【正文】 （論文） ii 湖 南 科 技 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 瀟 湘 學(xué)院 電氣 系（教研室） 系（教研室）主任 : （簽名） 年 月 日 學(xué)生姓名 : 胡智光 學(xué)號(hào) : 0554010409 專業(yè) : 電氣工程及其自動(dòng)化 1 設(shè)計(jì)（論文）題目及專題： 基于單片機(jī)的礦用電機(jī)車的調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) (硬件 ) 2 學(xué)生設(shè)計(jì)（論文）時(shí)間：自 20xx 年 2月 16 日開始至 20xx 年 6 月 5 日止 3 設(shè)計(jì)（論文）所用資源和參考資料： （ 1）單片機(jī)原理與應(yīng)用教程； （ 2）單片機(jī)原理與應(yīng)用 （ 3）電氣傳動(dòng)技術(shù)手冊(cè)； （ 4）機(jī)電傳動(dòng)與 控制； （ 5）單片機(jī)實(shí)驗(yàn)仿真； （ 6）礦用電機(jī)車電氣原理圖； 4 設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的主要內(nèi)容： 第一章 緒論 。 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； 6 發(fā)題時(shí)間： 20xx 年 2 月 16 日 指導(dǎo)教師： （簽名） 學(xué) 生： （簽名） 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） iii 湖 南 科 技 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)人評(píng)語 指導(dǎo)人： （簽名） 年 月 日 指導(dǎo)人評(píng)定成績： 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） iv 湖 南 科 技 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱人評(píng)語 評(píng)閱人： （簽名） 年 月 日 評(píng)閱人評(píng)定成績： 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） v 湖 南 科 技 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 答辯記錄 日期： 學(xué)生： 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 題目： 提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 答辯委員會(huì)下列材料： 1 設(shè)計(jì)（論文）說明書 共 頁 2 設(shè)計(jì)（論文）圖 紙 共 頁 3 指導(dǎo)人、評(píng)閱人評(píng)語 共 頁 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 答辯委員會(huì) 評(píng)語： 答辯委員會(huì)主任： （簽名） 委員： （簽名） （簽名） （簽名） （簽名） 答辯成績： 總評(píng)成績： 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） vi 摘 要 本文主要介紹了 基于單片機(jī)的礦用電機(jī)車的調(diào)速系統(tǒng) 硬件設(shè)計(jì)， 文中先對(duì) 直流調(diào)速的原理， 降壓斬波電路 控制方式及調(diào)速特性， PWM 基本原理及實(shí)現(xiàn) 方式進(jìn)行了闡述。 為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的微機(jī)數(shù)字化控制，在設(shè)計(jì)中，采用了 AT89C51 單片機(jī)作為整個(gè)控制系統(tǒng)的控制電路的核心部分，配以各種顯示、驅(qū)動(dòng)、測(cè)量對(duì)模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)的顯示和測(cè)量；主電路 由整流電路、濾波電路組成 ， 控制電路以單片微機(jī)為核心 ,組成包括電流檢測(cè)模塊、轉(zhuǎn)速檢測(cè)模塊、保護(hù) 模塊 等 。為了提高控制系統(tǒng)的性能和可靠性 。 rectifier circuit by circuit, the filter circuit, that the power conversion module ponents, the control circuit for a microputer core consists of current detection module, speed detection module, protection module. In the design, using PWM speed control mode by changing the duty cycle of the PWM thus changing the motor armature voltage, thereby realizing the right motor speed control. Keywords: AT89C51； Mine electric lootive； speed control system 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） viii 目 錄 第一章 緒論 ????????????????????????????? 1 單片機(jī)控制調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 ?????????????????? 1 礦用電機(jī)車簡(jiǎn)介 ????????????????????????? 1 礦用電機(jī)車調(diào)速的發(fā)展趨勢(shì) ??? ? ???????????????? 2 第 二 章 方案比較與選擇 ???? ??? ??????????? ??? ?????? 2 系統(tǒng)控制對(duì)象的確定 ?? ? ?? ?? ??????????????? ? ???? 2 電動(dòng)機(jī)供電方案的選擇 ??????? ???????????????? ?? ? 3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選擇 ???????? ?? ???????????? ?? ? ?? 3 第三章 控制原理分析 ????????? ??????????????????? 5 電動(dòng)機(jī)調(diào)速原理 ????????????????????????? 5 降壓斬波電路控制原理 ????? ????????????????? 5 橋式降壓斬波電路控制原理 ???????????????????? 6 雙閉環(huán)控制原理 ? ??????? ??????????? ?????? 7 第 四 章 系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì) ??????????????? ???????????? 9 主電路 ?????????????????????????????? 9 驅(qū)動(dòng)電路 ???????????????????????????? 10 參數(shù)計(jì)算和 元件 選擇 ???????????? ??????????? 13 主電路器件表 ?????????????????????????? 16 第 五 章 控制電路設(shè)計(jì) ??????????? ??????????? ?? ???? 17 降壓斬波電路?????????????????????????? 17 AT89C51 單片機(jī)介紹 ??????????????????????? 18 顯示與鍵盤模塊設(shè)計(jì) ? ???? ?????????????????? 19 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) ???????????? ?????????????? 20 復(fù)位 電路 ??????????? ????????????????? 21 故障檢測(cè)及保護(hù)電路設(shè)計(jì) ???????????????????? 21 轉(zhuǎn)速檢測(cè) ??????????????? ????????? 22 電流檢測(cè) ????????????? ??????????????? 24 A/D 轉(zhuǎn)換器 ??????????????????????????? 25 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） ix 結(jié)論 ? ?????????? ?????????????????????? 26 參考文獻(xiàn) ?????????????????????????? ????? 27 致謝 ????????????????????????????????? 28 附錄 A:線路總圖??????????????????????????? 29 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 緒論 單片機(jī)控制調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀 單片微型計(jì)算機(jī)的誕生是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的一個(gè)新的里程碑。直流電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)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(dòng)機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)得 到了很大的發(fā)展。隨著計(jì)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(dòng)化、智能化等方面，特別是在直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)中。所以選用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心以提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性和可行性。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(duì)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。機(jī)械部分包括：車架、輪對(duì)、軸承箱、彈簧托架、制動(dòng)裝置、撒砂裝置、連接緩沖裝置等。 車架是機(jī)車的主體，是由厚鋼板焊接而成的框架結(jié)構(gòu)。車架用 彈簧托架支承在軸承箱上。 輪對(duì)由兩個(gè)車輪壓裝在一根軸上而成。前者的優(yōu)點(diǎn)是輪箍磨損到極限時(shí)，只更換輪箍不用整個(gè)車輪報(bào)廢。軸箱是軸承箱的簡(jiǎn)稱，與輪對(duì)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。軌道不平時(shí)，輪對(duì)與車架的 相對(duì)運(yùn)動(dòng)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。一種使用板簧的彈簧托架。均衡梁在軌道不平或局部有凹陷時(shí)，起均衡各車輪上負(fù)荷的作用。開式傳動(dòng)方式傳動(dòng)效率低，傳動(dòng)比較小，而閉式齒輪箱傳動(dòng)效率較高，齒輪使用壽命較長。而以往直流電動(dòng)機(jī)的控制只是簡(jiǎn)單的控制，很難進(jìn)行調(diào)速，不能實(shí)現(xiàn)智能化。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。所以在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中我采用了由單片機(jī)控制單閉環(huán)直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制系統(tǒng)。 ? ? ； %?? ； kg m? ；調(diào)速范圍 5D? ；低速時(shí) ?S 電動(dòng)機(jī)供電方案的選擇 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。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(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變 Ud，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，且控制作用快速性能好，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。 根據(jù)本此設(shè)計(jì)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) 。由于要求直流電壓脈動(dòng)較小，故采用三相整流電路。因三相橋式全控整流電壓的脈動(dòng)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)。而且工作可靠，能耗小，效率高。綜上選 IGBT三相全控橋整流電路供電方案。 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(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，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)