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<p>单片机技术在直流电机调速系统中的应用开题报告
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毕业设计(论文)开题报告
题 目：单片机技术在直流电机调速控制
系统中的应用
院 ： 电 气 信 息 学 院
专 业： 自 动 化
学生姓名： 陈伟 学 号：200701020336
指导教师： 沈学军
2011年 4 月 10日
开题报告填写要求
1．开题报告〔含“文献综述〞〕作为毕业设计〔论文〕辩论委员会对学生辩论资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计〔论文〕工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。
2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按此电子文档标准格式〔可从教务处网页上下载〕打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。
3．“文献综述〞应按论文的格式成文，并直接书写〔或打印〕在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇〔不包括辞典、手册〕，其中至少应包括1篇外文资料；对于重要的参考文献应附原件复印件，作为附件装订在开题报告的最后。
4．统一用A4纸，并装订单独成册，随?毕业设计〔论文〕说明书?等资料装入文件袋中。
毕 业 设 计〔论 文〕开 题 报 告
1．文献综述：结合毕业设计〔论文〕课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。
文献综述
一、 引言
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，无论在工业农业生产、交通运输、国防航空航天、医疗卫生、商务与办公设备，还是在日常生活中的家用电器，都在大量地使用着各式各样的电动机。据资料统计，现在有的90%以上的动力源来自于电动机，电动机与人们的生活息息相关，密不可分。随着现代化步伐的迈进，人们对自动化的需求越来越高，使电动机控制向更复杂的控制开展。[1]
二、国内外开展概况
国内开展概况：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开展和广泛的应用。用于中、小功率的 0.4～200KW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。[2]
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。经1.5kw电机实验证明，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。
国外开展概况：随着各种微处理器的出现和开展，国外对直流电机的数字控制调速系统的研究也在不断开展和完善，尤其80年代在这方面的研究到达空前的繁荣。大型直流电机的调速系统一般采用晶闸管整流来实现，为了提高调速系统的性能，研究工作者对晶闸管触发脉冲的控制算法作了大量研究，提出了内模控制算法、I-P控制器取代PI调节器的方法、自适应和模糊PID算法等等。
目前，国外主要的电气公司，如瑞典ABB公司，德国西门子公司、AEG公司，日本三菱公司、东芝公司、美国GE公司等，均已开发出数字式直流调装置，有成熟的系列化、标准化、模版化的应用产品供选用。如西门子公司生产的SIMOREG-K 6RA24 系列整流装置为三相交流电源直接供电的全数字控制装置，其结构紧凑，用于直流电机电枢和励磁供电，完成调速任务。设计电流范围为15A至1200A，并可通过并联SITOR可控硅单元进行扩展。根据不同的应用场合，可选择单象限或四象限运行的装置，装置本身带有参数设定单元，不需要其它任何附加设备便可以完成参数设定。所有控制调节监控及附加功能都由微处理器来实现，可选择给定值和反应值为数字量或模拟量。
总之，随着生产技术的开展，对直流电气传动在起制动、正反转以及调速精度、调速范围、静态特性、动态响应等方面都提出了更高的要求，这就要求大量使用直流调速系统。因此人们对直流调速系统的研究将会更深一步。[3]
三、研究内容
本设计将介绍一种基于单片机的直流电机转速控制系统。本系统采用两片AT89S52单片机作为核心控制器，通过红外对接管组成的自制传感器对电机转速进行测量。单片机采样单位时间的电机转速后，通过PID控制算法校正PWM〔脉冲宽度调制〕控制电机驱动电路〔H桥〕驱动直流电动机完成转向和速度的控制。然后由两个4位数码管来显示直流电机当前的欲设速度和实际转速。对电动机的控制可分为简单控制和复杂控制两种，简单控制是对电动机进行启动、制动、正反转控制和顺序控制，复杂控制是对电动机的转速转速、转角、转矩、电压、电流等物理量进行控制。本次设计可以作为简单控制向复杂控制的过度，实现直流电机启动、制动、正反转控制和顺序控制外，还要进行转速控制。为以后复杂控制做为根底学习。
四、单片机技术在直流电机调速系统的应用
直流电机运行过程要进行两种控制，一种是转速控制，也即控制提供应定子线圈的电流；另一种是换相控制，在转子到达指定位置改变定子导通相，实现定子磁场改变，这种控制实际上实现了物理电刷的机制。因此这种电机需要有位置反应机制，比方霍尔元件、光电码盘，或者利用梯形反电动势特点进行反电动势过零检测等。利用光电编码器的系统在软件实现上更方便。电机速度控制也是根据位置反应信号，计算出转子速度，再利用PI或PID等控制方法，实时调整PWM占空比等来实现定子电流调节。因此，控制芯片要进行较多的计算过程。当然也有专门的直流无刷电机控制芯片；但一般来说，在大多数应用中，除了电机控制，总还需要做一些其他的控制和通信等事情，所以，最好选用带PWM，同时又有较强数学运算功能的芯片。
参考文献
[1] 杨加国 单片机原理与应用及C51程序设计 [M]. 北京：清华大学出版社，2021.3
[2] 江志红．51单片机技术与应用系统开发案列精选 [M]. 北京：清华大学出版社， 2021.12
[3] 王选民 智能仪器原理及设计 [M]. 北京:清华大学出版社，2021.7
[4] 陈伯时．电力拖动自动控制系统．北京：机械工业出版社，2000
[5] 黄连月．单片机控制的无刷直流电动机调速系统．广西大学硕士学位论文，2000
[6] 张波.SG3525A控制的直流电机脉宽调速装置.电气制造，2006年第七期.[7] 康华光，邹寿彬.电子技术根底(数字局部第四版).北京：高等教育出版社，2004年.
[8] 三恒星科技.MCS 51单片机原理与应用实例.北京：电子工业出版社，2021年1月.
[9] 浦龙梅，李私.单片机控制的直流PWM调速装置的研究.变频器世界，2006年3月
[10] 贾玉瑛，王臣.基于单片机控制的PWM直流调速系统.包头钢铁学院学报，2005年.
[11] 张曼假设．无刷直流电动机的开展与应用．微电机，1995．23〔1〕
[12] 孙明迪，张航挺．单片机控制无刷直流电动机速度伺服系统．北京航空航天大学学报，97．23〔4〕
[13] 高为炳．变结构控制的理论及设计方法．北京：科学出版社，1996
[14] 傅丰林．模拟电子线路根底 [M]. 西安：西安电子科技大学出版社，2001.1
[15] 覃春芳．模糊滑模电机调速系统．广西大学硕士学位论文，1998
[16] 陈永校．无传感器无刷直流位置误差的分析．微特电机，1999
[17] J．R．Hendershot Jr．TJE Mirler．Design BrushlessPermanent—magnet Motors[M]．MagPhysics Publishing and Clarendon Press·Oxfor, 1994
[18] 文东 孙鹏飞 C语言程序设计 [M]. 北京：中国人民大学出版社，2021.2
[19] 王兆安，黄俊．电力电子技术．北京：机械工业出版社，2000
[20] 海涛，龙军．8696单片机原理及应用．重庆：重庆工业大学出版社，2003
[21] 丁元杰．单片微机原理及应用．北京：机械工业出版社，1999．8
毕 业 设 计〔论 文〕开 题 报 告
２．开题报告：一、课题的目的与意义；二、课题开展现状和前景展望；三、课题主要内容和要求；四、研究方法、步骤和措施
开 题 报 告
一.选题的目的和意义
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。当前电机控制器的开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。
直流电机具有良好的启动性能和调速特性，它的特点是启动转矩大，最大转矩大，能在宽广的范围内平滑、经济地调速，转速控制容易，调速后效率很高。相对于交流电机而言，直流电机的调速是比拟简单，而且它的利用价值更高。本系统就是对直流电机调速的一个阐释！
随着科技水平的提高，越来越多的直流电机需要它在正常工作的同时，对它的转速也要能够精确的进行控制，这就要求直流电机的转速不仅要能够在它允许的范围内转动，还要能够通过系统能够自动的调节电机的转速。
二.课题开展现状和前景展望：
电动机的控制技术的开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开展成果。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，其中电动机的控制局部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开展。而国外交直流系统数字化已经到达实用阶段。
三.课题主要内容和要求：
根据市场需求和开展趋势，本设计将介绍一种基于AT89S52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。
四.研究方法、步骤和措施
当本设计主体思想是通过系统设定信息和测量反应信息计算输出控制信息，然后通过PID控制算法，控制处理器产生PWM波，改变它的占空比〔主要是控制延时〕。系统结构原理如下列图1所示：
单片机〔速度的测量计算、输入
设定及系统控制〕
单片机〔PID运算控制器、
PWM模拟发生器〕
电机
速度采集电路
H桥驱动电路
矩阵键盘
数码管显示
图1系统结构原理
根据设计任务书要对试验台进行系统硬件的设计和软件的设计，最后对系统进行全面的仿真调试。因此对此次毕业设计按以下步骤进行
1．根据所做课题，查阅有关资料写好文献综述和开题报告；
2．根据课题内容，查阅相关资料，相关课题，确定课题的总体方案；
3．系统软件总体结构设计；
4．各模块程序设计及局部程序调试；
5．对系统的软硬件进行联调；
6．撰写说明书，整理资料，准备辩论。
毕 业 设 计〔论 文〕开 题 报 告
指导教师意见：
1．对“文献综述〞的评语：
2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计〔论文〕结果的预测：
指导教师：
年 月 日
所在专业审查意见：
负责人：
年 月 日</p>
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