直流电机控制系统设计开题报告

 2021-08-08 12:08

全文总字数:1965字

1. 研究目的与意义

在现代工业中,各种生产机械根据其工艺特点,对拖动的电动机提出了各种不同的要求,有的要求能迅速起动、制动和反转,有的要求电动机起动、制动平稳,并能准确的停在给定的位置。

与交流电动机相比,直流电动机由于具有调速性能好、静差率小、稳定性好以及具有良好的动态性能、运行效率高等优点,因此在相当长的时期内,高性能的调速系统几乎都采用了直流调速系统。

随着生产规模的不断扩大,各个行业对直流电机的需求愈益增大,对其性能提出了更高的要求,并且随着电子技术的高度发展,促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变,特别是单片机的应用,使直流电机调速又进入到一个新的阶段,智能化、高可靠性已成为它的发展趋势。

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2. 国内外研究现状分析

直流电机调速控制器的发展历史主要分为几个阶段。最早的直流电机调速控制是通过使用恒定的直流电源电压对直流电动机进行供电,通过在电动机电枢回路中串入可调电阻,然后调节电阻进行调速。这个方法非常简单,设备较少,制造成本很低,但是它的缺点也是非常的明显,效率很低、不能在较宽的调速范围内实现无级平滑调速、电机输出力矩受调速影响很大。

二十世纪三十年代末,出现了发电机-电动机组,也被称旋转变流组(亦简称g.m系统),这种方法出现后迅速得到了广泛应用,在五十年代,g.m 系统调速方式发展到了最顶峰的阶段,这种方法可以获得比较好的调速性能和平滑调速性能,尤其当需要减速的时候,可以通过发电机将直流电动机机轴的转动惯量返回给电网,这样不但可以得到平滑的制动性能,同时还可以减少能量的损耗;但是它的一些缺点也完全的暴露了在实际应用当中,使得很多应用受到了限制。

二十世纪五十年代末,世界上制造出了晶闸管,这对直流调速系统来说,是跨时代的发明,与其他的变流元件相比较来说,晶闸管有很多很独特的优点,比如体积小、响应延时小、稳定性高、寿命长、维修非常简单的优点。

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3. 研究的基本内容与计划

研究内容:设计一个基于上下位机结构的闭环直流电机调速系统。

上位机为pc机,由通信模块、参数设置模块和状态显示模块三部分组成。通信模块负责与下位机通信;参数设置模块可进行pd参数的设置,并进行启停、加速、减速以及正反转的控制;状态显示模块可实时显示电动机的速度等状态。

下位机基于stc89c52rc微控制器,通过测速传感器得到系统变量,应用闭环控制算法,接收上位机的控制命令直接控制直流电机。同时下位机也可通过按钮等输入设备直接对电动机进行启停、正反转、加速、减速控制,并通过lcd显示速度状态。

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4. 研究创新点

本设计采用线性脉宽调制的方法对电机进行转速调节,使用单片机控制,不仅小巧、轻便、输出特性良好而且操作简单,调试灵活,具有控制智能化等特点。采用上下位机结构,可实时监测和控制电动机的状态,人机交互性强,构成了一个完备的控制系统。此外,系统引入了闭环反馈控制,只要速度偏离设定值,就会产生相应的控制作用消除偏差,因此,它具有抑制干扰的能力,对元件特性变化不敏感,并能改善系统的响应特性。

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