課程設(shè)計(jì)--直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　指導(dǎo)教師評(píng)定成績： </p><p>　　審定成績： </p><p>　　********** </p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目：直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　

2、　學(xué) 校： ******************** </p><p>　　學(xué) 生 姓 名： ********** </p><p>　　專 業(yè)： ******************** </p><p>　　班 級(jí)： ***********

3、 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： ************** </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師： *****************8 </p><p>　　設(shè)計(jì)時(shí)間： 2013 年 12 月</p><p><b>　　目 錄</b></p>

4、<p>　　引言· ·································

5、;··········3</p><p>　　一、直流電動(dòng)機(jī)的工作原理····················

6、83;······4</p><p>　　二、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)························

7、83;·······5</p><p>　　三、直流電動(dòng)機(jī)的分類·······················

8、83;········6</p><p>　　四、電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性······················

9、83;·········7</p><p>　　五、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)·····················&#

10、183;······10</p><p>　　六、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方法····················11</p><p&g

11、t;　　七、PWM調(diào)制電路··································

12、83;··14</p><p>　　八、H橋驅(qū)動(dòng)電路····························

13、83;······14</p><p>　　九、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)·······················15&

14、lt;/p><p>　　十、心得體會(huì)································

15、·········22</p><p><b>　　附錄</b></p><p>　　參考文獻(xiàn)···············

16、83;························23</p><p>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書·······

17、;·····························23</p><p><b>　　引言</b>

18、;</p><p>　　現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，電動(dòng)機(jī)是主要的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，目前在直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中已大量采用晶閘管(即可控硅)裝置向電動(dòng)機(jī)供電的KZ—D拖動(dòng)系統(tǒng)，取代了笨重的發(fā)電動(dòng)一電動(dòng)機(jī)的F—D系統(tǒng)，又伴隨著電子技術(shù)的高度發(fā)展，促使直流電機(jī)調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使直流電機(jī)調(diào)速技術(shù)又進(jìn)入到一個(gè)新的階段，智能化、高可靠性已成為它發(fā)展的趨勢(shì)。直流電機(jī)調(diào)速基本原理是比較簡單的（相對(duì)于交流電機(jī)），

19、只要改變電機(jī)的電壓就可以改變轉(zhuǎn)速了。改變電壓的方法很多，最常見的一種PWM脈寬調(diào)制，調(diào)節(jié)電機(jī)的輸入占空比就可以控制電機(jī)的平均電壓，控制轉(zhuǎn)速。</p><p>　　PWM控制的基本原理很早就已經(jīng)提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在上世紀(jì)80年代以前一直未能實(shí)現(xiàn)。直到進(jìn)入上世紀(jì)80年代，隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展，PWM控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展以及各種

20、新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論、非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用，PWM控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展，到目前為止，已經(jīng)出現(xiàn)了多種PWM控制技術(shù)。</p><p>　　本文就是利用這種控制方式來改變電壓的占空比實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)速度的控制。文章中采用了專門的芯片組成了PWM信號(hào)的發(fā)生系統(tǒng)，然后通過放大來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。利用直流測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)得電機(jī)速度，經(jīng)過濾波電路得到直流電壓信號(hào)，把電壓信號(hào)輸入給A/D轉(zhuǎn)換芯片最后反饋給單片機(jī)，在內(nèi)部進(jìn)行PI

21、運(yùn)算，輸出控制量完成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速控制。</p><p>　　一、直流電動(dòng)機(jī)的工作原理</p><p>　　應(yīng)用了“通電導(dǎo)體在磁場中受力的作用”的原理，勵(lì)磁線圈兩個(gè)端線同有相反方向的電流，使整個(gè)線圈產(chǎn)生繞軸的扭力，使線圈轉(zhuǎn)動(dòng)。要使電樞受到一個(gè)方向不變的電磁轉(zhuǎn)矩，關(guān)鍵在于：當(dāng)線圈邊在不同極性的磁極下，如何將流過線圈中的電流方向及時(shí)地加以變換， 即進(jìn)行所謂“換向” 。為此必須增添一個(gè)

22、叫做換向器的裝置，換向器配合電刷可保證每個(gè)極下線圈邊中電流始終是一個(gè)方向，就可以使電動(dòng)機(jī)能連續(xù)的旋轉(zhuǎn)，這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。 如圖1-1所示，</p><p>　　圖1-1 直流電動(dòng)機(jī)的工作原理圖</p><p>　　將電樞繞組通過電刷接到直流電源上，繞組的轉(zhuǎn)軸與機(jī)械負(fù)載項(xiàng)鏈，這時(shí)便有電流從電源的正極流出，經(jīng)A電刷流入點(diǎn)數(shù)繞組，再經(jīng)電刷B流回電源的負(fù)極。在圖（a）所示位置時(shí)，線圈的

23、ab邊在N極下，cd邊在S極下，電樞繞組中的電流沿著a-b-c-d的方向流動(dòng)。電樞電流與磁場相互作用產(chǎn)生電磁力F，其方向可用左手定則來判斷。這一對(duì)電磁力所形成的電磁轉(zhuǎn)矩使電機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。當(dāng)線圈的ab邊在S極下，cd邊在N極下，如果線圈中電流的方向仍然不變，那么作用在這兩個(gè)線圈上的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩的方向就會(huì)與原來的方向相反，電機(jī)便無法旋轉(zhuǎn)。如圖（b）所示，由于原來與電刷A接觸的線圈a端的銅片現(xiàn)在已改接成與電刷B接觸，而原來與電刷B接觸的線

24、圈d端的銅片現(xiàn)在已改接成與電刷A接觸，因而電樞繞組中的電流沿著d-c-b-a的方向流動(dòng)。利用左手定則來判斷出：電磁力及電磁轉(zhuǎn)矩的方向仍然是電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。這樣，就使得電機(jī)一直旋轉(zhuǎn)下去。</p><p>　　二、直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　直流電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子和機(jī)座等部分構(gòu)成。</p><p><b>　　1、定子</b></p

25、><p>　　主磁極 ——主磁極的作用是建立主磁場。絕大多數(shù)直流電機(jī)的主磁極不是用永久磁鐵而是由勵(lì)磁繞組通以直流電流來建立磁場。主磁極由主磁極鐵心和套裝在鐵心上的勵(lì)磁繞組構(gòu)成。</p><p>　　換向極 ——換向極是安裝在兩相鄰主磁極之間的一個(gè)小磁極，它的作用是改善直流電機(jī)的換向情況，使電機(jī)運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生有害的火花。</p><p>　　機(jī)座 ——機(jī)座有兩個(gè)作用，一是用

26、來固定主磁極、換向級(jí)和端蓋；另一個(gè)是作為磁路的一部分。</p><p>　　電刷裝置 ——電刷裝置是把直流電壓、直流電流引入或引出的裝置。由電刷、刷握、刷桿座和銅絲辮組成。</p><p>　　圖2-1 直流電機(jī)的定子 圖2-2 直流電機(jī)的轉(zhuǎn)子</p><p><b>　　2、轉(zhuǎn)子</b></p&g

27、t;<p>　　電樞鐵心 —— 電樞鐵心也有兩個(gè)用處，一是作為主磁路的主要部分，二是嵌放電樞繞組。</p><p>　　電樞繞組——電樞繞組由許多按一定規(guī)律連接的線圈組成，它是直流電機(jī)的主要電路部分，是通過電流和感應(yīng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)以實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。</p><p>　　換向器——換向器也是直流電機(jī)的重要部件。在直流電動(dòng)機(jī)中，它的作用是將電刷上所通過的直流電流轉(zhuǎn)換為繞組

28、內(nèi)的交變電流；在直流發(fā)電機(jī)中，它將繞組內(nèi)的交變電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為電刷端上的直流電動(dòng)勢(shì)。</p><p>　　三、直流電動(dòng)機(jī)的分類</p><p>　　根據(jù)勵(lì)磁線圈和轉(zhuǎn)子繞組的連接關(guān)系，勵(lì)磁式的直流電機(jī)又可細(xì)分為：</p><p>　　他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)和復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)。</p><p><b>　　1、他勵(lì)直流

29、電動(dòng)機(jī)</b></p><p>　　他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)是一種勵(lì)磁繞組與電樞繞組無連接關(guān)系，而由其他直流電源而由其他直流電源對(duì)勵(lì)磁繞組單獨(dú)供電的直流電動(dòng)機(jī)，如圖3-1（a）所示。</p><p><b>　　2、并勵(lì)電直流動(dòng)機(jī)</b></p><p>　　并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組并聯(lián)，如圖3-1（b）所示。這種直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞

30、組上所加的電壓就是電樞電路兩端的電壓。</p><p><b>　　3、串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)</b></p><p>　　串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞串聯(lián)，如圖3-1（c）所示。這種直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流就是電樞電流，若有調(diào)節(jié)電阻與勵(lì)磁繞組并聯(lián)，其電流則為電樞電流的一部分。</p><p><b>　　4、復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)</b>

31、;</p><p>　　這種直流電機(jī)的主磁極上裝有兩個(gè)勵(lì)磁繞組，一個(gè)與電樞電路并聯(lián)，然后再和另一個(gè)勵(lì)磁繞組串聯(lián)，如圖3-1（d）所示。</p><p>　　圖3-1 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 圖3-2 并勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) </p><p>　　圖3-3 串勵(lì)直流電動(dòng)機(jī) 圖3-4 復(fù)勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)</p>

32、;<p>　　四、電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性</p><p>　　4.1他勵(lì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系</p><p><b>　　由于</b></p><p>　　是電動(dòng)機(jī)的理想空載轉(zhuǎn)速，其值為</p><p>　　是機(jī)械特性的斜率，其值為</p><p>　　是機(jī)械特性的硬度，其值為&l

33、t;/p><p>　　斜率越大，硬度越大，機(jī)械特性特硬。</p><p>　　4.2他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性</p><p>　　當(dāng)他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的額定電壓、氣隙每極磁通量為額定值，電樞回路不電阻時(shí)的機(jī)械特性稱為固有機(jī)械特性，其表達(dá)式為 </p><p>　　由于電樞繞組的電阻值很小，而值大，因此Δn很小，固有機(jī)械特性為硬特性。</p&

34、gt;<p>　　4.3他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的人為機(jī)械特性</p><p>　　他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)的參數(shù)如電壓、勵(lì)磁電流、電樞回路電阻大小等改變后，其機(jī)械特性稱為人為機(jī)械特性。主要人為機(jī)械特性有3種。</p><p>　　(1)．電樞回路串聯(lián)電阻時(shí)的人為機(jī)械特性</p><p>　　1）人為機(jī)械特性方程為 </p><p>　　2）人為機(jī)

35、械特性的特點(diǎn)</p><p>　　理想空載轉(zhuǎn)速保持不變；</p><p>　　機(jī)械特性的斜率隨R的增大而增大，特性曲線變軟。 </p><p>　　從圖4-1中可以看出改變電阻R大小，可以使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。因此，電樞回路串電阻可用于調(diào)速，R越大，轉(zhuǎn)速越低。</p><p>　　(2)改變電源電壓U時(shí)的人為機(jī)械特性</p>

36、<p>　　1）人為機(jī)械特性方程為 </p><p>　　2）人為機(jī)械特性的特點(diǎn)</p><p>　　理想空載轉(zhuǎn)速正比于電壓U，U下降時(shí)，成正比例減??；</p><p><b>　　特性曲線斜率不變。</b></p><p>　　從圖4-1中可以看出改變電壓U大小，可以使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。因此，降低電源電壓

37、也可用于調(diào)速，U越低，轉(zhuǎn)速越低。 </p><p>　　(3)改變勵(lì)磁電流時(shí)的人為機(jī)械特性</p><p>　　1）人為機(jī)械特性方程式為</p><p>　　2）人為機(jī)械特性的特點(diǎn)</p><p>　　理想空載轉(zhuǎn)速與勵(lì)磁電流成反比，減小勵(lì)磁電流，升高；</p><p>　　斜率與磁通二次方成反比，減小勵(lì)磁電流使斜率增大

38、。</p><p>　　從圖4-1中可以看出改變勵(lì)磁電流大小，可以使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。因此，降低勵(lì)磁電流也可用于調(diào)速，越大，轉(zhuǎn)速越低。</p><p><b>　　圖4-1</b></p><p>　　五、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)起動(dòng)</p><p>　　5.1直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)條件</p><p>　　起

39、動(dòng)是指電動(dòng)機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)開始轉(zhuǎn)動(dòng)起來，直至最后達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)于任何一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，在啟動(dòng)時(shí)，都有下列兩個(gè)基本的要求：</p><p>　　1）起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要足夠大。</p><p>　　2）啟動(dòng)電流不要超過允許范圍。</p><p>　　此外，他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在起動(dòng)瞬間，轉(zhuǎn)速n=0，電動(dòng)勢(shì)E=0，起動(dòng)電流在額定電壓下直接起動(dòng)時(shí)，由于很小，很大，一般可達(dá)到電樞電流額定值的10~

40、20倍，這樣大的電流是換向所不允許的，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩也能達(dá)到額定轉(zhuǎn)矩的10~20倍，過大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩會(huì)使電動(dòng)機(jī)和它所拖動(dòng)的生產(chǎn)機(jī)械遭受突然的巨大沖擊，以致?lián)p壞傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)機(jī)械。</p><p>　　因此，除了額定功率在數(shù)百瓦以下的微型直流電動(dòng)機(jī)，因電樞繞組導(dǎo)線細(xì)、電樞電阻大、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有比較小、可以直接起動(dòng)外，一般的直流電動(dòng)機(jī)是不允許采用直接啟動(dòng)的。</p><p>　　5.2直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)方法&

41、lt;/p><p><b>　　1、直接起動(dòng) </b></p><p>　　直接起動(dòng)是指接通勵(lì)磁電源后，將電動(dòng)機(jī)的電樞直接投入額定電壓的電源上起動(dòng)。直接起動(dòng)又稱為全壓起動(dòng)。由于起動(dòng)瞬間，轉(zhuǎn)速等于零，電樞繞組的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)</p><p><b>　　（5-1）</b></p><p>　　則起動(dòng)電流為

42、 （5-2）</p><p>　　由于電樞繞組的電阻Ra很小，所以起動(dòng)電流很大，可達(dá)到額定電流的十幾倍。該電流對(duì)電網(wǎng)的沖擊很大。因而，除了小容量電機(jī)可采用直接起動(dòng)外，對(duì)大中、容量的電動(dòng)機(jī)不能直接起動(dòng)。</p><p><b>　　2、電樞串電阻起動(dòng)</b></p><p

43、>　　電樞回路串電阻R,啟動(dòng)電流為</p><p>　　為了保持啟動(dòng)過程中電磁轉(zhuǎn)矩持續(xù)較大及電樞電流持續(xù)較小，可以逐漸切除啟動(dòng)電阻，啟動(dòng)完成后，啟動(dòng)電阻全部切除，這種情況下的特性如圖5-1所示。</p><p>　　圖5-1 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)串電路啟動(dòng)的電路圖和特性圖</p><p><b>　　3、降電壓起動(dòng)</b></p>

44、<p>　　降低電源電壓到,啟動(dòng)電流為</p><p>　　降低電樞電壓起動(dòng)，即起動(dòng)前將施加在電動(dòng)機(jī)電樞兩端的電源電壓降低，以減小起動(dòng)電流 ，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，再逐漸提高電源電壓，使起動(dòng)電磁轉(zhuǎn)矩維持在一定數(shù)值，保證電動(dòng)機(jī)按需要的加速度升速。這種起動(dòng)方法需要專用電源，投資較大，但起動(dòng)電流小，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩容易控制，起動(dòng)平穩(wěn)，起動(dòng)能耗小，是一種較好的起動(dòng)方法。 這種情況下的特性如圖5-2所示</p>

45、<p>　　圖5-2 直流他勵(lì)電動(dòng)機(jī)降電壓啟動(dòng)的特性圖</p><p>　　六、他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速方法</p><p>　　前面曾介紹過他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)具有三種人為的機(jī)械特性，因而他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)有三種調(diào)速方法，下面分別介紹。</p><p><b>　　1. 串電阻調(diào)速</b></p><p>　　他勵(lì)直流電

46、動(dòng)機(jī)拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)行時(shí)，保持電樞電壓額定，勵(lì)磁電流（磁通）額定，在電樞回路串入不同的電阻時(shí)，電動(dòng)機(jī)可運(yùn)行于不同的速度。他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)電樞回路串電阻調(diào)速的電氣原理圖如圖6-1a示。電樞串電阻調(diào)速的機(jī)械特性方程式為 </p><p>　　他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電阻調(diào)速的機(jī)械特性如圖6-1b所示，是一組過理想空載點(diǎn)的直線，串入的電阻越大，其斜率越大。</p><p>　　圖6-1 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)串電

47、阻調(diào)速</p><p>　　2、降低電源電壓調(diào)速 </p><p>　　保持他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)磁通額定值不變，電樞回路不串電阻，降低電樞的電源電壓可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載運(yùn)行于不同的轉(zhuǎn)速上，如圖6-2所示。</p><p>　　圖3-19降壓電源電壓調(diào)速</p><p><b>　　弱磁調(diào)速</b></p>

48、<p>　　他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載運(yùn)行時(shí)，保持電樞電壓額定，電樞回路不串電阻，改變勵(lì)磁電流（磁通），可以得到不同的轉(zhuǎn)速。由于電動(dòng)機(jī)在額定運(yùn)行時(shí)，磁路已接近飽和，因此改變磁通調(diào)速，實(shí)際上是減弱磁通，所以叫弱磁調(diào)速。弱磁調(diào)速的原理如圖6-3所示。弱磁調(diào)速時(shí)，機(jī)械特性方程式為</p><p><b>　　圖6-3 弱磁調(diào)</b></p><p><b>

49、;　　七、PWM調(diào)制技術(shù)</b></p><p>　　PWM調(diào)制（脈沖寬度調(diào)制）是一種模擬控制方式，它根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的變化，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定，是利用為處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。本設(shè)計(jì)采用單片機(jī)內(nèi)定時(shí)器產(chǎn)生PWM脈沖，設(shè)計(jì)方法是調(diào)整一個(gè)周期內(nèi)高電平持續(xù)時(shí)間占一個(gè)

50、周期時(shí)間的比例，即調(diào)整脈沖的占空比。將產(chǎn)生的脈沖輸入到L298的EN A端，通過控制H橋一路橋臂兩個(gè)晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖7-1所示的是PWM脈沖波形。</p><p>　　圖7-1 幾種占空比不同的PWM脈沖波形</p><p><b>　　八、H橋驅(qū)動(dòng)電路</b></p><p>　　H橋驅(qū)動(dòng)電路是一種典型的直流電機(jī)控制電路。

51、由4個(gè)三極管組成H橋條橋臂，通過控制對(duì)角橋臂上的一組三極管，是電流以不同的方向流過電機(jī)，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。因電動(dòng)機(jī)是感性元件，當(dāng)電動(dòng)機(jī)在正反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換的過程中，4 個(gè)續(xù)流二極管起釋放反電動(dòng)勢(shì)的作用。</p><p>　　圖8-1 H橋驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　九、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　?。ㄒ唬?、直流調(diào)速系統(tǒng)硬件原理系統(tǒng)</p>

52、<p>　　本設(shè)計(jì)是利用一塊單片機(jī)，實(shí)現(xiàn) Z2-52 直流電機(jī)的啟動(dòng)、停止、加速、減速和轉(zhuǎn)向控制，具體硬件部分由晶振電路、復(fù)位電路、顯示電路、鍵盤電路、電源電路、單片機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、測(cè)速點(diǎn)路和電源電路等組成，系統(tǒng)框圖如圖所示：</p><p><b>　　1）.主控制模塊</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)選用 AT89S52 單片機(jī)作為主控制模塊。 AT8

53、9S52 單片機(jī)是一種低功耗、高性能 CMOS 8位微控器，具有 8K 可編程 Flash 存儲(chǔ)器，256 字節(jié)RAM，32 位 I/O口線， 看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針， 3 個(gè) 16 位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器， 全雙工串行口。AT89S52 單片機(jī)作為主控芯片，在本設(shè)計(jì)中主要實(shí)現(xiàn)一下幾個(gè)功能：①接收鍵盤輸入的控制信號(hào) </p><p>　　②驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管顯示電機(jī)工作狀態(tài) </p><p>

54、;　?、垓?qū)動(dòng)八段數(shù)碼管顯示電機(jī)速度 </p><p>　?、芡ㄟ^使能端控制電機(jī)啟動(dòng)、正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn) </p><p>　?、莓a(chǎn)生 PWM 脈沖，對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)速 </p><p>　?、藿邮彰}沖測(cè)速點(diǎn)路測(cè)得的電機(jī)速度 </p><p>　　主電路控制模塊的硬件電路包含復(fù)位電路，時(shí)鐘電路和電源3部分，共同組成單片機(jī)的最小系統(tǒng)，滿足單片機(jī)正常工作，具體

55、硬件電路如圖所示</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊采用紅外對(duì)管作為檢測(cè)器件。其原理為：在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)軸上安裝帶有感光孔的碼盤，然后采用紅外對(duì)管的傳感器來記錄脈沖的數(shù)目，進(jìn)而通過脈沖的數(shù)目求得電機(jī)在一段時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)的圈數(shù)。紅外對(duì)管測(cè)速元件輸出的信號(hào)為脈沖信號(hào)， 輸入到單片機(jī)的外部中斷口P3.2對(duì)脈沖計(jì)數(shù)，測(cè)速模塊具體硬件電路如圖

56、所示。</p><p>　　3）、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊</p><p>　　本設(shè)計(jì)中直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298對(duì)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊硬件實(shí)現(xiàn)如圖所示。</p><p>　　其中，與H橋相連接的是IB2110集成芯片。IR2110將輸入邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換成同相低阻輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，可以驅(qū)動(dòng)同一橋臂的兩路輸出，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，工作電壓比較高，是目前功率

57、放大驅(qū)動(dòng)電路中使用最多的驅(qū)動(dòng)芯片。其結(jié)構(gòu)也比較簡單，芯片引腳圖如下所示：</p><p><b>　　IR2110引腳圖</b></p><p><b>　　4）、顯示模塊</b></p><p>　　設(shè)計(jì)中顯示模塊采用 4 個(gè)八段數(shù)碼管顯示電機(jī)轉(zhuǎn)速， 八段數(shù)碼管采用共陰極方式連接，當(dāng)單片機(jī)輸出高電平時(shí)，點(diǎn)亮數(shù)碼管。一般點(diǎn)

58、亮數(shù)碼管內(nèi)部發(fā)光二極管時(shí)需要 5mA 以上電流，但是單片機(jī)的 I/O 接口送不出如此大的電流，所以數(shù)碼管與單片機(jī)連接時(shí)需要加驅(qū)動(dòng)電路，可采用上拉電阻的方式或?qū)Ｓ抿?qū)動(dòng)芯片（比如 74HC573 鎖存器）對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。本設(shè)計(jì)中采用上拉電阻的方式對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，如圖所示。</p><p><b>　　5）、按鍵模塊</b></p><p>　　設(shè)計(jì)的鍵盤模塊有5個(gè)彈性

59、按鍵，采用低電平的方式進(jìn)行信號(hào)輸入，其中加入5個(gè)1k的限流電阻保證單片機(jī)的I/O口的輸入電路不會(huì)太大，如圖所示：</p><p>　　6）、調(diào)速系統(tǒng)的軟件</p><p>　　實(shí)際的應(yīng)用程序一般都有一個(gè)主程序，若干個(gè)子程序構(gòu)成，主要完成電機(jī)的控制和速度調(diào)節(jié)。如圖所示：</p><p>　　、直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性計(jì)算</p><p>　　已知電

60、機(jī)參數(shù)：電機(jī)型號(hào)：Z2-32; 勵(lì)磁方式：他勵(lì)； 額定功率：2.2KW;額定電壓：220V;額定轉(zhuǎn)速：1500r/min;額定電流：12.50A。</p><p><b>　　電樞電路的總電阻：</b></p><p>　　額定轉(zhuǎn)速時(shí)的額定轉(zhuǎn)矩</p><p>　　圖9-3 固有機(jī)械特性圖</p><p>　　(三）、P

61、WM波占空比求解</p><p>　　當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速n1=1000rpm時(shí)</p><p><b>　　占空比 </b></p><p>　　當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速n2=500rpm時(shí)</p><p><b>　　占空比 </b></p><p><b>　　十、心得

62、體會(huì)</b></p><p>　　經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)我感受頗多，在正式進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，我參考了一些網(wǎng)上的資料，通過對(duì)這些設(shè)計(jì)方案來開拓自己的思路，最后終于有了自己的思路。</p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)電力電子技術(shù)和電力與拖動(dòng)控制理論的一種檢驗(yàn)，更是對(duì)所學(xué)知識(shí)大融合，站在新的高度看待新的問題，而且也是對(duì)自己運(yùn)用所學(xué)知識(shí)的能力的一種提高。通過這次課程設(shè)計(jì)使我明白了自

63、己原來知識(shí)還比較欠缺，自己要學(xué)習(xí)的東西還太多。以前老是覺得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過這次課程設(shè)計(jì)，我才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。 </p><p>　　本設(shè)計(jì)在硬件上采用了基于PWM技術(shù)的H型橋式驅(qū)動(dòng)電路，解決了電機(jī)馬驅(qū)動(dòng)的效率問題，提高了單片機(jī)的使用效率，且更有效的控制電機(jī)。</p><p>　

64、　本設(shè)計(jì)的執(zhí)行總過程如下：通過鍵盤給單片機(jī)輸入轉(zhuǎn)速值，單片機(jī)經(jīng)過PID算法經(jīng)軟件控制輸出脈沖，進(jìn)入驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)（根據(jù)占空比的不同使電機(jī)正傳或反轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速），由光電編碼器測(cè)得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速傳送給單片機(jī)（由定時(shí)器與計(jì)數(shù)器根據(jù)輸入脈沖來測(cè)速），再由單片機(jī)輸送到顯示器，同時(shí)由單片機(jī)將送來的轉(zhuǎn)速與給定值進(jìn)行比較，再交由單片機(jī)控制輸出脈沖的占空比。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)使我深感要注重理論知識(shí)，注重理論聯(lián)系

65、實(shí)際。以前一直覺得理論知識(shí)離我們很遠(yuǎn)，理論只是大談空談，這才發(fā)現(xiàn)理論的重要性，這才發(fā)現(xiàn)理論知識(shí)與生活的聯(lián)系的重要性。</p><p>　　最后，我要感謝老師對(duì)我這次課程設(shè)計(jì)的大力支持，使我不僅在知識(shí)方面有了更深一步的了解，并且在我設(shè)計(jì)東西的思路與邏輯方面有更深刻的影響，使我知道了設(shè)計(jì)思路與邏輯的重要性，讓我獲益匪淺。</p><p><b>　　附錄(一)</b>&l

66、t;/p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]《電機(jī)與拖動(dòng)》 唐介 主編 高等教育出版社 2003年出版</p><p>　　[2]《電機(jī)與拖動(dòng)基礎(chǔ)》 劉起新 主編 中國電力出版社 2005年出版</p><p>　　[3]《電機(jī)學(xué)》 李海發(fā) 主編 科學(xué)出版社 2001年出版</p>

67、<p>　　[4]《電機(jī)與拖動(dòng)》 周紹英 主編 中央廣播電視大學(xué)出版社 1995年出版</p><p>　　[5]《電機(jī)理論與運(yùn)行》 湯蘊(yùn)謬 主編 水利電力出版社 2005年出版</p><p><b>　　附錄（二）</b></p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書</p><p><b&g

68、t;　?。ㄒ唬┰O(shè)計(jì)題目</b></p><p>　　直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　（二）設(shè)計(jì)任務(wù)和要求</p><p>　　1、熟練直流電機(jī)的機(jī)械特性和電氣特性；</p><p>　　2、掌握直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)負(fù)載順利啟動(dòng)的方法；</p><p>　　3、掌握直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速和正反轉(zhuǎn)控制方法； &

69、lt;/p><p>　　4、根據(jù)以下直流電動(dòng)機(jī)銘牌數(shù)據(jù)完成啟動(dòng)和調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。</p><p>　　電機(jī)型號(hào)：Z2-32;</p><p><b>　　勵(lì)磁方式：他勵(lì)；</b></p><p>　　額定功率：2.20KW;</p><p>　　額定電壓：220V;</p><p

70、>　　額定轉(zhuǎn)速：1500r/min;</p><p>　　額定電流：12.50A;</p><p><b>　　要求：</b></p><p>　　1)畫出固有機(jī)械特性圖；</p><p>　　2)分析直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)額定負(fù)載順利啟動(dòng)條件和方法；</p><p>　　3)分析PWM調(diào)制技術(shù)在調(diào)

71、壓控制中的原理和應(yīng)用；</p><p>　　4)計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速為1000rpm和500rpm時(shí)PWM波占空比；</p><p>　　5)設(shè)計(jì)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制；</p><p>　　6)設(shè)計(jì)控制直流電機(jī)降壓啟動(dòng)和調(diào)壓調(diào)速電路原理圖；</p><p><b>　　7)結(jié)論</b></p>&