【正文】 流電動(dòng)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。 礦用電機(jī)車由由機(jī)械部分和電氣部分組成。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。每個(gè)軸箱上座裝一付板簧，板簧用連桿與車架相連。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(jià)格低廉等特點(diǎn)，計(jì)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(dòng)化等方面。 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(dòng)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(shí)電壓 Ud。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選擇 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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，不過當(dāng)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求 快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)難以滿足要求，因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來(lái)控制動(dòng)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)是專門湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 4 用來(lái)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?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想地控制電流的動(dòng)態(tài)波形，當(dāng)電流從最大值降低下來(lái)以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減少，因而加速過程必然拖長(zhǎng)。勵(lì)磁控制法控制磁通 ? ，其控制功率雖然較小，但低速時(shí)受到磁極飽和的限制， 高速 時(shí)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(lì)磁線圈電感較大，動(dòng)態(tài)性能也較差。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 。 橋式降壓斬波電路控制 原理 本文采用可逆調(diào)速 ， 如圖 中 ， 絕緣柵雙極型晶體管 V1 V4 ,V2 V3 分別是同時(shí)導(dǎo)通關(guān)斷的 ， 設(shè) V1 V4 先導(dǎo)通 T1 秒后再同時(shí)關(guān)斷 ,間隔一定時(shí)間之后 。 （ 5）其輸出限幅值用來(lái)限制 αmin 和 βmin ，防止丟脈沖，逆變失敗。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第四章 系統(tǒng)主電路 設(shè)計(jì) 主電路 本 設(shè)計(jì)整流電路由不可控的二極管三相橋式整流橋組成 ,采用功率晶體管 GTR 組成的直流 PWM 功率變換器。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 V D 4 V D 2V D 6V D 3 V D 5V D 1R3C118 u FPN SSSRSTC218 u FC318 u FR1 9. 2 KR29. 2 K 5. 8 m HV D 7R41KC418 u FV D 8 R51KC518 u FV D 9 R61KC618 u FV D 10 R71KB HLM+ 12 V 12 VV2I G B TV1I G B TV4I G B TV3I G B TV1V2V4V3 圖 單片機(jī)控制 PWM 直流調(diào)速系統(tǒng)主電路圖 驅(qū)動(dòng)電路 (1)IGBT 模塊簡(jiǎn)介 IGBT 是 Insulated Gate Bipolar Transistor(絕緣柵雙極型晶體管 )的縮寫， IGBT是由 MOSFET 和雙極型晶體管復(fù)合而成的一種器件，其輸入極為 MOSFET，輸出極為 PNP晶體管，它融和了這兩種器件的優(yōu)點(diǎn)，既具有 MOSFET 器件驅(qū)動(dòng)功率小和開關(guān)速度快的優(yōu)點(diǎn)，又具有雙極型器件飽和壓降低而容量大的優(yōu)點(diǎn)，其頻率特性介于 MOSFET 與功率晶體管之間，可正常工作于幾十 kHz 頻率范圍內(nèi)，在現(xiàn)代電力電子技術(shù)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，在較高頻率的大、中功率應(yīng)用中占據(jù)了主導(dǎo)地位。 由于 IGBT 模塊為 MOSFET 結(jié)構(gòu)， IGBT 的柵極通過一層氧化膜與發(fā)射極實(shí)現(xiàn)電隔離。這時(shí)，如果集電極與發(fā)射極間存在高電壓，則有可能使 IGBT 發(fā)熱及至損壞。在冬天特別干燥的地區(qū)，需用加濕機(jī)加濕 。在截止?fàn)顟B(tài)下的IGBT ，正向電壓由 J2 結(jié)承擔(dān)，反向電壓由 J1 結(jié)承擔(dān)。盡管等效電路為達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，但流過 MOSFET 的電流成為 IGBT 總電流的主要部分。漏源電壓的下降時(shí)間由 tfe1 和 tfe2 組成。 IGBT 在關(guān)斷時(shí)不需要負(fù)柵壓來(lái)減少關(guān)斷時(shí)間，但關(guān)斷時(shí)間隨柵極和發(fā)射極并聯(lián)電阻的增加而增加。取變換器的效率為，則直流側(cè)的功率為 4 3 .20 .9 2 5ID PP KW?? 故直流側(cè)電流 43200 96450dddPIAU? ? ?。額定電流不小于 96A 的電抗器并聯(lián)。 絕緣柵雙極型晶體 管 的最大集電極電流 ICM 應(yīng)大于最大工作電流； IGBT的耐壓應(yīng)根據(jù)反向擊穿電壓 U(BR)CEO 來(lái)估算。與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 80C51指令集相兼容， DIP40 封裝。 128 8 位內(nèi)部 RAM。采用外部時(shí)鐘電路，輸入外部時(shí)鐘脈沖 19 XTAL1 接外部晶體和微調(diào)電容另一端。同時(shí) 單片機(jī)對(duì)位選通 COM 端電路控制 ，顯示對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管。當(dāng)有鍵閉合時(shí)，與閉合鍵相連的兩條 I/O 口線之間短路。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 89C51 單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大器，用于構(gòu)成振蕩器。 圖 內(nèi)部時(shí)鐘方式的時(shí)鐘電路 圖 復(fù)位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始操作。為了達(dá)到完全復(fù)位和清除的目的，在振蕩器工作條件下，要在 RST 端至少維持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，才可以實(shí)現(xiàn)復(fù)位。 故障檢測(cè)及保護(hù)電路設(shè)計(jì) 故障檢測(cè)及保護(hù)電路采用圖 所示的電路結(jié)構(gòu)，其原理如下： 保護(hù)主要有過壓保護(hù)和過流保護(hù)，采用控制電路進(jìn)行能夠過壓過流保護(hù)時(shí)，存在一個(gè)過壓過流信號(hào)檢測(cè)問題。 測(cè)速發(fā)電機(jī) A/D 轉(zhuǎn)換器測(cè)速的精度，除決定于這兩個(gè)元件本身的精度外，還與測(cè)速機(jī)輸出電壓變換電路的誤差有關(guān)。 測(cè)速發(fā)電機(jī)工作時(shí)需接負(fù)載電阻，負(fù)載電阻 R的端電壓 U就是我們得到的輸出電壓。在其二次的取樣電阻上可獲得與二次側(cè)電流波形相同的電壓波形。 電流檢測(cè)電路 圖 是霍爾電流傳感器的檢測(cè)電路，圖 中， R1 是取樣電阻，其他部分的工作原理與轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路類似。 直流測(cè)速 發(fā)電機(jī)的工作原理是基于電磁感應(yīng)定律，由電磁理論可知直流測(cè)速發(fā)電機(jī)的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) E 與轉(zhuǎn)速 n的關(guān)系： nCE ?? 式中 C —— 與發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)； Φ —— 磁通。所以，測(cè)速分辨率與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，轉(zhuǎn)速測(cè)量值的計(jì)算式為： DRn n ?? （ r/min） () 用于可逆系統(tǒng)測(cè)速時(shí)，直流測(cè)速機(jī)輸出電壓 aU 具有雙極性。 手動(dòng) 壓合 SW1 開關(guān)可使單片機(jī)復(fù)位。許多用戶在設(shè)計(jì)完單片機(jī)系統(tǒng)，湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 并在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試成功后，在現(xiàn)場(chǎng)卻出現(xiàn)了 “ 死機(jī) ” 、 “ 程序走飛 ” 等現(xiàn)象，這主要是單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)不可靠引起的。電容 C C2 的取值對(duì)振蕩器頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及振蕩電路起振速度有少許影響。 89C51 片內(nèi)有一個(gè)反相放大器， XTAL XTAL2 引腳分 別為該反相器的輸入端和輸出端，該反相放大器與片外晶體或陶瓷諧振器一起構(gòu)成了一個(gè)自激振蕩器，產(chǎn)生的時(shí)鐘送至單片機(jī)內(nèi)部的各個(gè)部件。一般由 16 個(gè)按鍵組成，在單片機(jī)中正好可以用一個(gè) P口實(shí)現(xiàn) 16 個(gè)按鍵功能，這也是在單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的形式， 4*4 矩陣鍵盤的內(nèi)部電路如圖 2 所示。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但 只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且功耗更低。且有豐富的尋址命令集。 寬工作電壓范圍： Vcc 可為： ～ 6V。 ATMEL 公司生產(chǎn)的此型號(hào)單片機(jī)是一種低功耗、高性能的 8 位 CMOS 微處理器芯片。電動(dòng)機(jī)電樞電感一般較小，不能滿足電流連續(xù)的要求，故必須在 絕緣柵雙極型晶體 管 輸出電路中串入電抗器。 濾波電感主要是用來(lái)限制電流脈動(dòng)和短路電流上升率，按 絕緣柵雙極型晶體管 三相橋式整流電電路限制電流脈動(dòng)的電感算式估算如下（取 Si=10%） 322( ) 1 05 . 82dmmd i dUUUL m Hf S I???? （ ） 考慮到整流變壓器和電動(dòng)機(jī)存在一定的電感量，實(shí)際串聯(lián)電感為 5mH。當(dāng) Vi 變?yōu)椤?0”時(shí)，發(fā)光二極管截止，光敏三極管截止，于是 VT1 VT2放電，給 IGBT 提供一個(gè) 2V 左右的反向偏壓，使快速可靠的截止。實(shí)際應(yīng)用中常常給出的漏極電流的下降時(shí)間 Tf 由圖中的 t(f1)和 t(f2)兩段組成，而漏極電流 的關(guān)斷時(shí)間 t(off)=td(off)+trv 十 t(f) 式中， td(off)與 trv 之和又稱為存儲(chǔ)時(shí)間。 td(on) 為開通延遲時(shí)間， tri 為電流上升時(shí)間。 IGBT 的開關(guān)特性是指漏極電流與漏源電壓之間的關(guān)系。輸出漏極電流比受柵源電 壓 Ugs 的控制， Ugs 越高， Id 越大。 一般保存 IGBT 模塊的場(chǎng)所，應(yīng)保持常溫常濕狀態(tài)，不應(yīng)偏離太大。在柵極連線中串聯(lián)小電阻也可以抑制振蕩電壓。同時(shí)，開關(guān)損耗增大，使原件發(fā)熱加劇，因此，選用 IGBT 模塊時(shí)額定電流應(yīng)大于負(fù)載電流。由于直流電源靠二極管整流器供電，不可能回饋電能，電動(dòng)機(jī)制動(dòng)時(shí)只好對(duì)濾波電容充電，這將使電容兩端電壓升高，稱作 “ 泵升電壓 ” 。 （ 2）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。 （ 3）調(diào)節(jié)電流，使電流跟隨其給定電壓 Ui 變化。 T1 + T2 =T保持一定 ， 使 T1 在 0~T 范圍內(nèi)變化 。電動(dòng)機(jī)電樞端電壓 Ua 為其平均值。在動(dòng)態(tài)性能方面，雙閉環(huán)系統(tǒng)在起動(dòng)和升速過程中表現(xiàn)出很快的動(dòng)態(tài)跟隨性，在動(dòng)態(tài)抗擾性能上，表現(xiàn)在具有較強(qiáng)的抗負(fù)載擾動(dòng)，抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)。同時(shí)，由于電機(jī)的容量較大，又要求電流的脈動(dòng)小。 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)。如今，直流電動(dòng)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(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，使人類社會(huì)步入了自動(dòng)化時(shí)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)。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 彈簧托架是一個(gè)組件，由彈簧、連桿、均衡梁組成。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。 礦用電機(jī)車 簡(jiǎn)介 主要用于主要用于井下運(yùn)輸大巷和地 面的長(zhǎng)距離運(yùn)輸。 關(guān)鍵詞 ： AT89C51 單片機(jī) ； 礦用電機(jī)車 ； 調(diào)速 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） vii ABSTRACT This paper mainly introduces singlechip based on the mine lootive power the speed control system hardware design， In this paper, first the principle of the DC converter, stepdown chopper control mode and speed characteristics, PWM realization of the basic principles and methods ， Hardware and then into the main circuit and control circuits were described. To achieve the puter digital control, in terms of design, used AT89C51 as a whole control system of the control circuit core, and with all that driving, Measurement of modules to achieve the parameters of the motor speed display and measurement。 第二章 方案比較與選擇； 第三章 控制原理分析； 第四章 主電路設(shè)計(jì)； 第五章 控制電路設(shè)計(jì)； 5 提交設(shè)計(jì)（論文）形式（設(shè)計(jì)說(shuō)明與圖紙或論文等）及要求： （ 1）提交的論文必須有文字版與電子版，論文字?jǐn)?shù)不少于 25000 字； （ 2）論文格式要符合要求，內(nèi)容完整，條理清楚；