單片機(jī)控制的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)畢業(yè)論文-資料下載頁(yè)
2025-06-23 17:40本頁(yè)面
【正文】 變頻裝置；控制單元從模擬量觸發(fā)器、調(diào)節(jié)器、給定積分器發(fā)展到以微處理器芯片為核 心的交、直流通用的數(shù)字量控制模塊；系統(tǒng)的控制方式從手動(dòng)操作的開(kāi)關(guān)控制發(fā)展到閉環(huán)多參量控制；電氣傳動(dòng)以從單純的調(diào)速系統(tǒng)擴(kuò)展為實(shí)現(xiàn)位置、速度、加速度控制的運(yùn)動(dòng)控制中的重要分支。 總之，現(xiàn)代電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)業(yè)已發(fā)展成為全新的電氣傳動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)。 在單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中，只有電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專(zhuān)門(mén)用來(lái)控制電流的，但它只是在超過(guò)臨界電流IIr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。帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)的電流和轉(zhuǎn)速波形如圖11a所示。當(dāng)電流從最大值降低下來(lái)以后，電極轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過(guò)程必然拖長(zhǎng)。在電機(jī)最大電流（或轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，希望充分利用電機(jī)的允許過(guò)載能力，最好是在過(guò)度過(guò)程中始終保持電流（或轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度啟動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降低下來(lái)，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。這樣的理想啟動(dòng)過(guò)程波形示于圖11b）。這時(shí)，啟動(dòng)電流呈方形波，而轉(zhuǎn)速是線性增長(zhǎng)的。這是在最大電流（或轉(zhuǎn)矩）受限制的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的啟動(dòng)過(guò)程。實(shí)際上，由于主電路電感的作用，電流不能突變，圖11b)所示的理想波形只能得到近似的逼近，不能完全實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)在允許條件下最快啟動(dòng)，關(guān)鍵是要獲得一段使電流保持為最大值Idm的恒流過(guò)程。按照反饋控制規(guī)律，采用某個(gè)物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變，那么采用電流負(fù)反饋就應(yīng)該能得到近似的恒流過(guò)程。問(wèn)題是希望在啟動(dòng)過(guò)程中只有電流負(fù)反饋，而不能讓它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋同時(shí)加到一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入端；到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不再讓電流負(fù)反饋發(fā)揮作用。怎樣才能做到這種既存在轉(zhuǎn)速和電流良種負(fù)反饋，又使它們只能分別在不同的階段去作用呢？雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)正是用來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題的。 a) b) 理想 直流調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過(guò)程的電流和轉(zhuǎn)速波形 采用PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)轉(zhuǎn)速反饋系統(tǒng)，即保證了動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性，有保證了靜態(tài)無(wú)靜差，很好的解決了動(dòng)靜態(tài)之間的矛盾。但電流得不到限制。電流負(fù)反饋雖然能限制啟動(dòng)電流，但在啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)電流僅在某一瞬間達(dá)到最大的允許值，其余的時(shí)間都比較小啟動(dòng)過(guò)程慢。同時(shí)。他的機(jī)械特性較軟，不適合調(diào)速，想要啟動(dòng)過(guò)程盡可能快。就應(yīng)使整個(gè)啟動(dòng)過(guò)程中的電機(jī)始終保持最大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。由上述可知，實(shí)現(xiàn)理想過(guò)程過(guò)程的關(guān)鍵是控制電流波形， 生產(chǎn)機(jī)械工作工程由圖可知，為了達(dá)到最佳過(guò)渡過(guò)程，必須滿足：（1） 過(guò)渡過(guò)程中，盡量能使電樞電流為最大值，過(guò)渡過(guò)程結(jié)束時(shí)，盡快使電樞電流達(dá)到穩(wěn)定值。（2） 為了使電樞電流有動(dòng)態(tài)到穩(wěn)態(tài)和由穩(wěn)態(tài)到動(dòng)態(tài)迅速變化，應(yīng)使Ud突變到最大值，待電樞電流達(dá)到要求值歐，在突變到需要值。同時(shí)，西東機(jī)械特性曲線應(yīng)既有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的絕對(duì)硬特性，還要有電流截至負(fù)反饋挖土機(jī)特性。如果單閉環(huán)無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)同時(shí)引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋， 法兼顧這兩方面的性能要求，不僅啟動(dòng)電流波形幾乎沒(méi)有得到改善，而且其轉(zhuǎn)速還存在靜差。所以就引入了雙環(huán)和多環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。VM開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，其機(jī)械特性方程而閉環(huán)時(shí)靜特性可寫(xiě)成其中分別表示開(kāi)環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的理想空載轉(zhuǎn)速； 分別表示開(kāi)環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)速降。閉環(huán)與開(kāi)環(huán)特性比較 ⑴ 靜態(tài)速降小，特性硬 在負(fù)載相同情況下，兩者的轉(zhuǎn)速降落分別為 則它們的關(guān)系是：⑵ 系統(tǒng)的靜差率小，穩(wěn)速精度高 閉環(huán)與開(kāi)環(huán)系統(tǒng)的靜差率分別為 和 當(dāng) 時(shí)⑶ 當(dāng)要求的靜差率一定時(shí)，閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)速范圍可大大提高如果電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速都是，而對(duì)最低速靜差率s要求相同，則閉環(huán)和開(kāi)環(huán)的調(diào)速范圍分別為 將式代入上式，得 上述三項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)若要有效，都取決于一點(diǎn)，即K 要足夠大，因此必須設(shè)置放大器。 結(jié)論：閉環(huán)系統(tǒng)可以獲得比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)硬得多的穩(wěn)態(tài)特性，從而在保證一定靜差率的要求下，能夠提高調(diào)速范圍，為此所需付出的代價(jià)是，須增設(shè)檢測(cè)與反饋裝置和電壓放大器。總結(jié)本文所述的步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是以低價(jià)位的單片微機(jī)8051為核心的，而通過(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)整又有多種途徑，相對(duì)于其他用硬件或者硬件與軟件相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)整，采用PWM軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的調(diào)速過(guò)程具有更大的靈活性和更低的成本，它能夠充分發(fā)揮單片機(jī)的效能，對(duì)于簡(jiǎn)易速度控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了一種有效的途徑。而在軟件方面，采用PLD算法來(lái)確定閉環(huán)控制的補(bǔ)償量也是由數(shù)字電路組成的步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)所不能及的。曾經(jīng)也試過(guò)用單片機(jī)直接產(chǎn)生PWM波形，但其最終效果并不理想，在使用了少量的硬件后，單片機(jī)的壓力大大減小，程序中有充足的時(shí)間進(jìn)行閉環(huán)控制的測(cè)控和計(jì)算，使得軟件的運(yùn)行更為合理可靠。致謝在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，要特別感謝老師給予的耐心細(xì)致的指導(dǎo)，對(duì)于在設(shè)計(jì)過(guò)程中所遇到的許多具體問(wèn)題，她均提出了相應(yīng)的解決方案。這對(duì)于畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成起到了十分重要的作用。通過(guò)這次設(shè)計(jì)從中學(xué)到了以前很多不知道也不太熟悉的知識(shí)。加深了對(duì)單片機(jī)的理解和應(yīng)用，以及實(shí)際應(yīng)用基礎(chǔ)。學(xué)會(huì)用單片機(jī)與電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用解決實(shí)際問(wèn)題。從中也感謝同學(xué)對(duì)我在設(shè)計(jì)過(guò)程中的幫助。參考文獻(xiàn)[1] 王離九，黃錦恩編著，《晶體管脈沖直流調(diào)速系統(tǒng)》，華中理工大學(xué)出版社出版[2] 丁元杰主編,上海市教育委員會(huì)組編,《單片微機(jī)原理及應(yīng)用》，機(jī)械工業(yè)出版社[3] 李榮生主編，《電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)》，機(jī)械工業(yè)出版社[4] 吳守箴，臧英杰 編著，《電氣傳動(dòng)的脈寬調(diào)制控制技術(shù)》，機(jī)械工業(yè)出版社[5] 陳伯時(shí)主編,《自動(dòng)控制系統(tǒng)電力拖動(dòng)控制》,中央廣播電視大學(xué)出版社27
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