基于单片机的直流电机PWM调速控制系统设计开题报告(完整版)资料

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基于单片机的直流电机PWM调速控制系统设计开题报告（完整版）资料(可以直接使用，可编辑优秀版资料，欢迎下载）泰山学院毕业设计开题报告题目基于单片机的直流电机PWM调速控制系统设计学院机械与工程学院年级二〇一一级专业机械设计制造及其自动化姓名学号指导教师签字学生签字2021年12月7日题目来源指导教师推荐□自选其它□题目类别基础研究□应用研究其它□一、课题研究的目的和意义在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。无论是在工农业生产、交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、商务与办公设备中，还是在日常生活中的家用电器中，都大量地使用着各种各样的电动机。以前电动机大多使用由模拟电路组成的控制柜进行控制，现在单片机已经开始取代模拟电路作为电机控制器。当前电机控制器的发展方向越来越趋于多样化和复杂化，现有的专用集成电路未必能满足苛刻的新产品开发要求，为此可考虑开发电机的新型单片机控制器二、课题的研究现状电动机的控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、电动控制技术、微机应用技术的最新发展成果。正是这些技术的进步使电机控制技术在近20多年内发生了翻天覆地的变化，其中电动机的控制部分已由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字和模拟的混合控制系统和纯数字控制的应用，并曾向全数字化控制方向快速发展。而国外交直流系统数字化已经达到实用阶段。三、课题研究的主要内容完成单片机的直流电机控制系统总体设计，包括各部分硬件的设计以及相应的驱动程序设计。通过电平转换使上位机能与单片机进行串口通信，并选用串口大师软件对单片机发送信号。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。四、课题研究的方法根据市场需求和发展趋势，本设计将介绍一种基于AT89S51单片机的直流电机转速控制系统。首先对直流调速控制电路进行设计来实现对速度的控制、检测、显示；再对直流调速控制主回路进行设计，其采用了三相桥式全控整流电路；然后进行系统的软件设计，本课题采用PID控制算法设计；最后进行系统的抗干扰设计，为了防止从电源系统窜入干扰，本系统供电采用隔离变压器；同时，为了保证信息传输的正确性，在过程通道上采用光祸隔离措施。五．进度安排课题分阶段的进度计划序号起止日期工作内容阶段成果12021年11月20日——2021年12月16日资料收集写出开题报告22021年12月21日——2021年03月29日根据设计任务书查询与直流电动机PWM调速控制系统的文献资料，分块整理文献。完成文献查阅，明确垃圾桶控制的设计思路以及方法步骤32021年04月01日——2021年04月10日由对直流电机不同转速功能的控制，给出各自设计技术方案完成课题设计技术方案42021年04月11日——2021年04月24日按照方案进行毕业设计，运用设计软件进行对直流电动机的单片机控制软件的理论分析、软硬件制作与调试等完成各功能设计52021年04月23日——2021年04月30日整理资料完成论文初稿论文初稿62021年05月01日——2021年05月30日前期设计的进一步分析改进论文定稿六．参考文献[1]张毅刚彭喜元.单片机原理与应用设计[M].北京：北京市海淀区四季青印刷厂，2021.[2]张毅刚.新编MCS-51单片机运用设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2003.[3]张义和王敏男许宏昌余长春.例说51单片机（c语言版）.北京：人民邮电出版社，2021.[4]马忠梅籍顺心张凯马岩.单片机的C语言应用程序设计.北京：北京航空航天大学，2021.[5]SamsungElectronics.S3C44BOXRiscmicrocontrollerARMinstructionsheet.2002.[6]郭天祥.《51单片机C语言教程》，电子工业出版社，2005年7月[7]丁元杰.《单片微机原理及应用》，机械工业出版社，2005年7月[8]楼然苗、李光.《单片机课程设计指导》，北京:北京航空航天大学出版社，2007.[9]林金阳,王明福.基于MC51单片机的直流电机PWM调速系统[J].长春工程学院学报(自然科学版),2021,(03).[10]王苏.直流电机PWM调速研究及单片机控制实现[J].机电工程技术,2021,(11).[11]方力.基于单片机的直流电动机控制系统设计[J].机械制造与自动化,2021,(06)[12]郑宪伟,赵玉林,成广大.基于AVR单片机的直流电机的PWM闭环调速系统的设计[J].煤矿机械，2021,（01）.[13]蒲龙梅，李泓.单片机控制的直流PWM调速装置的研究[J]技术探讨与研究.2006,（03）.[14]赵鸿图.基于单片机AT89C51的直流电机PWM调速系统[J].电子技术,2021,(10).[15]贾玉瑛,王臣.基于单片机控制的PWM直流调速系统.[J].包头钢铁学院学报.2005,(12).[16]说明书，LED12864液晶完整中文版资料[17]王晓明电动机的单片机控制(第3版)

北京航空航天大学出版社.2021评委评语及其建议：评委签字：学院盖章：2021年12月21日单片机控制直流电机调速系统设计摘要随着社会的发展，电机可调速广泛的应用于工农业、交通运输业以及我们的日常生活。早起的电机调速主要基于模拟电路的调速。模拟电路的设计一方面难度大、调试复杂，另一方面加之元器件易老化，这对于调速系统广泛普及起到一定的制约作用。随着电力技术、微处理器技术、自动控制技术的发展，使得PWM脉宽调制技术得到空前的发展。本系统的设计正是PWM脉宽调制技术在直流电机调速的应用。研究这一技术，对于生产和生活有着积极意义。本文首先对系统架构进行介绍，让读者从宏观上把握系统的设计思想。然后分别介绍构成系统的各个模块的内容和选型。接着介绍硬件电路的设计和软件程序的设计思想。最后对系统的功能进行测试，并记录测试结果。关键词PWM；微处理器；自动控制技术；SinglechipmicrocomputercontroldcmotorspeedcontrolsystemdesignAbstractWiththedevelopmentofthesociety,adjustablespeedmotoriswidelyusedinindustryandagriculture,transportation,andourdailylife.Gettingupearlyismainlybasedontheanalogcircuitofmotorspeedcontrol.Analogcircuitdesignontheonehand,difficultandcomplexdebugging,aging,ontheotherhand,combinedwiththecomponentsforthespeedcontrolsystemwidelypopularizeplayedarole.Astheelectrictechnology,microprocessortechnology,thedevelopmentofautomaticcontroltechnology,thePWMpulsewidthmodulationtechnologygetunprecedenteddevelopment.ThedesignofthissystemisthePWMpulsewidthmodulationtechnologyintheapplicationofdcmotorspeedcontrol.Researchthetechnology,hasapositivemeaningforproductionandlife.Thispaperintroducesthesystemarchitecture,letthereaderfromonmacroscopictograspthedesignideasofthesystem.Thenintroducedrespectivelyconstitutethecontentofeachmoduleandthechoiceofthesystem.Thenintroducesthedesignofhardwarecircuitandsoftwareprogramdesignthought.Finallytestthefunctionofthesystem,andrecordtestresults.KeywordsPWM；microprocessor；automaticcontroltechnology;目录TOC\o"1-3"\h\u23791绪论 11161（一）本课题研究的背景及意义 16569（二）本课题拟要解决的问题与预期达到的目标 114254（三）本课题的行文结构安排 222493一、系统架构与方案选择 21742（一）系统架构 27726（二）方案选择性 310132二、硬件电路设计 625164（一）单片机系统电路设计 6246511.单片机最小系统电路设计 6309882.液晶显示电路设计 1024316（二）电机驱动电路与光电计数电路设计 119030（三）按键电路设计 128200三、软件设计 142319（一）软件总流程图 1415238（二）LCD1602程序设计 1531021四、系统测试 1710243（一）按键面板定义 1728502（二）系统测试 1715437五、结论 1820803致谢 1912479参考文献 20绪论（一）本课题研究的背景及意义电气传动可以简单的分为两大类，第一类是直流电气传动，第二类是交流电气传动。电机作为一种动力装置，在直流电气传动与交流电气传动中扮演重要角色。交流电气传动，顾名思义，就是用交流电机作为动力输出装置的电气传动，直流电气传动是采用直流电机作为动力输出装置的电气传动。交流电机，由于无需换向器的设计，因此使得结构简单，这对于生产和使用普及、维护维修方面都优于直流电机。但是交流电机本身不能进行调速，必须借助变频设备得以调节转速。直流电机由于其构造机理与交流电机不同，使得直流电机能进行平滑的调速，而且重要的一点是无需增加额外的调速装置，只要改变直流电机励磁电压即可实现速度的调节。随着社会的发展，电机可调速广泛的应用于工农业、交通运输业以及我们的日常生活。早起的电机调速主要基于模拟电路的调速。模拟电路的设计一方面难度大、调试复杂，另一方面加之元器件易老化，这对于调速系统广泛普及起到一定的制约作用。随着微处理技术的发展，使得数字化的调速成为现实。微处理器，可以进行复杂的逻辑分析、处理，强大的数据处理能力，这些使得模拟电路不能与之媲美，同时让数字电路在一定范围内更加真实的接近模拟电路。微处理器，由于其自身的集成性，使得在很大程度上不受外界因素，如温度、湿度、噪音等影响，极大的提高了系统的稳定性。更重要的一点是基于微处理器的系统，能更好的自动化控制，解放劳动了，提高生产效率。单片机是微处理器的一大分支，从早期的8位单片机发展今天的16位，甚至32位。从早期CPU外围需搭载较多复杂的功能电路到今天的一片单片机即是一个系统。基于单片机控制的直流电机调速系统，使得电机调速由模拟走向数字化，这使得电机调速又进了一个新的台阶。随着电力技术、微处理器技术、自动控制技术的发展，使得PWM脉宽调制技术得到空前的发展。本系统的设计正是PWM脉宽调制技术在直流电机调速的应用。研究这一技术，对于生产和生活有着积极意义。（二）本课题拟要解决的问题与预期达到的目标本课题，主要有一下几点需要解决的问题（1）针对系统的难易程度、控制方便、性价比等因素选型单片机，学习单片机的相关理论知识、开发流程、开发言语、开发工具等。（2）研究PWM脉宽调制技术理论知识，结合单片机的硬件资源，用编程语言实现PWM脉宽调制，最终对直流电机的速度进行调节。（3）一般单片机IO口的驱动能力有限，不能直接驱动直流电机，因此就要设计直流电机驱动电路，在设计中，要充分考虑系统的功能，如直流电机的正反转、起停等进行电路设计。本课题预期达到的目标能通过键盘输入装置改变电机枢电压的波形的占空比，从而实现调速。能在电机运行的过程中实现正反转的切换、能在任何时候实现电机的起停。能在液晶上实时显示直流电机转速和当前枢电压的占空比（PWM）。（三）本课题的行文结构安排1．系统架构与方案选择：从整体上把握系统架构的设计，使读者在研究本论文的伊始能有一个较为清晰的系统概念。同时这也是至上而下、模块化的设计思想。对系统中设计的模块进行分析说明。2．硬件电路设计：在分析完系统架构中每个模块的功能后，针对具体的功能进行具体的电路设计。3．软件设计：在搭好的硬件平台上进行软件设计，进行软硬件的联合调试，不断修改设计，最终满足设计要求。4．系统测试：系统设计完成以后要对功能呢进行评估、测试。一、系统架构与方案选择（一）系统架构图1：基于单片机的直流电机调速系统架构图如上图所示为本系统主要由六个模块组成，分别是单片机系统模块、液晶显示模块、按键模块、电机驱动模块、直流电机模块、光电技术模块。单片机系统模块：为本系统的核心。这也是是嵌入式系统的共性之一，将微处理器嵌入到系统之中，系统的功能可裁剪。可以根据不同的应用领域需用不同架构、不同等级的单片机。在本系统中，单片机主要用于产生PWM波形，通过改变占空比，使得电机枢电压的平均值改变，从而达到调速的目的。同时，本系统需要对电机速度进行检测，这就要求单片机具有测速功能。一个系统需要具有良好的交互性和用户体验，故本系统设置有按键输入，用户可以通过按键切换不同的功能。同时，用户可以通过液晶显示屏，实时的观察直流电机枢电压的占空比以及电机当前的速度。键盘模块：一个良好的嵌入式设计需要具有输入输出系统，键盘模块即使本系统的输入系统。当用户按下按键，单片机IO通过检测按键的状态（电平值）得知用户触发的是哪一个按键，继而转向对应的功能。拥有键盘的设计，还能在软件调试起到很大的帮助，可以通过按键改变程序的流向，通过按键的触发，知道程序运行到哪里了。液晶模块：为输出系统。单独一个单片机，虽然在运行着，但是却不能向外界传达直观信息，这样的系统是需要改进的。用于液晶显示屏的系统，可以将必要的信息实时的显示在液晶屏上，用户一是可以获取信息，二是可以判断系统的运行状态。电机驱动模块：因为单片机IO口的驱动能力很小，不能直接驱动直流电机，所以必须设计电机驱动电路。电机驱动电路属H桥电路较为常见，采用H桥电路，使得电路的换向更加方便。直流电机模块：电机作为PWM脉宽调制的对象，可以模拟该技术真实环境下的使用，同时可以验证本系统的设计是否正确。光电计数模块：当前较为常用的测速的方式有测周法与测频法。不管哪一种方式，都需要在直流电击上取得反馈信息。光电技术模块上有一对红外光电对射管、一个编码盘，这样电机转动的时候就是让光电技术模块对外输出脉冲。通过技术或者测量脉冲宽度即可达到测速的目的。（二）方案选择性1．微处理器选型：方案一：ARM：ARM既是一个公司的名字，也是该公司推出的一种微处理器架构。早期ARM公司也出售ARM架构的芯片，后来将这一方案出售给各大公司，使得ARM架构的芯片百花齐放，涌现出ARM7、ARM9、ARM11等系列产品。ARM是RISC（精简指令集）设计，本身属于32位的微处理器，但其兼容16位指令集。单周期指令、流水线执行、大多数据都在寄存器中执行等特点使得ARM具有更高的处理速度。ARM应用于高端的嵌入式、教育、移动应用等领域。ARM虽说有这么对有点，但是开发在一定程度上有难度，开发周期较长，且相对于中低端的嵌入式领域，ARM没有性价比方便的竞争力。方案二FPGA：FPGA是在可编程器件的基础上发展起来的新型产物，作为一种半定制电路出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA芯片具有容量大、集成度高、灵活性强等优点，可以完成极其复杂的时序和组合逻辑电路功能。在信号处理方面、数据传输方面、视屏图像处理等领域中得到广泛的运用。不过FPGA的开发投资大，只适用于产品研发验证阶段，不适合量产。且同样具有开发平台搭建复杂、开发难度较大等不足。方案三单片机：是将计算机的功能部件裁剪后在一块半导体硅片上集成CPU、存储器、各种输入输出接口的芯片，结构框图为图二所示。单片机产生于20世纪70年代，从当时的4位8位单片机发展到现的16位、32位。单片机已经渗透到我们生活的各个图2单片机内部结构框图领域，有它作为控制核心开发的产品比比皆是。单片机具有体积小，重量轻，抗干扰能力强，对运行环境要求不高，价格低廉，可靠性高，灵活性好，在我国的应用经久不衰，积累了丰富的开发经验。不仅如此，现在部分高档的单片机，已经将诸如ADC模块、SPI模块、IIC模块等实用电路集成到一块芯片中，系统的集成度有很大的提升，也方便了用户的开发，只要一块芯片即可完成复杂的逻辑控制。开发平台较为容易搭建、开发难度小、周期短。综上所述，选择单片机作为本系统的微处理器。集体选用宏晶公司的STC系统中的STC89C52单片机，其具体的资源以及电路设计将在硬件电路部分做说明。2．液晶显示方案选型：方案一：数码管：数码管是一系列LED发光二极管的集合。目前七段、八段居多。数码管是根据点亮不同的LED点来显示数字和简单的字符。数码管又有共阴极与共阳极之分。共阴极就是将所有LED灯的阴极接在一起，共阴极接低电平，这样只要在某个LED的阳极给高电平，就可以点亮某个LED灯，不同的点亮的LED灯的组合可以构成数字或者简单字符的图形。共阳极就是将所有LED灯的阳极连在一起，共阳极接高电平，这样只要在某个LED的阴极给低电平，就可以点亮某个LED灯，不同的点亮的LED灯的组合可以构成数字或者简单字符的图形。但是由于数码管的显示原理，决定了它只能显示数字和简单英文字符，显示信息有限，只适用于低端的、显示信息不多的设备上。方案二：液晶显示：LCD通过控制像素点偏振光出射与否而达到显示目的。一般LCD像素点很多，可以通过像素点组合成任意字符和简单图案。现在LCD已经替代CRT成为主流，价格也已经下降了很多，并已充分的普及。由于液晶是以像素点来成像，决定了它可以显示很多信息。综上所述：由于本系统显示字符信息比较多，所以选用液晶显示器作为本系统的显示模块。具体选用LCD1602，其硬件电路将会在硬件电路设计部分做说明。3输入系统方案的选择方案一：红外遥控：是基于红外线通信原理的无线按键输入方式。将待发送的基带信号加载到38K载波信号上进行调制传输，接收时对信号进行解调操作，提取基带信号。红外遥控在很多场合有着实用意义。红外遥控器为了区分按键，将每个按键编码传输，这就要接收部分有解码的模块，一般是软件解码，解码部分的程序设计比较复杂。方案二：按键输入：如图，当K1按下，按键闭合，将单片机P1.0IO口拉低至低电平。单片机内通过读取P1.0的电平状态，即可知道此时是否有按键触发，即是否有外界信息的输入。图3按键触发原理图综上所述：选择硬件电路和软件实现方便的机械按键作为本系统的输入模块。4测速方案的选择方案一：M法：M法即是测量在闸门时间内光电计数的脉冲数。单片机计数器最大的技术范围为65535次，假设闸门时间为1S，最大的计数频率为1秒钟65535次，本系统使用的光电编码有四个孔，即是电机转一圈可以产生4个脉冲。这样可以算出能测的电机的最大转速为：983025R\Min。该方案实用于高速转速的电机，且闸门时间设置越长，测量精度越高。方案二：测T法：测量两个脉冲之间的时间，从而计算出频率，继而得出转速。综上所述：测M硬件电路实现比较简单，编程也方便，在一定误差范围内选择测M法4电机驱动的选型方案一：继电器控制：通过控制两个继电器断开与关闭，可以实现电机的正反转控制，继电器也应用在一些电机转向控制的项目中。由于继电器是弱点控制强电的装置，电压电流在继电器断开后处于绝对关闭状态，所以其适应范围广。但是继电器触点与弹片接触需要一定时间，这在高速应用场合显得不足，特别是在PWM调速的应用中，需要其具有很快的开关速度。方案二：基于晶体管或者MOS管的H桥电路：H桥是经典的电机驱动电路，可以使用4个晶体管或者MOS管搭建该电路。由于晶体管或者MOS管快关速度非常快，可以在一定范围内实现平滑的速度控制。电路简单，性价比高。综上所述：选择H桥电路作为本系统的电机驱动方案。二、硬件电路设计（一）单片机系统电路设计1.单片机最小系统电路设计图4STC89C52系列单片机内部结构图如上图所示，为STC89C52单片机的内部结构图，单片机内部采用单总线的结构设计，分别是地址总线、数据总线和控制总线。STC89C52单片机属于增强型8051单片机，可以在6时钟每机器周期和12时钟每机器周期中选择，其完全兼容低版本的8051单片机。有四个通用输入输出IO口，即是P0口、P1口、P2口、P3口。可以方便的实现数据读和写，这些IO在工业自动化控制方面起到很高的作用。其中P0作为地址总线使用的时候是真正的双向口，无需在单片机外部增设上拉电阻。但是在将P0口作为通用输入输出口使用时，由于P0口内部无上拉电阻，所以要在其外部设计上拉电阻。P1口、P2口、P3口是准双向IO口，其内部都设置了上拉电路，无需在单片机外部增设上拉电阻。P3除了具有通用IO的功能，其引脚还会根据程序的设计变为特种IO口，如全双工异步串行通信的发送口与接收口，外部中断触发口、计数器计数脉冲输入口等。STC89C52内设两个外部中断，可以通过软件编程设置中断触发模式，分别可以设置低电平触发和下降沿触发。即是当打开外部中断，单片机就开始检测外部中断输入口，当引脚上出现低电平或者下降沿的时候，即触发外部中断，单片机停止当前执行的程序，转去执行外部中断程序代码，待外部中断程序执行完成以后，单片机又回到起初停止的地方继续执行。这就是一个完整的中断过程。STC89C52还设置了三个定时计数器，其中定时计数器3是增强型8051单片机特有的。定时计数器0和定时计数器1是传统单片机所固有的。定时计数器0和定时计数器1可以设置四种工作方式，最大的定时时间为65.535ms,最大的计数个数为65535次。定时计数器的实质就是一个加1计数器，当选用内部时钟作为计数脉冲源时，比如在12M晶振模式下，就知道每计数一个所需的时间，这样当计数完成后就知道计数完成所需的时间。当选用外部脉冲作为计数时钟源时，可以实现对外部事件的计数。STC89C52自带一个通用异步串行输入输出口即UART，可以异步全双工与外界进行同行，这使得单片机的应用由单机本地工作模式转向多级联网工作模式，扩展了单片机的应用范围，使得其应用更加广泛和灵活。单片机最下系统主要包含三个部分：电源电路、晶振电路、复位电路图5STC89C52系列单片机最小系统图（1）电源电路单片机的地20脚与第40为电源脚，其中第40脚接3.8V-5V的电源Vcc，第20脚为电源地。31脚EA脚为内外存储器选择脚，低电平有效，当接高电平时，单片机选用内部存储器，当接低电平时，单片机可选用外部存储器。由于本系统不加外部程序存储器，所以将EA接高电平。（2）晶振电路单片机之所有能有条不紊的运行着，得益于晶振电路。本系统使用的为11.0592Mhz的晶体振荡器，该振荡器给单片机提供时钟基准，单片机的运行严格的按照时钟基准执行。如下图所示，30PF的电容是辅助晶振起振，是一个经验值。图6STC89C52系列单片机晶振电路（3）复位电路图7STC89C52系列单片机复位电路系统上电，由于电容两端电压不能突变，故一开始单片机复位脚为高电平。然后电容通过R21形成回路进行充电，待冲完电后，电容两端为“上正下负”，即单片机复位脚为低电平。这个过程即为上电复位。单片机运行过程中，可以按下按键，强制给复位引脚两个机器周期以上的高电平，使单片机复位。所谓复位，是指让单片机从初始状态开始运行。因为有时程序会进入死循环，不通过复位，无法继续执行程序。2.液晶显示电路设计图8液晶电路图9LCD1602引脚说明根据LCD1602的规格书设计电路，其中RS、R/W、EN为控制引脚，DB0~DB7为数据引脚。在V0输出接一个10K的电位器，可以调节背光亮度。（二）电机驱动电路与光电计数电路设计图10电机驱动电路与光电计数电路电机驱动电路主要部分是L9110，L9110是专用马达控制芯片。其内部具有两通道推挽式放大器，其特点是将分立元件集成于芯片之中，使得无需搭建复杂的外围电路，使得驱动电路的性能得到提高。两个通道兼容TTL/COM电平，每同担具有800mA的电路输出能力，峰值电流高达1.5A。两通道的切换，可以很好的实现电机正反转的控制。L9110内部实质就是一个H桥电路，一个H桥电路由四个晶体管管或者MOS管组成。图11典型H桥电路如图所示为H桥电路的示意图，要使电路M转动，必须使处于对角线上的两个三极管导通，这样，只要对H桥电路提供两个控制信号，就可以很方便的实现电机正反转的控制。当控制信号为PWM信号时，就可以进行速度调节控制。电机枢电压的计算公式可以简单的看做是U=K×Vcc，其中K为枢电压波形占空比，Vcc为电源电压，占空比可在1-100%中进行变化，这样就会导致最终到电机两极的电压发生变化，这枢电压的变化，将直接使电机速度发生变化。这一个过程就称为PWM脉宽调制技术在直流电机速度调节方面的应用。PWM脉宽调制，就是改变电机枢电压的波形的占空比，使得枢电压平均值可以改变，这样我们只要改变占空比，就可以使得速度可调节。电路中一大一小的电容为滤波电容，470UF的电容滤除外界5V电源的低频成分，104PF的电容滤除外界5V电源的高频成分，这样尽可能的让后面整个用电系统得到干净的、稳定的电源供电。在电机上安置一个带槽的编码盘，这样当槽刚好达到光电对射管处，光电三极管接收到来着红外发光二极管发出的光，从而导通接地，对外则输出一个高电平的脉冲。本系统编码盘上设置有四个槽，这样电机转一圈，可以产生4个脉冲，在一闸门时间内对这些脉冲计数，再将这些数据在单片机中进行运算，最终得出速度。本系统的设计将闸门时间设为1S，这样使用计数器计数在1S时间内光电计数器传来的脉冲信号，用总的脉冲信号（三）按键电路设计图12按键电路本系统使用的按键电路也叫独立按键，这个命名是区别于矩阵键盘，矩阵键盘在这里不做介绍。如图所示，按键的一端接单片机IO口，另外一端接低电平。这样当有按键按下时，IO口被拉低为低电平，单片机内部检测IO口状态，某一时刻发现某一IO口被拉低，则证明该IO口所接的按键被按下，则执行相应的操作。一个按键对应一个功能，按键按下即为触发，单片机执行按键按下后的程序代码段即为响应。由于是机械式键盘，在按键按下或者松开的过程，会有抖动，如果不加以处理，会让单片机出现误判断。这种情况可以通过软件或者硬件电路加以解决。本系统使用软件消抖的方式，即是当按键按下，单片机读取IO口状态，初步确定按键按下了，然后延时10ms，再次读取IO口状态，如果还是表示按键按下，最后判定按键确实按下了，这段延时就消除了按键抖动。三、软件设计（一）软件总流程图图13单片机控制直流电机调速系统程序流程图总图如图所示，在开始的开始部分，进行各种初始化，本系统只要设计液晶模块的初始化和单片机内部资源的初始化，内部资源的初始化主要是定时计数器0和定时计数1的初始化。程序设计中，将定时技术器0设置为定时模式，定时时间为1ms。定时计数器1设置工作在计数模式，最大的计数范围为65535次。在程序设计中，采用软件定时形成1s的闸门时间，1s的定时时间到，读取计数数值，将这个计数数值除以4，得出电机在1秒钟所转的圈数。再将1秒钟所转的圈数乘以60就可以得出1分钟电机所转过的圈数。转速的定义刚好就是1分钟电机所转的圈数。对于PWM控制电机转速的程序设这样设计的。将一个脉冲波形的周期设置为1ms×10=10ms，转换成频率就是100Hz，这个频率可以使电机速度更加平稳，切换速度更加平滑。在程序设计中设置一个占空比变量，改变占空比，就是改变这个变量的值，这个变量的值在1-10，对应的占空比就为1-100%。一开始，单片机IO口输入高电平给电机驱动电路，控制电机朝一个方向转动，定时器开始计时。与此同时在程序中一直判断是否到改变电平状态的点，若达到，则控制单片机IO口输出低电平。然后以这种方式不断循环，最终产生连续不断的PWM波形。（二）LCD1602程序设计图14液晶初始化流程图如图所示，完成LCD1602的一些列的初始化设置。其中显示模式可以设置光标是否显示移动，是否闪烁，显示内容是否显示移动。图15LCD1602读操作时序图图16LCD1602写操作时序图对LCD1602进行读操作的时候，读操作分为读数据寄存器和读指令寄存器。当RS为高电平时为读数据寄存器里面的内容，当RS为低电平时为读指令寄存器里面的内容。R/W为读写信号，当R/W为高电平时进行读操作，当R/W为低电平时进行写操作。EN为使能信号，在EN由高电平跳变为低电平时，液晶执行指令。从操作图上我们可以看出，三个信号是有先后之分的，也就是时序。RS信号与R/W信号要在EN信号到来之前建立，最短的建立时间为Tsp1。数据或者指令也要在EN信号到来之前建立Tsp2的时间。这些建立时间，在程序设计中用延时的方法解决。在EN信号由高电平变为低电平后，RS信号、R/W信号、数据或指令信号不能立刻改变其电平信号状态，应该继续保持Thd1、Thd2时间。四、系统测试（一）按键面板定义图17按键面板定义图如上图所示为按键面板定义图，系统工作正常，按下相应的按键，即可选中相应的功能，其直接作用于电机。（二）系统测试1电机是否能控制调速能2电机是否能控制启动或停止能3电机是否能控制正转反转能4是否能实时显示占空比和转速能五、结论随着电力技术、微处理器技术、自动控制技术的发展，使得PWM脉宽调制技术得到空前的发展。本系统的设计正是PWM脉宽调制技术在直流电机调速的应用。研究这一技术，对于生产和生活有着积极意义。本次基于单片机控制直流电机调速的设计取得了成功，达到了很好的控制效果。本系统能在任何时候控制电机进行正反转动、控制电机启动或者停止、控制PWM占空比。能将占空比的值和电机当前转速实时显示在液晶屏幕上。系统有很好的交互性和用户体验。加之使用STC89C52单片机作为控制核心，将使得系统更加具有实用性，有更高的性价比。不足之处，对于低速转速时，测M法优于其自身的原理，会导致最终测数来的转速的误差增大。这就需要在程序中增大闸门时间来控制这一误差。增大闸门时间。无疑会导致速度显示的实时性。所以怎样折衷这些因素，是今后本设计改善和升级时需要考虑的一个地方。致谢本次设计历经几个月的时间，在这几个月的时间里，我学会了很多以前书本上学不到的东西，让我意识到我们不光要有理论知识的支撑，还有结合实际才能把设计做好。就比如本次设计，在硬件部分，有时会出现很多新的的问题，这些问题可能我以前没有遇到过，但是通过去查找资料，结合自己所学习的理论知识，就能一步一步的调试成功。本次设计的成功，还得益于导师指导，导师提供系统框图和在关键部分建议，使得毕设的进程更加顺利，系统更加完善，再次感谢我的导师！要做好一个设计，还需要在一次失败之后有重新前进的勇气与坚强，这些是我通过本次毕业设计收获的。相信这些会对我今后的学习，工作及生活产生积极的意义。最后，再次感谢在本次设计中给予我帮助的老师和同学！参考文献10kW直流电动机不可逆调速系统设计作者姓名：专业名称：电气工程及其自动化指导教师：摘要直流电动机具有良好的起制动性能，易于在广泛范围内平滑调速，在需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。直流拖动控制系统在理论上和实践上都比较成熟，而且从反馈闭环控制的角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础。从生产机械要求控制的物理量来看，电力拖动自动控制系统有调速系统，位置随动系统，张力控制系统，多电动机同步控制系统等多种类型，而各种系统往往都是通过控制转速来实现的，因而调速系统是最基本的拖动控制系统。本文重点研究了用电力电子所学知识，实现一台220V，10KW，1000r/min的直流电动机不可逆调速控制技术。详细介绍了直流电动机不可逆调速硬件电路部分，详细的阐述了控制系统硬件电路结构、工作原理、电子元器件规格，型号的选取、系统保护设计、硬件抗干扰设计等。关键词 ：直流电动机电力电子双闭环调速

AbstractDCmotorwithbrakingfromagoodperformance,abroadrangeofeasytosmoothspeedcontrol,whichrequirehighperformanceinthefieldofcontrolledelectricdrivehasbeenawiderangeofapplications.DCDragcontrolsystemintheoryandpracticemoremature,andtheclosed-loopfeedbackcontrolfromthepointofview,itisdraggingtheexchangecontrolsystem,therefore,shouldfirstmastertheDCsystem.Controlofproductionmachineryfromthephysicaldemands,theelectricdrivespeedcontrolsystemofautomaticcontrolsystems,positionservosystem,tensioncontrolsystem,multi-motorsynchronouscontrolsystemandsomanytypes,andareoftenavarietyofsystemsbycontrollingthespeedtoachieve,sospeedcontrolsystemisthemostbasicdragcontrolsystem.Thisarticlefocusesontheuseofpowerelectroniclearning,theachievementofa220V,10KW,1000r/minirreversibilityoftheDCmotorspeedcontroltechnology.DetailsofirreversibleDCmotorspeedcontrolcircuitofthedetailedcircuitofthecontrolsystemhardwarestructure,workingprinciple,thespecificationsofelectroniccomponents,modelselection,thedesignofsystemprotection,anti-hardwaredesign.DCMotorInthispaper,structure,workingprinciple,thebasicequation,mechanicalcharacteristicsandspeedcontrolmethods,donotconstitutereversiblespeedcontrolsystemandcontrolsystemsoftwaredesignpartdoneabriefintroductionKeywords:DCMotor,SpeedControl,PowerElectronics

目录TOC\o"1-2"\h\z\u摘要 IAbstract II目录 III绪论 11系统方案的选择 21.1直流电动机概述 21.2整流电路简介 21.3电动机供电方案的选择 31.4触发电路的选择 31.5反馈方式的选择 42主电路计算 62.1整流变压器计算 72.2晶闸管元件的选择 82.3晶闸管保护环节的计算 82.4电抗器的参数计算 102.5励磁电路元件的选择 103触发电路的选择 124反馈电路参数选择与计算 154.1测速发电机的选择 154.2电流截止反馈环节的选择 164.3调速静态精度的计算 164.4给定环节的选择 184.5控制电路的直流电源 195调试及电路参数修改 205.1接线和布线检查 215.2相序检查 215.3检查同步电压与主电压的相位关系 215.4放大器的检查 225.5触发电路的调整 225.6电阻性负载调试 225.7电动机负载调试 23结论 25致谢 26参考文献 27附件电气原理总图 28绪论近年来，随着电子技术的发展及其应用技术的进步，单片微型机的高速发展。外围电路元件专用集成器件的不断出现，使得直流电动机控制技术有了显著进步。直流电机的控制与调速技术的发展是与控制器件的发展紧密相连的。数字技术的飞速发展，将计算机与直流电机的控制系统相结合，使得直流电机被广泛的应用在各种领域。电机是进行电能与机械能交换的机器。在工业、农业、运输和国防上广泛应用它来拖动工作机械。较先进的工作机械和生产工艺普通要求对电机的转速实行自动控制，直流电机一直以来，以其调速性能为：起动转矩大，能获得宽范围的调速等优点。被广泛应用在要求调速指标高的各种机械上。正是基于对小功率直流电机调速系统的优越性的认识，本设计即运用小功率直流电动机调速系统。直流电动机具有良好的起制动性能,能大范围内平滑调速,因而在可控的电力拖动领域中得到了广泛的应用。直流调速系统现已具有较完整的理论和较成熟的实践。这种调速方式正是适应了自动调速系统向微型化、集成化和电机控制装置一体化的发展方向，具有较高的实际应用价值。论文概括：⑴调速系统方案选择⑵主电路选择与计算⑶控制电路选择与计算⑷调速系统静态精度计算⑸绘制电气系统原理图及部件图⑹调试、修改电气参数

1系统方案的选择1.1直流电动机概述直流电动机是由直流电源供电，将直流电能转换为机械能，从而拖动生产机械完成生产任务。它有良好的启动性能和调速特性，因此在启动、调速性能要求高的场合，如电车、轧钢机等．常常选用直流电动机拖动。按励磁方式可分为自励、他励和永磁三类。其特点是:(一)调速性能好。所谓“调速性能”，是指电动机在一定负载的条件下，根据需要，人为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平滑的无级调速，而且调速范围较宽。(二)起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节。因此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力机车、电车等，都用直流电动机拖动。1.2整流电路简介整流电路把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。整流电路通常由主电路、滤波器和变压器组成。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离（可减小电网与电路间的电干扰和故障影响）。整流电路按其组成器件可分为不控整流电路、半控整流电路和全控整流电路。后两种电路按其控制方式又可分为相控整流电路和斩波整流电路。相控整流电路由于采用电网换相方式，不需要专门的换相电路，因而电路简单、工作可靠，得到广泛应用。但相控整流电路在控制用α较大时，功率因数较低，网侧电流谐波含量较大。因而在大功率调速传动中，低速运行时，采用斩控整流电路可解决功率因数变坏的问题。单相可控整流电路的交流侧接单相电源，当整流负载容量较大，或者要求直流电压脉动较小时，应采用三相整流电路。1.3电动机供电方案的选择由于电机的容量较大,又要求电流的脉动小，故选用三相全控桥式整流电路供电方案.。电动机额定电压为220V，为保证供电质量，应采用三相减压变压器将电源电压降低。为避免三次谐波电流对电源的干扰，主电压器采用D/Y联结。因调速精度要求较高，故选用转速负反馈调速系统。采用电流截止负反馈进行限流保护，出现故障电流时由过流继电器切断主电路电源。为使线路简单，工作可靠，装置体积小，宜选用KJ004组成的六脉冲集成触发电路。该系统采用减压调速方案，故励磁应保持恒定。励磁绕组采用三相不控桥式整流电路供电，电源可从主变压器二次侧引入。为保证先加励磁后加电枢电压，主接触器点应在励磁绕组通电后方可闭合，同时设有弱磁保护环节。1.4触发电路的选择晶闸管触发电路的形式很多，常用的有阻容移相桥触发电路、单结晶体管触发电路、晶体三极管触发电路、利用小晶闸管触发大晶闸管的触发电路，等等。单结晶体管又叫双基极二极管，是由一个PN结和三个电极构成的半导体器件。单结晶体管组成的触发脉冲产生电路在今天大家制作的调压器中已经具体应用了。为了实现整流电路输出电压“可控”，必须使晶闸管承受正向电压的每半个周期内，触发电路发出第一个触发脉冲的时刻都相同，这种相互配合的工作方式，称为触发脉冲与电源同步。本设计所选用的直流电动机容量较小，通过晶闸管的电流不会超过50A，故可采用电路简单，成本低的单结晶体管触发电路。为实现自动控制，且要同时触发两只阴极不接在一起的晶闸管，可采用由晶体管代替可变电阻的单结晶体管触发电路，用具有两个二次绕组的脉冲变压器输出的脉冲。1.5反馈方式的选择晶闸管直流调速系统的静态指标是指系统的调速范围D和静差率S。由于各类生产机械的工艺要求不同，对系统提出的静态技术指标也往往有所不同。其中：调速系统的调速范围D和静差率S及静态转速降落是相互关联的。对直流调速系统来说，D、S是提出的静态指标要求，系统方案必须予以满足。晶闸管调速系统的动态指标是指系统在稳定的前提下对阶跃给定信号的跟随性能指标和在扰动信号作用下的抗扰性能指标。在调速系统中负载扰动和电网电压扰动是最常见的扰动量，其中以负载扰动为主。次要扰动以负反馈闭环加以抑制。转速降⊿n和静差率S只能反映系统空载和满载两种稳态下的差别，并不能反映负载变化对系统动态过程的影响，只有用系统的抗扰性能才能反映负载变化（即扰动）对系统动态过程品质的影响。直流电动机全电压起动时，如果没有采取专门的限流措施，会产生很大的冲击电流，这不仅对电动机换向不利，对于过载能力低的晶闸管等电力电子器件来说，更是不允许的。为了解决反馈控制单闭环调速系统起动和堵转时电流过大的问题，系统中必须设有自动限制电枢电流的环节。根据反馈控制的基本概念，要维持某个物理量基本不变，只要引入该物理的负反馈就可以了。所以，引入电流负反馈能够保持电流不变，使它不超过允许值。但是，电流负反馈的引入会使系统的静特性变得很软，不能满足一般调速系统的要求，电流负反馈的限流作用只应在起动和堵转时存在，在正常运行时必须去掉，使电流能自由地随着负载增减。这种当电流大到一定程度时才起作用的电流负反馈叫做电流截止负反馈。电压负反馈用来控制电压的变化,一般实际用于稳压作用。当输入信号增大时,用来减小电压,反之,输入电压减小时,用来增益电压.。负载要求D＝10，S≤5％，则系统应满足的转速降(1-1)电动系数(1-2)(1-3)已远远大于调速指标要求的5.26r/min,必须再加上电流正反馈来补偿它，故最后确定采用电压负反馈及电流正反馈的调速方案。为了能实现高速启动，还必须加上电流截止环节。直流调速系统框图如图1.1所示。图1.1直流调速系统框图

2主电路计算主电路采用的是三相全控桥式整流电路，如图2.1所示。图2.1晶闸管整流电路2.1整流变压器计算的计算查设计手册可得：(2-1)查得A＝2.34，取＝0.9，角考虑10的裕量，则。(2-2)故取电压比(2-3)一次侧和二次侧相电流I1和I2的计算查得,所以变压器的容量计算由设计手册可得(2-4)考虑励磁功率，取。2.2晶闸管元件的选择（1）晶闸管的额定电压由设计手册得(2-5)取（2）晶闸管的额定电流查得，K＝0.367，根据设计手册式有(2-6)取。故选用型号为KP50-7晶闸管元件。2.3晶闸管保护环节的计算交流侧过电压保护阻容保护由设计手册式可得(2-7)耐压故选用CZJD-2型金属化纸介电容器，电容量20uF，耐压250V。，取2.2Ω。(2-8)因此，可选2.2Ω、5W的金属膜电阻。压敏电阻的选择(RV1)由设计手册得(2-9)通过查询相关产品参数目录，取电压为220V，通流量为5kA,由此选用的压敏电阻作交流侧浪涌过电压保护。直流侧过电压保护故选用MY－430/3压敏电阻作为直流侧过电压保护。晶闸管两端的过电压保护表2.1晶闸管过电压保护表元件容量（A）1020501002005001000C（）0.10.150.20.250.51.002.00R（）2~100查得：。电容耐压选CZJD-2型金属化纸介电容，电容量0.22uF，耐压400V。(2-10)取,1W金属膜电阻。过电流保护本系统除采用电流截止反馈环节做限流保护外，还设有与元件串联得快速熔断器作过载和短路保护，用过流继电器切断故障电流。快速熔断器的选择通过晶闸管电流有效值为,故选用RLS-50的熔断器，容体电流为50A。过电流继电器的选择根据负载电流为55A，可选用吸引线圈电流为100A的JL14-11ZS型手动复位直流过电流继电器，整定电流可取1.2555A=70A。2.4电抗器的参数计算使电流连续的临界电感值查表得取,则(2-11)限制电流脉动的电感量按(2-10)并查表得取，则变压器漏电感量LT按(2-10)并查表得取，则（4）实际串入电抗器电感量Ld已知电动机电感量为LD＝7mH，则(2-12)2.5励磁电路元件的选择整流二极管耐压值与主电路晶闸管相同，故取700V，额定电流取a＝0查得K＝0.367，则(2-13)可选用ZP型3A、700V二极管。

3触发电路的选择普通晶闸管是半控型电力电子器件。为了使晶闸管由阻断状态转入导通状态，晶闸管在承受正向阳极电压的同时，还需要在门极加上适当的触发电压。控制晶闸管导通的电路称为触发电路。触发电路常以所组成的主要元件名称进行分类，包括简单触发电路、单结晶体管触发电路、晶体管触发电路、集成电路触发器和计算机控制数字触发电路等。控制GTR、GTO、功率MOSFET、IGBT等全控型器件的通断则需要设置相应的驱动电路。基极（门极、栅极）驱动电路是电力电子主电路和控制电路之间的接口。采用性能良好的驱动电路，可使电力电子器件工作在较理想的开关状态，缩短开关时间，减少开关损耗。另外，许多保护环节也设在驱动电路或通过驱动电路来实现。触发电路与驱动电路是电力电子装置的重要组成部分。为了充分发挥电力电子器件的潜力、保证装置的正常运行，必须正确设计与选择触发电路与驱动电路。晶闸管的触发信号可以用交流正半周的一部分，也可用直流，还可用短暂的正脉冲。为了减少门极损耗，确保触发时刻的准确性，触发信号常采用脉冲形式。晶闸管对触发电路的基本要求有如下几条：（1）触发信号要有足够的功率为使晶闸管可靠触发，触发电路提供的触发电压和触发电流必须大于晶闸管产品参数提供的门极触发电压与触发电流值，即必须保证具有足够的触发功率。例如，KP50要求触发电压不小于3.5V，触发电流不小于100mA；KP200要求触发电压不小于4V，触发电流不小于200mA。但触发信号不许超过规定的门极最大允许峰值电压与峰值电流，以防损坏晶闸管的门极。在触发信号为脉冲形式时，只要触发功率不超过规定值，允许触发电压或触发电流的幅值在短时间内大大超过铭牌规定值。（2）触发脉冲必须与主回路电源电压保持同步为了保证电路的品质及可靠性，要求晶闸管在每个周期都在相同的相位上触发。因此，晶闸管的触发电压必须与其主回路的电源电压保持固定的相位关系，即实现同步。实现同步的办法通常是选择触发电路的同步电压，使其与晶闸管主电压之间满足一定的相位关系。（3）触发脉冲要有一定的宽度，前沿要陡为使被触发的晶闸管能保持住导通状态，晶闸管的阳极电流在触发脉冲消失前必须达到擎住电流，因此，要求触发脉冲应具有一定的宽度，不能过窄。特别是当负载为电感性负载时，因其中电流不能突变，更需要较宽的触发脉冲，才可使元件可靠导通。例如，单相整流电路，电阻性负载时脉冲宽度应大于10us，电感性负载时则因大于100us；三相全控桥中，采用单脉冲触发时脉宽应大于60°（通常取90°），而采用双脉冲触发时，脉宽为10°左右即可。此外，很多晶闸管电路还要求触发脉冲具有陡的前沿，以实现精确的触发导通控制。（4）触发脉冲的移相范围应能满足主电路的要求触发脉冲的移相范围与主电路的型式、负载性质及变流装置的用途有关。例如，单相全控桥电阻负载要求触发脉冲移相范围为180°，而电感性负载（不接续流管时）要求移相范围为90°。三相半波整流电路电阻负载时要求移相范围为150°，而三相全控桥式整流电路电阻负载时要求移相范围为120°。选用集成六脉冲触发器实用电路，如图4所示。为了实现弱磁保护，在磁场回路中串入欠电压继电器KA1，动作电流通过RP1调整。已知励磁电流1.6A，可选用吸引线圈电流为2.5A的JL14-11ZQ直流欠电压继电器。KP50晶闸管的触发电流为8～150mA，触发电压为UG3.5V，在触发电路电源电压为15V时，脉冲变压器匝数比2：1，ug可获得约6V的电压，脉冲变压器一次电流只要大于75A，即可满足晶闸管要求，这里选用的3DG12B作为脉冲功率放大管，其极限参数,完全能满足要求。该电路需要设计一个三相同步变压器，考虑各种不便因素，用三个单相变压器结成三相变压器组代替，并结成DY0,确定单相变压器的参数为：容量3VA，电压为380V/30V,三台。同步变压器的联接如图3所示。图3.1同步变压器的联接组

4反馈电路参数选择与计算双闭环（转速环、电流环）直流调速系统是一种当前应用广泛，经济，适用的电力传动系统。它具有动态响应快、抗干扰能力强的优点。反馈闭环控制系统具有良好的抗扰性能，它对于被反馈环的前向通道上的一切扰动作用都能有效的加以抑制。采用转速负反馈和PI调节器的调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。双闭环直流调速系统是由电流和转速两个调节器进行综合调节，可获得良好的静、动态性能。转速与电流截止负反馈环节如图4.1所示。图4.1转速和电流截止反馈环节4.1测速发电机的选择由电机产品样本查得，选用55CY61型永磁直流测速发电机。其参数为：ETG＝110V，nTG＝2000r/min，负载电阻RTG是2KΩ,2W的电位器，测速发电机与主电机同轴联结。由于主电机额定转速为nN＝1000r/min，因此测速发电机发出的最高电压为55V，若给定电源取15V，则只要适当取反馈系数a，即可满足系统要求。4.2电流截止反馈环节的选择为了提高直流调速系统的动静态性能指标，通常采用闭环控制系统(包括单闭环系统和多闭环系统)。对调速指标要求不高的场合，采用单闭环系统，而对调速指标较高的则采用多闭环系统。按反馈的方式不同可分为转速反馈，电流反馈，电压反馈等。在电流单闭环中，将反映电流变化的电流互感器输出电压信号作为反馈信号加到“电流调节器”的输入端，与“给定”的电压相比较，经放大后，得到移相控制电压UCt，控制整流桥的“触发电路”，改变“三相全控整流”的电压输出，从而构成了电流负反馈闭环系统。电机的最高转速也由电流调节器的输出限幅所决定。同样，电流调节器若采用P（比例）调节，对阶跃输入有稳态误差，要消除该误差将调节器换成PI(比例积分)调节。当“给定”恒定时，闭环系统对电枢电流变化起到了抑制作用，当电机负载或电源电压波动时，电机的电枢电流能稳定在一定的范围内变化。选用LEM模块LA100-NP电流传感器作为电流检测元件，其参数为：额定电流100A，匝数比为1/1000，额定输出电流为100mA，测量电阻RM＝30～50Ω，取RM为47Ω、1W的绕线电位器。负载电流为1.2IN时，让电流截止反馈环节起作用，此时LA的输出电流为1.2IN/1000＝（1.255/1000）mA＝66mA，输出电压为3.1V，考虑一定的调节裕量，选2CW9稳压管作为比较电压，UVC＝2V。4.3调速静态精度的计算电动机和测速发电机电动势常数计算电动机电动势常数：(4-1)测速发电机电动势常数：(4-2)整流装置的内阻Ri按设计手册式，K取1.2，则(4-3)要求调速系统的静态速降(4-4)要求闭环系统的开环放大倍数K根据手册式得(4-5)触发器与整流装置得放大倍数的估算在触发器选用电源情况下，锯齿波同步电压最大值应小于15V，这里按最大移相电压为15V计算。按设计手册式，则有(4-6)计算转速反馈系数由于取15V，约12V左右，而，故。所以转速反馈系数计算放大器的放大倍数由于，故(4-7)因为KP较大，故选用放大倍数可调的放大器，如图4.2所示。图4.2放大倍数可调的放大器由于点是虚地，故(4-8)式中分压电阻的分压系数。所以为了避免放大器开环，不能调到零，可在电位器接地端串一个不可调的小电阻。若该电路电位器取4.7、1W，固定小电阻取470、0.25W，则，故最多能把放大倍数从提高到11倍。采用F007运算放大器，其输入电阻,为了不影响，应使。,,取，实取330。均取0.25W。4.4给定环节的选择由于放大器输入电压和输出电压极性相反，而触发器的移相控制电压Uc又是正电压，故给定电压就得取负电压，而反馈电压均取正电压。为此给定电压和触发器共用一个-15V电源，用一个2.2KΩ、1W的电位器引出给定电压。4.5控制电路的直流电源这里直接选用CM7815和CM7915三端集成稳压器作为控制电路的直流电源。表4.1直流稳压电源元件7VD1VD2二极管2CP1226C5C6电容0.33uF257915三端集成稳压器-15V,1.5A147815三端集成稳压器+15V,1.5A13C3C4电容0.1uF22C1C2电解电容2200Uf.63V21B1B2桥堆2A,100V2序号代号名称规格数量图4.3直流稳压电源原理图

5调试及电路参数修改为使电路工作可靠，总电源由自动开关引入，由于变压器一次电流为，故选DZ5-50型三极自动断路器，脱扣器的额定电流为30A的三极自动断路器即可满足要