【導(dǎo)讀】指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注。和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過(guò)的研究成果，對(duì)本研究提供過(guò)幫助和做出過(guò)貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作。了明確的說(shuō)明并表示了謝意。的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的印刷本和電子版本；閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝　⒖s印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。

　　

【正文】 ，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。 D/A 轉(zhuǎn)換器的選用及參數(shù)特性 DAC0832 是典型的帶內(nèi)部雙緩沖數(shù)據(jù)緩沖器的 8 位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片，其邏輯結(jié)構(gòu)如圖所示，圖中 /LE 是寄存命令，當(dāng) /LE=1 時(shí)寄存器輸出隨輸入變化，當(dāng) /LE=0 時(shí)數(shù)據(jù)鎖存在寄存器中，而不再隨數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù) 的 變化而變化。當(dāng) ILE 端為高電平， /CS與 /WR1 同時(shí)為低電平時(shí)，使得 /LE1=1；當(dāng) /WR1 變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，輸入寄存器便將輸入數(shù)據(jù)鎖存，當(dāng) /XFER 與 /WR2 同時(shí)為低電平時(shí)，使得 /LE2=1， DAC 寄存器的輸出隨寄存器的輸入變化， /WR2 上升沿將輸入寄存器的信息鎖存在該寄存器中。 Rfb 為外部運(yùn)算放大器提供的反饋電阻。 Vref端是由外電路為芯片提供一個(gè) +10V 到 10V 的基準(zhǔn)電源。 Iout1 和 Iout2 是電流輸出端，兩者之和為常數(shù)。 纏繞機(jī)主軸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè)（共 39 頁(yè) ） 圖 6 DAC0832 采樣模塊電路原理圖 顯示器的選用及參數(shù)特 性 顯示器是電子計(jì)算機(jī)最重要的終端輸出設(shè)備，是人機(jī)對(duì)話的窗口。隨著電子儀器的自能化水平提高，電子顯示器件的使用日益廣泛，主要有 LED點(diǎn)陣 、數(shù)碼管、液晶顯示器等。 LED點(diǎn)陣顯示器件由半導(dǎo)體發(fā)光二極管 均勻排列 組成，具有 亮度高、工作電壓低、功耗小、小型化、壽命長(zhǎng)、耐沖擊和性能穩(wěn)定 的優(yōu)點(diǎn) 。 通過(guò)軟件程序的編寫(xiě) 可以顯示變化的數(shù)字、文字、圖形圖像 等，但程序的設(shè)計(jì)及編寫(xiě)較麻煩。 LED數(shù)碼管是由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成 “ 8” 字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃 及 公共電極 。它能在低電壓、小電流條 件下驅(qū)動(dòng)發(fā)光，能與 COMS、 TTL電路兼容，其發(fā)光響應(yīng)時(shí)間極短，高頻特性好單色性好亮度高，壽命長(zhǎng)，使用壽命 10萬(wàn)小時(shí)以上，成本低。但其不能顯示字符，顧限制了其使用范圍。 液晶顯示器的 主要原理是以 電流 刺激液晶分子產(chǎn)生點(diǎn)、線、面配合背部燈管構(gòu)成畫(huà)面。 以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在各類儀表和低功耗系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。工業(yè)上常用的為 1602LCD和 12864LCD， 1602LCD是指顯示的內(nèi)容為 16X2,即可以顯示兩行，每行 16個(gè)字符 ， 它是一種專門用來(lái)顯示字母、數(shù)字、符號(hào)等的 點(diǎn)陣 型液晶模塊 。其內(nèi)部存儲(chǔ)有字符圖形，使用時(shí)調(diào)用即可。它的特點(diǎn)是顯示字跡清楚，使用簡(jiǎn)單，價(jià)格相對(duì)便宜。 12864LCD除了具有 1602的優(yōu)點(diǎn)外，2 纏繞機(jī)主軸控制系統(tǒng)主要器件的選型 第 13 頁(yè)（共 39 頁(yè)） 還可以顯示 8*4個(gè)中文漢字和一些簡(jiǎn)單的圖片，不過(guò)它的價(jià)格比 1602液晶貴了很多。 在本設(shè)計(jì)中，我們只需要顯示最后轉(zhuǎn)速的數(shù)字值和單位，綜合上面各種顯示器件的特點(diǎn)：數(shù)碼管只能顯示數(shù)字，不能顯示單位字符，不符合本設(shè)計(jì)的要求。而點(diǎn)陣顯示器件驅(qū)動(dòng)顯示軟件程序編 寫(xiě)麻煩，占用的引腳相對(duì)也較多，也不是理想的顯示器件。所以在本設(shè)計(jì)中，我們考慮用液晶顯示器件，雖然 12864液晶比 1602液晶的功能強(qiáng)，不過(guò)在價(jià)格方面卻貴了好多。而 1602液晶也足夠滿足本設(shè)計(jì)的需要。因此，在本設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)我們選擇 1602液晶顯示器件。 變頻器的選用及參數(shù)特性 通常，把電壓和頻率固定不變的交流電變換為電壓或頻率可變的交流電的裝置稱作“變頻器”。為了產(chǎn)生可變的電壓和頻率，該設(shè)備首先要把三相或單相交流電變換為直流電（ DC）。然后再把直流電（ DC）變換為三相或單相交流電（ AC），我們把實(shí)現(xiàn)這種 轉(zhuǎn)換的裝置稱為“變頻器”（ inverter）。 1. 變頻器類型的選用 正確選用變頻器的類型，首先要按照生產(chǎn)機(jī)械的類型、調(diào)速范圍、靜態(tài)速度精度、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩的要求，然后決定選用那種控制方式的變頻器最合適。所謂合適是既要好用，又要經(jīng)濟(jì)，以滿足工藝和生產(chǎn)的基本條件和要求為前提。 2. 變頻器功率的選用 變頻器負(fù)載率 b 與效率 h 的關(guān)系。當(dāng) b = 50%時(shí)， h = 94%；當(dāng) b = 100%時(shí)， h = 96%。雖然 b 增一倍， h 變化僅 2%，但對(duì)中大功率例幾百千瓦至幾千千瓦電動(dòng)而言亦是可觀的。系統(tǒng) 效率等于變頻器效率與電動(dòng)機(jī)效率的乘積，只有兩者都處在較高的效率下工作時(shí)，則系統(tǒng)效率才較高。從效率角度出發(fā)，在選用變頻器功率時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)： ① 變頻器功率值與電動(dòng)機(jī)功率值相當(dāng)時(shí)最合適，以利變頻器在高的效率值下運(yùn)轉(zhuǎn)。 ② 在變頻器的功率分級(jí)與電動(dòng)機(jī)功率分級(jí)不相同時(shí)，則變頻器的功率要盡可能接近電動(dòng)機(jī)的功率，但應(yīng)略大于電動(dòng)機(jī)的功率。 ③ 當(dāng)電動(dòng)機(jī)屬頻繁起動(dòng)、制動(dòng)工作或處于重載起動(dòng)且較頻繁工作時(shí)，可選取大一級(jí)的變頻器 ，以利用變頻器長(zhǎng)期、安全地運(yùn)行。 纏繞機(jī)主軸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè)（共 39 頁(yè) ） ④ 經(jīng)測(cè)試，電動(dòng)機(jī)實(shí)際功率確實(shí)有富余，可以考慮選用功率小于電動(dòng)機(jī)功率的變頻器，但要注意瞬時(shí)峰值電流是否會(huì)造成過(guò)電流保護(hù)動(dòng)作。 ⑤ 當(dāng)變頻器與電動(dòng)機(jī)功率不相同時(shí)，則必須相應(yīng)調(diào)整節(jié)能程序的設(shè)置，以利達(dá)到較高的節(jié)能效果。 3. 變頻器箱體結(jié)構(gòu)的選用 （ 1） 變頻器的箱體結(jié)構(gòu)要與環(huán)境條件相適應(yīng)，即必須考慮溫度、濕度、粉塵、酸堿度、腐蝕性氣體等因素，這與能否長(zhǎng)期、安全、可靠運(yùn)行有很大關(guān)系。常見(jiàn)有下列幾種結(jié)構(gòu)類型可供用戶選 用： ① 敞開(kāi)型 IP00 棗本身無(wú)機(jī)箱，適用裝在電控箱內(nèi)或電氣室內(nèi)的屏、盤、架上，尤其是多臺(tái)變頻器集中使用時(shí)，選用這種型式較好，但環(huán)境條件要求較高； ② 封閉型 IP20 棗適用一般用途，可有少量粉塵或少許溫度、濕度的場(chǎng)合； ③ 密封型 IP45 棗適用工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)條件較差些的環(huán)境； ④ 密閉型 IP65 棗適用環(huán)境條件差，有水、塵及一定腐蝕性氣體的場(chǎng)合。 （ 2） 頻率范圍設(shè)定 ： ① 最高頻率 (FUN04)是變頻器所能輸出的最高頻率。設(shè)定最高頻率時(shí)，要當(dāng)心不要超過(guò)電機(jī)所能承受的最高頻率。最高頻率一般設(shè)定為電機(jī)的額定頻率。 ② 轉(zhuǎn)折頻率 (FUN05)是變頻器開(kāi)始輸出額定電壓的最低頻率。從轉(zhuǎn)折頻率起輸出電壓保持不變?？稍谧罡哳l率范圍內(nèi)設(shè)定。 ③ 起始頻率 (FUN06)是變頻器開(kāi)始輸出電壓的最低頻率。 最高頻率、轉(zhuǎn)折頻率、起始頻率三者之間的關(guān)系如圖 7 所示。 圖 7 最高頻率、轉(zhuǎn)折頻率、起始頻率的 關(guān)系圖 2 纏繞機(jī)主軸控制系統(tǒng)主要器件的選型 第 15 頁(yè)（共 39 頁(yè)） ④ 上、下限頻率 (FUN2 27)是用來(lái)限制運(yùn)行頻率，將運(yùn)行頻率限制在頻率的上、下限范圍之內(nèi)。上、下限頻率與最高頻率之間的關(guān)系如圖 8 所示。 圖 8 上、下限頻率與最高頻率之間的關(guān)系 （ 3） V/F 特性 ： 變頻器的 V/F 特性決定了電機(jī)啟動(dòng)或低速運(yùn)行時(shí)輸出力矩的大小，是變頻器眾多功能中很重要的一項(xiàng)。 LGiH 變頻器功能組參數(shù)（ FUN08） V/F 曲線設(shè)置給用戶提供了四種控制特性，如圖 9 所示。此項(xiàng)功能可根據(jù)負(fù)載特性選用合適的壓頻曲線。 圖 9 V/F 壓頻曲線 ① 圖中曲線 (1)為直線形壓頻曲線，比較適合拖動(dòng)輸出電壓跟輸出頻率之比保持恒定的恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載。比如傳送帶、攪拌機(jī)等。 ② 圖中曲線 (2)為拋物線形壓頻曲線，比較適合拖動(dòng)輸出電壓跟輸出頻率之比為拋物線形的變轉(zhuǎn)矩負(fù)載。比如風(fēng)機(jī)、泵類設(shè)備。 ③ 圖中曲線 (3)為自定義形壓頻曲線，特殊場(chǎng)合使用，用戶可任意設(shè)定輸出電壓跟輸出頻率之比。 ④ 圖中曲線 (4)為自 動(dòng)補(bǔ)償形壓頻曲線，不斷檢測(cè)負(fù)載狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整壓頻曲線以自動(dòng)補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩。適合使用于低速高轉(zhuǎn)矩特性負(fù)載。 纏繞機(jī)主軸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè)（共 39 頁(yè) ） （ 4） 過(guò)流保護(hù)特性 ： 過(guò)流保護(hù)是對(duì)負(fù)載最重要，也是最基本的保護(hù)功能，必須正確、可靠的設(shè)置。功能組參數(shù) (FUN49)設(shè)置變頻器的輸出電流持續(xù)超過(guò)電流保護(hù)限值 (即變頻器額定電流的百分比 )。功能組參數(shù) (FUN50)設(shè)置過(guò)流時(shí)間。一般設(shè)置過(guò)流 110%，持續(xù)時(shí)間 60s。 （ 5）載波頻率設(shè)置： 當(dāng)變頻器運(yùn)行時(shí)，如果電機(jī)有噪聲或?qū)ν豢刂乒駜?nèi)的其他控制設(shè)備產(chǎn)生干擾，用戶可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整載波頻率 (即調(diào)整 PWM 開(kāi)關(guān)頻率 )，降 低噪聲或干擾。一般設(shè)為 2kHz較合理。 （ 6） 故障信號(hào)方式選擇 ： 變頻器的故障設(shè)置功能是非常重要的，要對(duì)變頻器及其負(fù)載提供安全可靠的保護(hù)，大都是利用變頻器的故障信號(hào)輸出端口，在外部電氣線路中實(shí)現(xiàn)故障跳機(jī)。因此，保護(hù)功能的完善與否和變頻器的輸出信號(hào)設(shè)置功能有著很大的關(guān)系。 （ 7） 功能組參數(shù) (FUN44)有 4 種設(shè)定方式供用戶選擇： ① 重啟動(dòng) 。 ② 所有故障 。 ③ 欠壓 +重啟動(dòng) 。 ④ 欠壓 +所有故障 。 一般情況下，用戶可選擇 ④ 欠壓 +所有故障，即在輸入電壓過(guò)低保護(hù)動(dòng)作時(shí)或只要發(fā)生故障，故障繼電器就動(dòng)作，故障信號(hào)即輸出。 （ 8） 參數(shù)修改鎖定功能 ： MM430 變頻器有參數(shù)設(shè)置鎖定保護(hù)功能，以防止無(wú)關(guān)人員隨意改變變頻器的一些重要參數(shù)。功能組參數(shù) (FUN98)提供參數(shù)鎖定功能，其操作是每輸入一次密碼，參數(shù)鎖定和參數(shù)解鎖可互相交替生效。 （ 9） 輸出信號(hào)微調(diào)設(shè)置 ： 變頻器在運(yùn)行過(guò)程中，需要將運(yùn)行頻率、電流、電壓等狀態(tài)信號(hào)顯示在控制面板上，以上功能可通過(guò)輸出端口的功能設(shè)置來(lái)完成。然而，在顯 示過(guò)程中變頻器輸出的3 硬件部分的設(shè)計(jì) 第 17 頁(yè)（共 39 頁(yè)） 模擬量與儀表顯示之間總存在一定的誤差，工程應(yīng)用中，須將變頻器的輸出模擬量進(jìn)行微調(diào)，從而得到精確的顯示。 ① 輸入輸出組參數(shù) I/O36 為頻率儀表脈沖輸出微調(diào)，輸出端子 FM 與 CM 之間輸出 0～ 10V 對(duì)應(yīng) 0～ 60Hz變頻器的最高輸出頻率。 例如 :變頻器的最高頻率設(shè)為 50Hz，面板儀表刻度為 0～ 10V 對(duì)應(yīng) 0～ 60 Hz；則面板儀表上顯示 50Hz的電壓值 =50/60 10V=,由此得出微調(diào)百分?jǐn)?shù)為 %,故而參數(shù) I/O36 應(yīng)設(shè)為 %。 ② 輸入輸出組參數(shù) I/O3 35 為模擬儀表顯示方式選擇 ,參數(shù) I/O34 設(shè)為電流顯示方式 ,輸出端子 LM與 CM之間 ,輸出 0～ 10V對(duì)應(yīng) 0～ 60Hz變頻器的額定輸出電流。 例如 :變頻器的額定輸出電流為 115A，面板儀表刻度為 0～ 10V 對(duì)應(yīng) 0～ 120A。則面板儀表上顯示 115A的電壓值 =115/120 10V=，由此得出微調(diào)百分?jǐn)?shù)為 %,故而參數(shù) I/O35 應(yīng)設(shè)為 %。輸入輸出組參數(shù) I/O37 為頻率儀表電流輸出微調(diào) ,頻率儀表同時(shí)輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào) 4～ 20mA,用來(lái)顯示變頻 器輸出頻率 ,起始頻率以下時(shí)輸出 4mA,最高頻率時(shí)輸出 20mA。例如 :變頻器的起始頻率設(shè)為 5Hz，最高頻率設(shè)為50Hz,則變頻器輸出頻率與頻率儀表電流輸出關(guān)系如圖 10 所示。 圖 10 變頻器輸出頻率與頻率儀表電流輸出關(guān)系 3 硬件部分的設(shè)計(jì) 主軸 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)主要是完成對(duì)速度 檢測(cè)器 產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換， 經(jīng)過(guò)速度控制器與鍵盤設(shè)定值進(jìn)行比較處理后，再將輸出 的信號(hào) 轉(zhuǎn)變成模擬信號(hào) 送入變頻器，使變頻器能根據(jù)速度的變化實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 纏繞機(jī)主軸控制系統(tǒng)的硬件電路圖見(jiàn)附錄圖 1。 纏繞機(jī)主軸控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè)（共 39 頁(yè) ） 主軸控 制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 原理 框圖 主軸控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 原理 框圖如下： 圖 11 主軸控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 速度控制系統(tǒng)原理： 輸入電路設(shè)定一個(gè)所需速度值， 基于單片機(jī) AT89C51 設(shè)計(jì)的 速度控制器 ，將 速度檢測(cè)電路 采集的速度反饋信號(hào)與該設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算，將輸出值轉(zhuǎn)化為電壓 信號(hào)傳送給變頻器， 使變頻器調(diào)節(jié) 主軸電機(jī)的轉(zhuǎn)速， 再將該轉(zhuǎn)速反饋給速度控制器，構(gòu)成一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)，達(dá)到自動(dòng)控制使電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定的穩(wěn)定范圍的目的 。 即當(dāng)主軸電機(jī)所需 轉(zhuǎn)速 增加 時(shí)，控制 器使 變頻器輸出頻率增加，電機(jī) 轉(zhuǎn)速增大；反之，當(dāng) 主軸電機(jī)所需轉(zhuǎn)速減小時(shí)，控制 器使變頻器輸出頻率減少，電機(jī) 轉(zhuǎn)速減小。 系統(tǒng)主回路的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速控制電路的輸出電壓與 MM430 接線必須采用正確的接線方式，把速度控制速度控制器 變頻器 主軸 電機(jī) 速度檢測(cè)電路 給定值 速度信號(hào) 圖 12 變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī) 電路圖 3 硬件部分的設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè)（共 39 頁(yè)） 電路輸出的電壓信號(hào)送入到變頻器的模擬量輸入 2，將變頻器的 +24V 控制電源連接到輸出的 +端，輸出的 連接到 AIN1 的 +輸入，同時(shí)還必須將 AIN2 的 端連接到變頻器控制電源的 0V端。即將輸出電壓的大小控制在 024V，避免輸出電壓超出輸入的量程， 024V 的控制電源對(duì)應(yīng)變頻器的最大 輸出頻率，即對(duì)應(yīng)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速值。具體接線圖如圖 13。 單片機(jī)與變頻器的連接如下圖所示，由單片機(jī) AT89C51 的 接口輸出控制信號(hào)給數(shù)模轉(zhuǎn)