【正文】 次基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速的課題主要實現(xiàn)三個功能 : （ 1） 實現(xiàn)電機(jī)的加速減速和正反轉(zhuǎn) ； （ 2） 實現(xiàn)電機(jī)速度的 數(shù)字顯示 ； （ 3） 通過 AD 轉(zhuǎn)換實現(xiàn)對電機(jī)電樞繞組電流的模數(shù)轉(zhuǎn)換并顯示電流值 ； 8 由于 該 電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中共有正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，加速，減速和急停五個運行狀態(tài)，考慮到成本和接線的簡單性從而采用了獨立式鍵盤輸入。 論文 主要研究內(nèi)容 本論文的主要研究內(nèi)容就是在對直流電機(jī)的調(diào)速原理和調(diào)速方法了解的基礎(chǔ)之上實現(xiàn)對直流有刷電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計。可以講模糊控制與 PID 調(diào)節(jié)器相結(jié)合以形成 FUZZYPID 負(fù)荷控制方案。在工程應(yīng)用中這種控制器可能就不能滿足生產(chǎn)要求 譬如軋鋼工業(yè)的同軸控制系統(tǒng)，回轉(zhuǎn)窯傳動裝置等都需要在生產(chǎn)過程中保持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速要求而生產(chǎn)負(fù)載參數(shù)卻是隨工況變化的。同時，因為直流電機(jī)本身就是一個非線性的被控對象，許多拖動負(fù)載含有彈性或間隙等非線性因素，所以被控對象的參數(shù)變化與非線性特性使得線性常參數(shù) PID 調(diào)節(jié)器顧此失彼而不能使系統(tǒng)在各種工況下都能保持設(shè)計時的性能指 標(biāo)，使得控制系統(tǒng)的魯棒特性變差。然而實際的傳動系統(tǒng)之中 ，電機(jī)的一些固有參數(shù)和拖動負(fù)載的參數(shù)并不是模型那樣一成不變。穩(wěn)速很難達(dá)到要求的原因在于直流調(diào)速裝置中的 PID 調(diào)節(jié)器對 被控對象及其負(fù)載參數(shù)變化適應(yīng)能力差。其中穩(wěn)速要求即要求電機(jī)以一定的精度在所需要的 7 轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運行，同時在各種干擾的作用下不能有過大的轉(zhuǎn)速波動。 目前，直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)走向?qū)嵱没?，伴隨著電子技術(shù)的 高度發(fā)展，促使直流電機(jī)調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機(jī)的應(yīng)用，使直流電機(jī)調(diào)速技術(shù)又進(jìn)入到一個新的階段，智能化，高可靠性已成為它發(fā)展的趨勢。由于它具有良好的線性調(diào)速特性，簡單的控制性能，高效率，優(yōu)異的動態(tài)特性，現(xiàn)在仍是大多數(shù)調(diào)速控制電動機(jī)的最優(yōu)選擇。鐵路機(jī)車直流牽引電機(jī)、地鐵機(jī)車直流牽引電機(jī)、機(jī)車直流輔助電機(jī)、礦用機(jī)車直流牽引電機(jī)、船用直流電機(jī)、軋鋼電機(jī)和其它直流電機(jī)，由于它們作為國民生活的基礎(chǔ)，直流電動機(jī)是最早出現(xiàn)的電動機(jī)，也是最早實現(xiàn)調(diào)速的電動機(jī)。 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的主要研究內(nèi)容和 意義 直流調(diào)速系統(tǒng)的研究意義 單片機(jī)有著廣泛的應(yīng)用。 我國現(xiàn)在大部分?jǐn)?shù)字化控制直流調(diào)速控制裝置主要依靠進(jìn)口，但由于進(jìn)口設(shè)備價格昂貴，同時也給予了國產(chǎn)全數(shù)字控制直流調(diào)速裝置的發(fā)展空間。 國外的主要電氣公司如瑞典的 ABB 公司，德國的西門子、 AEG 公司，日本的三菱公司 、東芝公司，美國的ＧＥ公司，西屋公司等都已 經(jīng)開發(fā)出了多種直流調(diào)速裝置，有一些成熟的系列化，標(biāo)準(zhǔn)化，模板化的應(yīng)用產(chǎn)品。特別是方便靈活的調(diào)試方法、完善的保護(hù)功能、長期工作的高可靠性和整個控制器體積小型化的優(yōu)點彌補了模擬直流調(diào)速控制系統(tǒng)的保護(hù)功能不完善，調(diào)試不方便，體積大等對應(yīng)的不足之處。 數(shù)字 直流調(diào)速裝置從技術(shù)上看，它能夠做到由給定信號，調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)定 觸發(fā)脈沖 6 的數(shù)字化，同時使用通用硬件平臺附加軟件程序控制一定范圍功率內(nèi)和電流大小的直流電機(jī)。隨著新型電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展，絕緣柵雙極型晶體管即 IGBT 具有開關(guān)速度快，驅(qū)動簡單，可以 自關(guān)斷等優(yōu)點克服了其自身的固有缺點。 直 流電機(jī)控制現(xiàn)狀 自 20 世紀(jì) 60 年代初試驗成功第一支硅晶閘管以來，晶閘 管直流 調(diào)速系統(tǒng)也得到了快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。這類控制可通過繼電器的可編程控制和開關(guān)元件來實現(xiàn)。 電氣時代電動機(jī)的調(diào)速控制一般采用模擬法，對電機(jī)的簡單控制應(yīng)用比較多。 在那些需要對電動機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行精確控制的場合（包括數(shù)控機(jī)床，工業(yè)縫紉機(jī)、打印機(jī)）要求對電動機(jī)實現(xiàn)精確定位以 適應(yīng)負(fù)荷的劇烈變化，因此傳統(tǒng)的控制算法已經(jīng)難以滿足系統(tǒng)的精度要求。由于 含有微處理器和傳感器作為新一代控制系統(tǒng)的組成部分，這種運動控制系統(tǒng)又稱為智能運動控制系統(tǒng)。其中脈寬調(diào)制即 PWM 的方法，變頻技術(shù)在直流調(diào)速系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。電動機(jī)的驅(qū)動部分所用的的功率器件經(jīng)歷幾次更新?lián)Q代之后速度更快，控制更容易的全空性功率器件 MOSFET 和 IGBT 逐漸成為主流。正是這些技術(shù)的發(fā)展使得電動機(jī)控制技術(shù)在近二十年內(nèi)發(fā)生了很大的變化。電動機(jī)控 制技術(shù)的發(fā)展得益于微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、永磁材料技術(shù)和微機(jī)應(yīng)用技術(shù)的最新發(fā)展成就。 像軍事和宇航方面的雷達(dá)天線，火炮瞄準(zhǔn)，慣性導(dǎo)航，衛(wèi)星姿態(tài)，飛船光電池對太陽的跟蹤控制；工業(yè)方面的各種加工中心、專用加工設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、塑料機(jī)械 、印刷機(jī)械，繞線機(jī)、紡織機(jī)械、工業(yè)縫紉機(jī)、泵及壓縮機(jī)等設(shè)備的控制；計算機(jī)外圍設(shè)備和辦公設(shè)備中的各種磁盤驅(qū)動器，光盤驅(qū)動器、繪圖儀、掃描儀、打印機(jī)、傳真機(jī)等設(shè)備控制； 音響設(shè)備和家用電器中的錄影機(jī)、錄像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、洗衣機(jī)及風(fēng)扇等的控制。近些年來，一些先進(jìn)的國家逐漸大量使用以微機(jī)為控制核心的直流電氣傳動裝置，列入西門子的 SIMOREG K6RA24， ABB 的PAD/PSD 等。 隨著微型計算機(jī)、超大規(guī)模集成電路、新型電力電子開關(guān)器件和新型傳感器的出現(xiàn)及自動控制理論，電力電子技術(shù)，計算機(jī)控制技術(shù)的深入發(fā)展，直流電動機(jī)控制技術(shù)裝置也不斷向前發(fā)展。同時控制電路也實現(xiàn)了高度集成化，小型化，高可靠性及低成本。晶閘管變流裝置的放大倍數(shù)在 1000 以上，比普通機(jī)組（放大倍數(shù)為 10） 提高 1000 倍，汞弧變流器（放大倍數(shù)為 1000）提高 10 倍；在調(diào)速的響應(yīng)快速性上，機(jī)組只為秒級而晶閘管為毫秒級。 1957 年世界上出現(xiàn)了第一支晶閘管，與其它變流元件相比，晶閘管具有獨特的優(yōu)越性因此晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)一開始就顯示出了強(qiáng)大的生命力。但汞弧變流器的致命缺點是水銀蒸汽會對 維護(hù)人員造成一定的危害而且維護(hù)工作量大。 其后 由于汞弧變流器的出現(xiàn)，利用汞弧變流器代替上面發(fā)電機(jī) 電動機(jī)系統(tǒng)，使電機(jī)的調(diào)速性能指標(biāo)進(jìn)一步提高。這樣既可以得到平滑的制 4 動特性又能減少能量的損耗，提高效率。這種調(diào)速方法的優(yōu)點在于簡單易行設(shè)備 制造方便且價格低廉，但缺點是效率低，機(jī)械特性過軟不能在較寬范圍內(nèi)實現(xiàn)調(diào)速所以目前很少使用。電動機(jī)與人的生活息息相關(guān)密不可分。據(jù)資料顯示，在所有的動力資源中百分之九十都來自電動機(jī)。 直流電機(jī)控制的國內(nèi)外發(fā)展及現(xiàn)狀 電動機(jī)作為最主要的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用范圍已經(jīng)遍及國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域和人們的日常生活。例如在冶金工業(yè)中作為各種軋鋼機(jī)的驅(qū)動電機(jī)，主要特點是可以在不同轉(zhuǎn)速下運行，并能承受頻繁的沖擊過載，頻繁起、制動和逆轉(zhuǎn)；在采礦工作中，作為礦山卷揚機(jī)和電鏟驅(qū)動電機(jī)，主要是有良好的調(diào)速特性和高的過載力；在交通運輸方面作為 大型船舶推進(jìn)和機(jī)車動力，主要利用它能快速起動和高起動轉(zhuǎn)矩的特點；機(jī)床工作上用作為寬調(diào)速大型車床和巨型 刨床的驅(qū)動，主要利用它的優(yōu)越調(diào)速特性。 以上這些特點，對交流電機(jī)而言特別是大功率交流電機(jī)是 比較難的。同時，各種類型的電機(jī)除滿足我國生產(chǎn)和生活領(lǐng)域中的各種不同需求外還 有部分可供出口。在特殊電機(jī)方面，由于新的永磁材料的出現(xiàn)，制成 了許多節(jié)能高效的，維護(hù)簡單的永磁電機(jī)。已經(jīng)研制成功 25000KW 的直流電動機(jī)， 4700KW 的直流發(fā)電機(jī)。改革開放之后，我國的電機(jī)制造工業(yè)得到快速得發(fā)展從防止階段到自行車設(shè)計階段一直到現(xiàn)在的研究創(chuàng)新階段。這些廠規(guī)模小設(shè)備差，生產(chǎn)能力低下，產(chǎn)品規(guī)格混亂，材料多 數(shù)依賴于進(jìn)口。 直流電機(jī)的國內(nèi)發(fā)展 我國 電機(jī)的發(fā)展和生產(chǎn)較其它國家較晚但發(fā)展迅速。 法拉第的原始設(shè)計其后經(jīng)由迅 速的改良，到 1880 年代已成為主要的電力機(jī)械能轉(zhuǎn)換裝置 ，但之后由于交流電的發(fā)展， 逐漸發(fā)明出了感應(yīng)馬達(dá)與同步馬達(dá)，直流馬達(dá)的重要性亦隨之降低。 1882 年也是電機(jī)發(fā)展史上的有一個轉(zhuǎn)折點。這些理論使直流電機(jī)的設(shè)計和計算建立在更為科學(xué)的基礎(chǔ)之上。 電機(jī)理論方面， 1886 年霍普金生兄弟 確定了磁路的歐姆定律。 1885 年出現(xiàn)的換相極和補償繞組， 1885 年又開始用碳粉做電刷。鼓型電樞繞組和開槽，疊片鐵芯的結(jié)構(gòu)一直應(yīng)用到今天。同時為了加強(qiáng)繞組的機(jī)械固定和減少銅線內(nèi)部的渦流所耗，繞組的有效部分被放置于鐵心的槽中。 1870 年至 1890 年是直流電機(jī)發(fā)展的另 一階段。由于環(huán)形繞組為分布繞組，電壓脈動小，換向和散熱情況也較 T 型繞組大大改善，因此 T 型繞組很快就被淘汰了。在 1834 年到 1870 這近四十年的時間里，發(fā)電機(jī)的發(fā)展領(lǐng)域內(nèi)發(fā)生了三個重大發(fā)明和改進(jìn)。因此，直流電動機(jī)的廣泛應(yīng)用就必須提供較大的，廉價的直流電源。雖然在 1833 年時楞次已經(jīng)證明了電機(jī)的可逆原理，但在 1870 年以前直流發(fā)電機(jī)和直流電動機(jī)一直被大家看 作是 兩種不同的電機(jī)各自獨立發(fā)展。 1821 年，法拉第發(fā)現(xiàn)了載流導(dǎo)體在磁場內(nèi)受力的現(xiàn)象； 1831 年，他又發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律 。同時簡單介紹了 本次 直流電機(jī)調(diào)速設(shè)計的主要內(nèi)容。 關(guān)鍵詞 ：直流電機(jī) ， AT89C52， PWM， L298N 2 Topic： The Speed Control System of DC motor Based on single Chip microputer Major： Electrical Engineering and Automation Guidance Teacher: Signature: Student: Signature: ABSTRACT DC motor has a better performance during starting and braking， and it is easy to realize speed regulation on wide range. So DC motor is used on many occasion , such as metallurgy ,