20121184004陈义哲

自动控制系统综合课程设计报告题目：异步电机变频调速系统院（系）：机电与自动化学院专业班级：自动化1201学生姓名：陈义哲学号：20111184014指导教师：丁娟2015年11月9日至2015年11月20日华中科技大学武昌分校制《自动控制系统综合课程设计》任务书一、设计（调查报告/论文）题目异步电动机变频调速控制系统设计与实践二、设计（调查报告/论文）主要内容（1）完成异步电机变频调速系统硬件电路设计（开环）；（2）编写异步电机变频调速系统SPWM控制程序（开环）；（3）利用—电力电子与电气传动控制实验室—实验平台—搭建开环的变频调速系统并运行，不断加载，观察电机转速变化，得出正确结论；（4）利用—电力电子与电气传动控制实验室—实验平台—搭建闭环的变频调速系统并运行，对比闭环系统和开环系统的差异，得出正确结论。三、原始资料系统基本结构（供参考）四、要求的设计（调查/论文）成果1系统硬件电路图；2系统软件设计流程图及具体程序3符合规范要求的设计报告电子档、纸质档各一份。五、进程安排第一周安排：（上午：8:30-12:00；下午：13:30-17:00）周一~~~周二：分组（4人一组）、查找资料、理解课题的意义（变频技术的重要性、变频在交流调速应用中的重要性及应用价值等）、提出初步方案，周二下午1：30，南区实验室集中，以小组为单位进行课题意义、应用及方案论述，时间12分钟（每人3分钟），论述内容不得重复；周三~~~周四：硬件电路设计（每天下午1:30在南区实验室集中，汇报进度，进行答疑）；周五上午：8:30开始，南区实验室集中，以小组为单位论述硬件电路的设计思路及工作原理，时间8分钟，每人2分钟，内容不得重复；周五下午：开始控制程序设计。第二周安排：（上午：8:30-12:00；下午：13:30-17:00）周一~~~周二：控制程序设计、理解，周一下午1:30，南区实验室集中，答疑。周二下午1:30南区实验室集中，以小组为单位论述程序设计的思路，并解释程序中SPWM具体的实现方式，时间8分钟，每人2分钟，内容不得重复；周三：上午8:30开始，下午1:30开始，南区电力电子与电气传动实验室集中，进行动手实践，时间为每班两小时；周四~~~周五：按规范撰写设计报告并提交电子档、纸质档、答辩。六、主要参考资料[1]陈伯时.自动控制系统及电力拖动控制.北京：机械工业出版社，2010.[2]李荣生.电气传动控制系统设计指导.北京：机械工业出版社，2009.[3]冯垛生．交流调速系统．北京：机械工业出版社，2012.[4]吴守箴，戚英杰.电气传动脉宽调制控制技术.北京：机械工业出版社，2010．[5]Hava．PerformanceAnalysisofReducedCommon-ModeVoltagePWMMethodsandComparisonWithStandard:PWMMethodsforThree-PhaseVoltage-SourceInverters．IEEETransactionsonPowerElectronics．2009，24（1）：241-252．指导教师（签名）：20年月目录引言....................................................................11概述....................................................................21.1变频调速技术简介....................................................21.2调速系统的发展方向..................................................31.3交流调速系统........................................................41.4单片机控制的变频调速................................................42电机变频调速系统..........................................................52.1变频调速原理..........................................................52.2单片机控制的变频调速系统............................................62.2.1系统框图.........................................................62.2.2硬件系统原理图.................................................63系统主要模块设计.......................................................73.189C51主控制模块....................................................73.1.1主要特性..........................................................73.1.2管脚说明..........................................................73.1.351单片机最小系统.................................................93.2主电路..............................................................103.3电流检测...........................................................103.4转速检测...........................................................103.5A/D模数转换模块....................................................113.6SPWM波发生模块.....................................................123.7驱动电路............................................................144系统软件设计...........................................................144.1程序流程图..........................................................144.2SPWM波产生程序.....................................................155实践操作..............................................................175.1变频器的使用........................................................175.2开环变频调速系统....................................................185.3闭环变频调速........................................................186总结与心得体会.....................................................207参考文献…………………………………………………………………………………211引言经过大约30年的发展，交流调速电气传动已经上升为电器调速传动的主流。在电气调速领域内，可以相信在不久的将来，交流调速将会完全取代直流调速传动。和交流调速系统两类。它们最大的不同之处主要在于交流电力拖动免除了改变直流电机电流流向变化的机械向器——整流子。20世纪70年代后，大规模集成电路和计算机控范围、高的稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能，在调速性能方面可以与直流电力拖动媲美。许多传统的由直流电机调速系统拖动的工业设备改由交流变频调速系统拖动，从而提高了系统的可靠性，减少了系统的维护费用。随着变频调速应用的日益广泛，相关技术的日益成熟，人们不仅对变频调速系统的精度要求越来越高，而且对控制的功能要求越来越多，对系统的智能化要求越来越高，对系统的抗扰能力要求越来越高，以满足生产的需求并适应不同的工作环境。随着电力电子器件，大规模集成电路和计算机控制技术的迅速发展，以及现代控制理论向交流电气传动领域的渗透，为交流调速系统的开发研究进一步创造了有利的条件。诸如交流电动机的串级调速、各种类型的变频调速，特别是矢量控制技术的应用，使得交流调速系统逐步具备了宽的调速范围、较高的稳速精度、快速的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能。在交流调速技术中，变频调速具有绝对优势，并且它的调速性能与可靠性不断完善，价格不断降低，特别是变频调速节电效果明显，而且易于实现过程自动化，深受工业行业的青睐。交流变频调速的优异特性，调速时平滑性好、效率高。低速时，特性静关率较高，相对稳定性好，调速范围较大、精度高、起维修简便，易于实现过程自动化，在恒转矩调速时，低速段电动机的过载能力大为降低。交流电动机因其结构简单、运行可靠、价格低廉、维修方便，故而应用面很广，几乎所有的调速传动都采用交流电动机。尽管从1930年开始人们就致力于交流调速系统的研究，然而主要局限于利用开关设备来切换主回路达到控制电动机启动，制动和有级调速的目的。变极对调速，电抗或自藕降压启动以及绕线式异步电动机转子回路串电阻的有级调速都还处于开发的阶段。交流调速缓慢的主要原因是决定电动机转速调节主要因素的交流电源频率的改变和电动机的转距控制都是非常困难的，使交流调速的稳定性、可靠性、经济性以及效率均不能满足生产要求。SPWM正弦脉宽调制法这项技术的特点是原理简单、通用性强，具有开关频率固定，控制和调节性能好，能消除谐波使输出电压只含有固定频率的高次谐波分量，设计简单等一系列优点，是一种比较好的波形改善法。它的出现为中小型逆变器的发展起了重要的推动作用。SPWM技术成为目前应用最为广泛的逆变型PWM技术。21概述1.1变频调速技术简介变频调速技术是一种以改变交流电动机的供电频率来达到交流电动机调速目的的技术。大家都知道，目前，无论哪种机械调速，都是通过电机来实现的。从大的范围来分，电机有直流电机和交流电机。由于直流机调速容易实现，性能好，因此过去生产机械的调速多用直流电动机。但直流机固有的缺点，由于采用直流电源，它的滑环和碳刷要经常拆换，故费时费工，成本高，给人们带来太大的麻烦。因靠廉价的笼式交流电机也像直流电动机那样调速。这样就出现了定子调速、变极调速、滑差调速、转子串电阻调速、串极调速等交流调速方式。当然也出现了滑差电机、绕线式电机、同步式交流电机。随着电力电子技术、微电子技术和信息技术的发展，出现了变频调速技术，它一出现就以其优异的性能逐步取代其它交流电机调速方式，乃至直流电机调速，而成为电气传动的中枢。变频调速被认为是一种理想的交流调速方法。但如何得到一个单独向异步电动机供电的经济可靠的变频电源，一直是交流变频调速的主要课题。20世纪60年代中期，随着普通的晶闸管、小功率管的实用化，出现了静止变频装置。它是将三相的工频电源经变换后，得到频率可调的交流电。这个时期的变频装置，多为分立元件，它体积大、造价高，大多是为特定的控制对象而研制的，容量普遍偏小，