基于单片机控制直流电机调速系统毕业设计论文

论文编号:JD042    字数:20764,页数:69

摘         要

近年来由于微型机的快速发展，国外交直流系统数字化已经达到实用阶段。由于以微处理器为核心的数字控制系统硬件电路的标准化程度高，制作成本低，且不受器件温度漂移的影响。其控制软件能够进行逻辑判断和复杂运算，可以实现不同于一般线性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制规律。所以微机数字控制系统在各个方面的性能都远远优于模拟控制系统且应用越来越广泛。
本文介绍的是用一台26KW的直流电动机，8051单片机构成的数字化直流调速系统。特点是用单片机取代模拟触发器、电流调节器、速度调节器及逻辑切换等硬件设备。最后进行软件编程、调试以及计算机仿真。实时控制结果表明，本数字化直流调速系统实现了电流和转速双闭环的恒速调节，并具有结构简单，控制精度高，成本低，易推广等特点，而且各项性能指标优于模拟直流调速系统，从而能够实际的应用到生产生活中，满足现代化生产的需要。

关键词：单片机  双闭环  直流调速系统  数字方式
ABSTRACT

As the fast development of microcomputer, AC/DC speed control system for digitization has reached the applied stage overseas. Since the hardware circuit of digital control system centered by microprocessor possesses the advantages that it has higher standardization and lower cost, and it doesn’t be influenced by temperature drift of devices. Furthermore, the control software of digital control system can carry through logical judgment and sophisticated operation, and it has the control laws of optimality, adaptive trait, nonlinear and intelligence, which are different from the ordinary linear adjustability. In every aspects the function of digital control system has exceeded analog control system and is being used widely.
Here is a digital DC speed control system composed by 26KW DC motor and 8051 single-chip computer, which has the characteristic that the analog trigger, current regulator, rotation regulator, logical handoff and other devices were replaced by single-chip computer; and finally put through the software programmer, testing and computer simulation. The result of real time control indicates that the digital DC speed control system realized the constant speed adjustability of the double closed-loop of electric current and rotate speed. This system also has the specialties such as simple structure, high control accuracy, low cost and easiness to be spread. In addition, its entire performance index is better than analog DC speed control system. As a result, the digital DC speed control system could be applied into production and ordinary life to satisfy the needs of modern manufacture.

Keywords: Single-chip computer；Double closed-loop ；DC speed control system；Digital model
 目录

摘  要 2
第一章 绪论 7
1.1单片机控制调速系统发展现状 7
1.2课题来源 7
第2章 系统方案选择和总体结构设计 8
2.1调速方案的选择 8
2.1.1系统控制对象的确定 8
2.1.2电动机供电方案的选择 8
2.2总体结构设计 9
2.2.1系统结构选择 9
2.2.2系统的工作原理 10
第3章 主电路设计与参数计算 11
3.1整流变压器的设计 11
3.1.1变压器二次侧电压U2的计算 11
3.1.2 一次、二次相电流I1、I2的计算 12
3.1.3变压器容量的计算 12
3.2晶闸管元件的选择 12
3.2.1晶闸管的额定电压 12
3.2.2晶闸管的额定电流 13
3.3直流调速系统的保护 13
3.3.1过电压保护 13
3.3.2 电流保护 15
3.3.3平波电抗器的计算 16
3.4励磁电路元件的选择 17
3.5主电路及保护电路原理图 18
第4章 控制电路与单片机系统设计 19
4.1 晶闸管触发控制电路设计 19
4.1.1 晶闸管触发方法 19
4.1.2 控制算法 20
4.1.3 控制角的计算 20
4.1.4 脉冲分配表 21
4.2 单片机系统设计 21
4.2.1 80C51单片机简介 22
4.2.2 单片机系统基本结构 22
4.2.3 电流测量和速度给定值输入 22
4.2.4 速度测量 23
4.2.5 晶闸管控制 25
第5章 调节器的设计 27
5.1 对象的数学模型 27
5.2 电流调节器的设计及采样周期的选择 29
5.2.1电流调节器的设计 29
5.2.2电流环的稳定性分析 31
5.2.3电流环在阶跃下的稳态误差 32
5.2.4电流环采样周期选择 32
5.3 转速调节器的设计及采样周期的选择 33
5.3.1一般设计方法 33
5.3.2 速度调节器的设计 34
第6章 控制系统软件设计 41
6.1 系统主程序设计流程图 41
6.2 数字PI调节器程序设计 42
6.3 数字滤波器程序设计 42
6.4 中断处理程序设计 44
6.4.1 电流环中断服务程序的设计 44
6.4.2 速度环中断服务程序的设计 48
6.4.3 其它中断处理程序设计 49
第7章 系统MATLAB仿真 50
7.1 系统的建模与参数设置 50
7.2 系统仿真结果的输出及结果分析 51
结束语 52
谢辞 53
参考文献 54
附录 54