单片机直流电机调速系统设计开题报告

毕业设计(论文)开 题 报 告题 目 单片机直流电机调速系统的设计(硬件) 学 院 电气与控制工程学院 专业及班级 电气1201班 姓 名 邓涛 学 号 指 导 教 师 黄向东 日 期 2016年3月11日 西安科技大学毕业设计(论文)开题报告题 目 单片机直流电机调速系统的设计选题类型 一、选题依据(简述国内外研究现状、生产需求状况, 说明选题目的、意义，列出主要参考文献)：（1）国内外研究现状：直流电机问世已有一百四十多年的历史。在设计和制造技术上有很大进步, 新材料、新技术的应用以及整流电源的普及, 促进了一般工业用直流电机的不断扩大, 品种的日益繁多。从小至数瓦, 大到万余千瓦, 广泛地用于冶金、矿山、煤炭、起重运输、机床制造、纺织印染等各个部门中, 特别是近几年电子计算技术广泛应用在直流电机设计制造中。从直流电动机的演变历史, 也可以纵观直流电动机的发展历史和动向、从四十年代后期到五十年代的前期, 直流电动机的电源主要是采用M-G电动发电机组,六十年代初, 电动发电机组电源已被水银整流器逐渐代替, 到六十年代后期, 由于可控硅整流装置的出现, 并得到迅速发展, 可控硅整流电源已占统治地位。由于直流电源供电方式的不断更新换代, 特别是在最近的十几年期问, 进一步促使了直流电动机的单机功率、转速不断提高, 目前朝着高速、大功率方向发展。另外, 由于绝缘技术和分析技术的进步, 直流电动机已迅速向小型轻量, 低惯量方面发展。 随着各种技术的进步和研究的展开,诸多高质量的直线电机产品和科研成果纷纷出现。1985年,美国Ingersol铣床公司生产了采用永磁同步直线电机的HVM600高速加工中心,最大进给速度达76.2m/min。而在1997年,汉诺威12.EMO展览会上有20多家公司展出了直线电机传动装置,如德国Trumpf公司的激光机床,法国Renault automation公司的加工中心等,展出的直线电机最大速度达150200 m/min。这些被称为最有前途的展品表明,在高速度机床的进给机构中愈来愈多的采用直线电机。新型磁性材料和控制技术、冷却方法的出现,为应用经济高速高动力直线电机创造了条件。由于变频技术的出现，交流调速一直冲击直流调速，但综观全局，尤其是我国在此领域的现状，再加上全数字直流调速系统的出现，更提高了直流调速系统的精度及可靠性，直流调速系统仍将处于十分重要地位。 对于直流调速系统转速控制的要求有稳速、调速、加速或减速三个方面，而在工业生产中对于后两个要求已能很好地实现，但工程应用中稳速指标却往往不能达到预期的效果，稳速要求即以一定的精度在所需要的转速稳定运行，在各种干扰不允许有过大的转速波动。(2)生产需求状况：在现代工业中，电动机作为电能转换的传动装置被广泛应用于机械、冶金、石油化学、国防等工业部门中，随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械要求能实现自动调速。在可调速传动系统中，按照传动电动机的类型来分，可分为两大类：直流调速系统和交流调速系统。交流电动机直流具有结构简单、价格低廉、维修简便、转动惯量小等优点，但主要缺点为调速较为困难。相比之下，直流电动机虽然存在结构复杂、价格较高、维修麻烦等缺点，但由于具有较大的起动转矩和良好的起、制动性能以及易于在宽范围内实现平滑调速，因此直流调速系统在一些对调速性能要求较高的系统中有很大的使用价值。(3)选题的目的及意义 目的：直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。早期直流电动机的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，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。 意义：随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。（4）主要参考文献：1 拉希德，陈建业，杨德刚.电力电子技术手册M.北京：机械工业出版社，2004.62 王兆安，黄俊.电力电子技术M.北京：机械工业出版社，2002.1 3 C8051F040混合信号ISP FLASH.微控制器数据手册.新华龙电子有限公司.2004.12.4 马忠梅.单片机的C语言应用程序设计M.北京：北京航天航空大学出版社，2007年 5 倪忠远.直流调速系统M.北京：机械工业出版社，2006.96 陈梅,杨琳琳,许正荣.直流电机的模糊PID控制J.自动化技术与应用,2008.2:14157 陈伯时.电力拖动自动控制系统运动控制系统M.北京：机械工业出版社，2011年 8杨学昭，王东云.单片机原理、接口技术及应用（含C51）M.西安：西安电子科技大学出版社，2009年 9 陈渝光.电气自动控制原理与系统M. 北京：机械工业出版社，2007年10 童诗白.模拟电子技术基础M. 北京：高等教育出版社，2003年 11 康华光.电子技术基础数字部分M. 北京：高等教育出版社，2004年 12 王海英，袁丽英，吴勃.控制系统的MATLAB仿真与设计M. 北京： 高等教育出版社，2009年13 胡寿松.自动控制原理简明教程第二版M.北京：科学出版社，2008年14 陈国呈.PWM逆变技术及应用M.北京：中国电力出版社，2007年 15 刘昌华，易逵.8051单片机的C语言应用程序设计与实践M. 北京：国防工业出版社，2007年二、 主要研究(设计)内容、研究（设计）思路及工作方法或工作流程（1） 主要设计内容：直流电动机为本课题的研究对象，对其转速进行控制。以单片机C8051F040控制的直流电机脉宽调制调速系统，利用C8051F040 芯片进行低成本直流电动机控制系统的设计，能够简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要。系统实现对电机的正转、反转、急停、加速、减速的控制，以及设计显示电路，使用户可以通过显示屏与控制系统进行交互，实现电机正反转等状态以及速度的实时显示。需解决的主要问题：1、直流电机调速系统的工作原理。2、基于51内核的单片机开发流程。3、PWM调速原理及方法。4、LED数码管显示和独立键盘控制技术。5、直流电机的数学建模和PID控制策略（2） 主要设计思路：设计一个基于单片机直流电机调速控制硬件电路 ，熟练掌握PWM调速原理及方法，实现直流电机转速测量与调速系统，满足控制任务要求。本系统采用C8051F040控制输出数据,由PWM信号发生电路产生PWM信号,送到直流电机,直流电机通过测速电路,滤波电路,和A/D转换电路交换数据重新送回单片机,进行PID运算,从而实现对电机速度和转向的控制,达到直流电机调速的目的。（3） 工作流程：如图所示为整个调速系统的硬件组成，其中包括:单片机、电机控制模块、PWM控制模块、电机驱动模块、转速显示模块、按键控制模块、电源模块。PWM控制模块单 片 机系统整体框图：转速显示模块驱动模块按键控制模块电机参数采集电机电源模块3、 研究方法（途径）: 本课题拟采用的研究手段1、搜集，阅读并理解与设计相关的文献资料。掌握常用的直流电机的工作原理、控制方法及PWM调压调速的原理。2、单片机和电机驱动的选型可釆用C8051F040单片机，査阅相关资料，掌握51系列单片机的相关知识。査阅直流电机的原理，选用小功率直流电机进行硬件的设计。3、单片机的硬件和外围电路的设计通过查阅大量资料和直流电机原理和单片机结构原理，使用Protues软件画出完整的系统图和电路原理图。4、协助软件设计人员进行系统调试，找错、修改硬件，进行软硬件测试。四、 毕业设计(论文)工作进度安排 3月7日3月15日：毕业设计思考开题，查阅资料理解题目； 3月15日3月30日：毕业设计开题报告完成； 3月30日4月10日：