文档介绍：摘要
直流电动机广泛应用于各种场合,为使机械设备以合理速度进行工作则需要对直流电机进行调速。该实验中搭建了基于MCS-96单片机的转速单闭环调速系统,利用PWM信号改变电动机电枢电压,并由软件完成转速单闭环PI控制,旨在实现直流电动机的平滑调速,并对PI控制原理及其参数的确定进行更深的理解。实验结果显示,控制8位PWM信号输出可平滑改变电动机电枢电压,实现电动机升速、降速及反转等功能。实验中使用霍尔元件进行电动机转速的检测、反馈。期望转速则可通过功能按键给定。、,电机转速可以在3秒左右达到稳定。由实验结果知,该单闭环调速系统可对直流电机进行调速,达到预期效果。
第一章绪论
开发背景
、直流调速系统发展概况
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,因此直流调速系统至今仍是自动调速系统的主要形式。
直流调速系统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、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进步使直流调速系统发生翻天覆地的变化。其中电机的控制部分已经由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制,形成数字与模拟的混合控制系统和纯数字控制系统,并正向全数字控制方向快速发展。电动机的驱动部分所用的功率器件亦经历了几次更新换代。目前开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成为主流。功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动机控制方法能够得到实现。脉宽调制控制方法在直流调速中获得了广泛的应用。
。进入70年代以来,体积小、耗电少、成本低、速度快、功能强、可靠性高的大规模集成电路微处理器已经商品化,把电机控制推上了一个崭新的阶段,以微处理器为核心的数字控制(简称微机数字控制)成为现代电气传动系统控制器的主要形式。PWM常取代数模转换器(DAC)用于功率输出控制,其中,直流电机的速度控制是最常见的应用。通常PWM配合桥式驱动电路实现直流电机调速,非常简单,且调速范围大。在直流电动机的控制中,主要使用定频调宽法。
目前,电机调速控制模块主要有以下三种:
(1)、采用电阻网络或数字电位器调整直流电机的分压,从而达到调速的目的;
(2)、采用继电器对直流电机的开或关进行控制,通过开关的切换对电机的速度进行调整;
(3)、采用由IGBT管组成的H型PWM电路。用单片机控制IGBT管使之工作在占空比可调的开关状态,精确调整电动机转速。
、国内外发展概况
、国内发展概况
我国从六十年代初试制成功第一只硅晶闸管以来,晶闸管直流调速系统开始得到迅速的发展和广泛的应用。用于中、小功率的 ~200KW晶闸管直流调速装置已作为标准化、系列化通用产品批量生产。
目前,全国各大专院校、科研单位和厂家都在进行数字式直流调速系统的开发,提出了许多关于直流调速系统的控制算法:
(1)、直流电动机及直流调速系统的参数辩识的方法。该方法据系统或环节的输入输出特性,应用最小二乘法,即可获得系统环节的内部参数。所获得的参数具有较高的精度,方法简便易行。
(2)、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,而且设计方法简单,控制器容易实现。
(3)、单神经元自适应智能控制的方法。该方法针对直流传动系统的特点,提出了单神经元自适应智能控制策略。这种单神经元自适应智能控制系统不仅具有良好的静、动态性能,而且还具有令人满意的鲁棒性与自适应性。
(4)、模糊控制方法。该方法对模糊控制理论在小惯性系统上对其应用进行了尝试。,模糊控制理论可以用于直流并励电动机的限流起动和恒速运行控制,并能获得理想的控制曲线。
上诉的控制方法仅是直流电机调速系统应用和研究的一个侧面,国内外还有许多学者对此进行了不同程度的研究。