工业控制过程中，目前采用最多的控制方式仍然是PID方式。PID有几个重要的功能:提供反馈控制，通过积分作用可以消除稳态误差，通过微分作用预测将来。发达国家对于PID控制算法利用率都很高，这一方面是由于PID控制器具有简单而固定的形式，在很宽的操作条件范围内，都能保持较好的鲁棒性;另一方面是因为PID控制器允许工程技术人员以一种简单而直接的方式来调节系统。但是工业生产过程中，被控对象随着负荷变化或者受干扰因素影响，对象特性参数或者结构发生变化，PID参数不变将影响校正效果；然而PID参数复杂而繁琐的整定过程一直困扰着工程技术人员，其参数的整定一般需要经验丰富的工程技术人员来完成，既耗时又耗力，加之实际系统千差万别，又有滞后、非线性等因素，使PID参数