【正文】 ……………………………………………… 26參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………… 27致謝………………………………………………………………………………………28附錄A:線路總圖………………………………………………………………………29 32 第一章 緒論單片微型計算機(jī)的誕生是計算機(jī)發(fā)展史上的一個新的里程碑。近年來，隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，以及市場對產(chǎn)品功能和性能的要求不斷提高，直流電動機(jī)的應(yīng)用更加廣泛，尤其是在智能機(jī)器人中的應(yīng)用。直流電動機(jī)的起動和調(diào)速性能、過載能力強(qiáng)等特點(diǎn)顯得十分重要，為了能夠適應(yīng)發(fā)展的要求，單閉環(huán)直流電動機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)得到了很大的發(fā)展。而作為單片嵌入式系統(tǒng)的核心—單片機(jī)，正朝著多功能、多選擇、高速度、低功耗、低價格、大存儲容量和強(qiáng)I/O功能等方向發(fā)展。隨著計算機(jī)檔次的不斷提高，功能的不斷完善，單片機(jī)已越來越廣泛地應(yīng)用在各種領(lǐng)域的控制、自動化、智能化等方面，特別是在直流電動機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)中。這是因為單片機(jī)具有很多優(yōu)點(diǎn)：體積小，功能全，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，結(jié)構(gòu)合理，指令豐富，控制功能強(qiáng)，造價低等。所以選用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心以提高整個系統(tǒng)的可靠性和可行性?！? 主要用于主要用于井下運(yùn)輸大巷和地面的長距離運(yùn)輸。它相當(dāng)于鐵路運(yùn)輸中的電氣機(jī)車頭，牽引著由礦車或人車組成的列車在軌道上行走，完成對煤炭、矸石、材料、設(shè)備、人員的運(yùn)送的電機(jī)車稱為礦用電機(jī)車。　　礦用電機(jī)車由由機(jī)械部分和電氣部分組成。機(jī)械部分包括：車架、輪對、軸承箱、彈簧托架、制動裝置、撒砂裝置、連接緩沖裝置等。電氣部分包括：直流串激電動機(jī)、控制器、電阻箱、受電弓、空氣自動開關(guān)（架線式電機(jī)車）或隔爆插銷、蓄電池（蓄電池電機(jī)車）?！　≤嚰苁菣C(jī)車的主體，是由厚鋼板焊接而成的框架結(jié)構(gòu)。除了輪對和軸承箱，機(jī)車上的機(jī)械和電氣裝置都安裝在車架上。車架用彈簧托架支承在軸承箱上。運(yùn)行中因常受到?jīng)_擊、碰撞，而產(chǎn)生變形，所以應(yīng)加大鋼板厚度或采取相應(yīng)的增加車架剛度的措施?！　≥唽τ蓛蓚€車輪壓裝在一根軸上而成。車輪有兩種，一種是輪箍和輪芯熱壓裝在一起的結(jié)構(gòu)；另一種是整體車輪。前者的優(yōu)點(diǎn)是輪箍磨損到極限時，只更換輪箍不用整個車輪報廢。驅(qū)動輪對有傳動齒輪，電動機(jī)經(jīng)齒輪減速后帶動輪對旋轉(zhuǎn)。軸箱是軸承箱的簡稱，與輪對兩端的軸頸配合安裝，軸箱兩側(cè)的滑槽與車架上的導(dǎo)軌相配，上面有安放彈簧托架的座孔。車架靠彈簧托架支承在軸箱上，軸箱是車架與輪對的連接點(diǎn)。軌道不平時，輪對與車架的相對運(yùn)動發(fā)生在軸箱的滑槽與車架的導(dǎo)軌之間，并依靠彈簧托架起緩沖作用。 　　彈簧托架是一個組件，由彈簧、連桿、均衡梁組成。一種使用板簧的彈簧托架。每個軸箱上座裝一付板簧，板簧用連桿與車架相連。均衡梁在軌道不平或局部有凹陷時，起均衡各車輪上負(fù)荷的作用。　 礦用電機(jī)車的齒輪傳動裝置有兩種型式：一種是單級開式齒輪傳動，另一種是兩級閉式齒輪減速箱。開式傳動方式傳動效率低，傳動比較小，而閉式齒輪箱傳動效率較高，齒輪使用壽命較長。直流電動機(jī)在冶金、礦山、化工、交通、機(jī)械、紡織、航空等領(lǐng)域中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。而以往直流電動機(jī)的控制只是簡單的控制，很難進(jìn)行調(diào)速，不能實現(xiàn)智能化。如今，直流電動機(jī)的調(diào)速控制已經(jīng)離不開單片機(jī)的支持，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展促進(jìn)了自動控制技術(shù)的發(fā)展，使人類社會步入了自動化時代，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)與其他學(xué)科領(lǐng)域交叉融合，促進(jìn)了學(xué)科發(fā)展和專業(yè)更新，引發(fā)了新興交叉學(xué)科與技術(shù)的不斷涌現(xiàn)。現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，改變了世界，也改變了人類的生活。由于單片機(jī)的體積小、重量輕、功能強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、控制靈活、應(yīng)用方便、價格低廉等特點(diǎn)，計算機(jī)性能的不斷提高，單片機(jī)的應(yīng)用也更加廣泛特別是在各種領(lǐng)域的控制、自動化等方面。所以在本系統(tǒng)設(shè)計中我采用了由單片機(jī)控制單閉環(huán)直流電動機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)。第二章 方案比較與選擇；；；。；；；調(diào)速范圍；低速時變壓器調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓所需的可控制電源通常有3種：旋轉(zhuǎn)電流機(jī)組，靜止可控整流器，直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器。旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組簡稱GM系統(tǒng)，適用于調(diào)速要求不高，要求可逆運(yùn)行的系統(tǒng)，但其設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不便。靜止可控整流器和直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變Ud，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速，且控制作用快速性能好，提高系統(tǒng)動態(tài)性能。但直流斬波器和脈寬調(diào)制交換器采用PWM受器件各量限制，適用于中、小功率的系統(tǒng)，靜止可控整流器適用大功率的系統(tǒng)。根據(jù)本此設(shè)計的技術(shù)要求和特點(diǎn)選直流斬波器和脈寬調(diào)制交換器系統(tǒng)。在直流斬波器和脈寬調(diào)制交換器系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器給定電壓，即可移動觸發(fā)裝置GT輸出脈沖的相位，從而方便的改變整流器的輸出，瞬時電壓Ud。由于要求直流電壓脈動較小，故采用三相整流電路?？紤]使電路簡單、經(jīng)濟(jì)且滿足性能要求，選擇IGBT三相全控橋交流器供電方案。因三相橋式全控整流電壓的脈動頻率比三相半波高，因而所需的平波電抗器的電感量可相應(yīng)減少約一半，這是三相橋式整流電路的一大優(yōu)點(diǎn)。并且IGBT可控整流裝置無噪聲、無磨損、響應(yīng)快、體積小、重量輕、投資省。而且工作可靠，能耗小，效率高。同時，由于電機(jī)的容量較大，又要求電流的脈動小。綜上選IGBT三相全控橋整流電路供電方案。若采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)雖然可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，不過當(dāng)對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要求快速起制動，突加負(fù)載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)難以滿足要求，因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩，在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，只有電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只是在超過臨界電流值以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想地控制電流的動態(tài)波形，當(dāng)電流從最大值降低下來以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減少，因而加速過程必然拖長。若采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，則可以近似在電機(jī)最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機(jī)的允許過載能力，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又可以讓電流迅速降低下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，此時起動電流近似呈方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長的，這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受到限制的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動過程。采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行串級聯(lián)接，這樣就可以實現(xiàn)在起動過程中只有電流負(fù)反饋，而它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不同時加到一個調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只靠轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要的作用，這樣就能夠獲得良好的靜、動態(tài)性能。與帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)相比，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于Idm時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主調(diào)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差。得到過電流的自動保護(hù)。顯然靜特性優(yōu)于單閉環(huán)系統(tǒng)。在動態(tài)性能方面，雙閉環(huán)系統(tǒng)在起動和升速過程中表現(xiàn)出很快的動態(tài)跟隨性，在動態(tài)抗擾性能上，表現(xiàn)在具有較強(qiáng)的抗負(fù)載擾動，抗電網(wǎng)電壓擾動。綜上所述，本系統(tǒng)用直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器第三章 控制原理分析 電動機(jī)調(diào)速原理直流電機(jī)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速 n 的表達(dá)式為：n= （）式中U 電樞端電壓(V)I 電樞電流(A) 電樞電路總電阻()每極磁通量(Wb)C與電動機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)由式21可知，直流電機(jī)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速 n 的控制方法可氛圍兩類，即勵磁控制法與電樞電壓控制法。勵磁控制法控制磁通 ，其控制功率雖然較小，但低速時受到磁極飽和的限制，高速時受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制；而且由于勵磁線圈電感較大，動態(tài)性能也較差。所以常用的控制方法是改變電樞端電壓調(diào)速的電樞電壓控制法。設(shè)直流電源電壓為U，將電樞串聯(lián)成一個電阻R，接到電源 U，則穩(wěn)態(tài)電壓方程式為 U= U IR （）顯然，調(diào)節(jié)電阻R既可改變端電壓，達(dá)到調(diào)速的目的，但這種傳統(tǒng)的調(diào)壓調(diào)速方法，其效率太低，因此，隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)展了很多新的電樞電壓控制方法，如：由交流電源供電，使用IGBT整流器進(jìn)行相控調(diào)壓；使用硅整流器將交流點(diǎn)整流成直流電，再由PWM降壓斬波器進(jìn)行斬波調(diào)壓等。 降壓斬波電路控制原理IGBT相控調(diào)壓或PWM斬波器調(diào)壓比串電阻調(diào)壓損耗小，效率高，而斬波調(diào)壓比相控調(diào)壓又多了不少優(yōu)點(diǎn)，如需要的濾波裝置很小甚至只利用電樞電感已經(jīng)足夠，不需要外加濾波裝置；電動機(jī)的損耗和發(fā)熱很小，動態(tài)響應(yīng)較快等。圖為PWM降壓斬波器的原理電路及輸出電壓波形，假定晶閘管 V 先導(dǎo)通了 T 秒（忽略 V 的管壓降，這期間電源電壓 U全部加到電樞上），然后關(guān)斷了T 秒（這期間電樞端電壓為零）。如此反復(fù)。電動機(jī)電樞端電壓 U為其平均值。 PWM降壓斬波器的原理電路圖 PWM降壓斬波器的輸出電壓波形圖U=== ()式中 ()為一個周期T中，絕緣柵雙極型晶體管V 導(dǎo)通時間的比率,稱為負(fù)載率或占空比。使用下面三種方法中的任何一種，都可以改變的值，從而達(dá)到調(diào)壓的目的。(1) 定寬調(diào)頻法。T保持一定，使T在0~范圍內(nèi)變化。(2) 調(diào)寬調(diào)頻法。T保持一定，使T在0~范圍內(nèi)變化。(3) 定頻調(diào)寬法。T+ T=T保持一定，使T在0~T范圍內(nèi)變化。不管那種方法的變化范圍均為01，因而電樞電壓的平均值U 的調(diào)節(jié)范圍為0U ，均為正值，即電動機(jī)只能在某一方向調(diào)速。 橋式降壓斬波電路控制原理本文采用可逆調(diào)速，絕緣柵雙極型晶體管 VV,VV分別是同時導(dǎo)通關(guān)斷的，設(shè) V V 先導(dǎo)通T 秒后再同時關(guān)斷,間隔一定時間之后。再時，VV同時導(dǎo)通T 秒后同時關(guān)斷；如此反復(fù)。 所示。 橋式PWM降壓斬波器原理電路圖 橋式PWM降壓斬波器電壓輸出波形圖電動機(jī)電樞端電壓的平均值為 U= ()由于01 , 范圍是 U~+ U ,因而電動機(jī)可在正反兩個方向調(diào)速運(yùn)轉(zhuǎn)。 雙閉環(huán)控制原理（1） 電流環(huán)的設(shè)計由主電路可知，電流反饋環(huán)是霍爾電流傳感器(BHL)主電路電流進(jìn)行檢測，經(jīng)過放大濾波后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器，再送入單片微機(jī)進(jìn)行反饋控制，軟件采用比例積分調(diào)節(jié)算法，有式 yk = [ + （）式中，T