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西安科技大学毕业设计(论文)开题报告题目直流电机速度控制系统软件设计院、系(部)电气与控制工程学院专业及班级姓名指导教师日期2014年3月15日西安科技大学毕业设计(论文)开题报告题目直流电机速度控制系统软件设计选题类型应用型一、选题依据(简述国内外研究现状、生产需求状况,说明选题目的、意义，列出主要参考文献)：1、研究意义目前，通过对电动机的控制，将电能转换为机械能进而控制工作机械按给定的运动规律运行且使之满足特定要求的新型电气传动自动化技术已广泛应用于国民经济的各个领域。三十多年来，直流电机传动经历了重大的变革。首先实现了整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。由于直流电气传动技术的研究和应用已达到比较成熟的地步，应用相当普遍，尤其是全数字直流系统的出现，更提高了直流调速系统的精度及可靠性。所以，今后一个阶段在调速要求较高的场合，如轧钢厂、海上钻井平台等，直流调速仍然处于主要地位。早期直流传动的控制系统采用模拟分离器件构成，由于模拟器件有其固有的缺点，如存在温漂、零漂电压，构成系统的器件较多，使得模拟直流传动系统的控制精度及可靠性较低。随着计算机控制技术的发展，直流传动系统已经广泛使用微机，实现了全数字化控制。由于微机以数字信号工作，控制手段灵活方便，抗干扰能力强。所以，全数字直流调速控制精度和可靠性比模拟直流调速系统大大提高。而且通过系统总线全数字化控制系统，能与管理计算机、过程计算机、远程电控装置进行交换，实现生产过程的自动化分级控制。所以，直流传动控制采用微机实现全数字化，使直流调速系统进入一个崭新的阶段。2直流调速系统国内外研究现状电机调速系统采用微机实现数字化控制，是电气传动发展的主要方向之一。从80年代中后期起，世界各大电气公司都在竞相开发数字式调速传动装置，当流调速已发展到一个很高的技术水平：功率元件采用可控硅；控制板采用表面安装技术；控制方式采用电源换相、相位控制。特别是采用了微机及其他先进技术，使数字式直流调速装置具有很高的精度、优良的控制性能和强大的抗干扰能力，在国内外得到广泛的应用。数字化直流调速装置作为最新控制水平的传动方式更显示了强大优势。数字化直流调速系统不断推出，为工程应用提供了优越的条件。采用微机控制后,整个调速系统实现全数字化，结构简单，可靠性高，操作维护方便，电机稳态运行时转速精度可达到较高水平。直流电机具有优良的调速特性，调速平滑，调速范围广，过载能力大,能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速起动，制动和反转，能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求。由于微机具有较佳的性能价格比，所以微机在工业过程及设备控制中得到日益广泛的应用。3、主要参考文献：[1]肖本贤.电机的几种测速方法[J]机电工程1998，（1）：55，1998.1[2]王松武等.常用电路模块分析与设计指导[M].清华大学出版社，2007.4[3]李海滨，片春媛，许瑞雪.单片机技术课程设计与项目实例[M].北京，中国电力出版社.2009.[4]尹冬梅.基于单片机控制的直流电机调速测速系统[J]科技风2001,7（下），2011.7-25[5]松井邦彦编.OP放大器应用技巧100例[M],北京，科学出版社，2006[6]王瑾.基于单片机的直流电动机控制系统研究[J]中国科技信息2011，（2），2011.1-15二、主要研究(设计)内容、研究（设计）思路及工作方法或工作流程1、主要研究内容：设计一个基于单片机控制的直流电机速度控制系统，包括软件设计和硬件设计两个主要部分，要求系统达到对直流电机的速度进行控制并测量，控制模块通过键盘操作输入，电机速度得到改变并以键盘输入速度转动，测速模块实时检测电机转速，并且通过LED显示器实时显示检测值。（1）通过键盘输入控制电机转速；（2）利用测速模块检测电机转速；（3）利用报警模块实现实时报警；（4）利用显示模块显示电机实时速度；（5）用按键切换系统状态并可设置相关参数。2、研究（设计）思路本文设计了一个STC12C5A60S2单片机控制系统本课题是研究直流电机速度控制系统的设计，基于单片机PWM技术来实现电机的工作状态以及转速。采用直流脉宽调制PWM对电动机进行转速控制，主要通过硬件电路设计，软件编程，系统调试研究控制电路性能。系统总体设计框图如图1所示键盘模块主控模块单片机STC12C5A60S2LED显示模块驱动模块电源模块PWM控制模块测速模块电机模块报警模块图1系统总体设计框图3、研究方法：本课题是研究直流电机速度控制系统的设计，基于单片机PWM技术来实现电机的工作状态以及转速。主要通过硬件电路设计，软件编程，系统调试研究控制电路性能。4．系统硬件设计对于不同的需要，采用不同的调速方式：1.可控硅调压法：国内的超大功率调速还要依靠可控硅实现可控整流来实现直流电机的调压调速。在全磁场状态，调电枢电压，适合应用在0~基速以下范围内调速。不能达到电机的最高转速。2.脉宽调制法：PWM的H型属于调压调速。PWM的H桥只能实现大功率调速。在电枢全电压状态，调激磁电压，适合应用在基速以上，弱磁升速。不能得到电机的较低转速。3.弱磁调速：在全磁场状态，调电枢电压，电枢全电压之后，弱磁升速。适合应用在调速范围大的情况。这是直流电机最完善的调速方式，但设备复杂，造价高。通过比较，可控硅调压法不能达到电机最高转速，弱磁调速虽然完美但是设备复杂成本太高。因此，本文选用脉宽调制法，即使用PWM输出波形来对直流电机进行调速。对于电机转速控制，另外一个无法缺少的要素就是实时速度采集，因此，测速模块在本设计中也是不可或缺的一个重要模块。方案一霍尔测速。该器件内部由三片霍尔金属板组成。当磁铁正对金属板时，由于霍尔效应，金属板发生横向导通，因此可以在电机上安装磁片，而将霍尔集成片安装在固定轴上，通过对脉冲的计数进行电机速度的检测。方案二红外对管传感器。红外反射式光电传感器RPR220对电机测速，能够快速反应电机轴上码盘的黑白线，从555定时器输出比较完美的方波，通过单片机编写测速程序，与实际值相符，并用液晶显示屏显示。其中红外反射式光电传感器RPR220的性能比较高，也对外围电路设计带来了简化。方案三电流感应测速传感器。直流电动机在通电对于通电的电流大小会相应的产生一个回馈的反应电动势。通过测量这个电动势来计算出电机的转速。因此他不需要其他的额外器件辅助，且精度较高。但是技术较难掌握，要运用单片机且程序复杂。本次设计采用红外对管测速。5．系统软件设计应用STC12C5A60S2芯片产生两路PWM波驱动电机转动，利用子程序改变PWM波初始电平，达到使电机正反转目的，按键处理采用基于状态机的程序调度机制，当某个按键按下时，改变其状态，再根据状态转去执行相应的程序，达到了一键多义的效果。主程序采用事件驱动机制，事件为某个按键按下，则主程序响应这个按键，并进入相应的功能程序，软件具体实现示意图如下图所示：图2主控制流程图键分析读P2口有键按下延时10msP2.3=0?P2.0=0?P2.1=0?P2.2=0?键已释放？S0键处理S1键处理延时10ms读P2口S2键处理S3键处理分析结束NYYYYYNYN图3独立式接口软件流程图开始设置PWM计数频率设置PWM计数频率设置PWM匹配控制寄存器设置PWM周期设置PWM占空比PWM匹配值更新使能使能PWM单边输出开始开始开始开始返回图4PWM寄存器初始化流程图三、毕业设计(论文)工作进度安排从2014年2月25日开始，到2014年6月结束。2月26日到3月15日：查资料，了解直流电机速度控制系统的背景以及发展情况；3月16日到3月30日：根据设计需要设计作品框架，绘制模块图，完成开题报告；3月31日到4月15日：购买元器件，完成焊接；4月16日到5月1日：硬件组装和进行软件调试；5月2日到5月20日：总装进行调试；2014年5月21日到6月5日：论文编写和修改；2014年6月6日：准备答辩。指导教师意见指导教师签字:年月日院系部毕业设计（论文）领导小组审核意见难度分量综合训练程度是否隶属科研项目是教学院长(主任)（公章）年月日