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论文摘要
本文介绍的是一种单片机控制的双环可逆直流调速系统，它采用电子晶体管（GTR）脉宽调制（PWM），这是一种新型的控制系统。由于GTR是一种高频全控型器件，可方便的控制其通断。因此它组成的调速系统除结构简单外，更具有开关频率高、主电路脉动成分小、低速运行性能好。
整个系统的控制全部由单片机实现。系统有两种功能，即反电势跟踪控制和PI调节控制。这两种控制方式在运行过程中自动切换。该系统还具有多种故障的自诊断功能。
为了达到系统高性能的技术指标和多功能的自诊断目的，在控制系统中采用了双CPU，主电路采用了双极式可逆PWM变换器。系统中采用了霍尔传感器和光电编码器，A/D转换器是逐次逼近式。
本文就直流调速系统控制微机化及故障自诊断等方面进行了一些工作.希望能为别人的工作和研究提供一些帮助。
关键词：单片机，GTR—PWM直流调速系统,PI调节,反电动势跟踪控制。
Abstract of the text
The text is about a inverted double-circle direct-current system that is controlled by chip microcomputer. It adopts GTR-PWM. It is a new kind of controlling system. For it is a kind of high frequency controlled type device, it is convenient to control its working or not. Besides its simple structure, it also has the high switch frequency , low pulse float in the power circuit and excellent low speed function.
The system is wholly controlled by the chip microcomputer. The system contains two kinds of functions, namely the anti-electricity following control and regulating the control with the PI 。 The two kinds of controlling methods cut over automatically in circulate process. It also contains several self-trouble adjusting.
For the sake of high performance technique index sign and multi-function from examining the trouble, it adopts double- CPU in control system and double-pole type PWM in the power circuit. The system adopts Hall sensor and light to electricity coding device, approaching type A/D.
The text mainly works at the direct-current adjusting system that controlled by chip microcomputer and its self-trouble adjusting. I hope that it can gives somebody some help in his work.
Key words: single chip microcomputer, GTR—PWM direct-current adjusting system, PI adjusting, The versa electromotive force follows adjusting.
目 录
1 课题背景... 2
2 脉宽调制(PWM)直流调速系统概述... 3
2.1 PWM控制技术的应用... 3
2.2 PWM在直流调速中的应用... 3
2.3 直流脉宽调速系统的优缺点... 4
3 双环可逆直流调速系统概述... 5
3.1 系统构成... 5
3.2 CPU硬件结构... 8
4 方案选择... 10
4.1 电机型号选择... 10
4.2 主电路的选择... 10
4.3 控制电路的选择... 10
4.4 驱动电路的选择... 10
4.5 A/D转换器的选择... 10
4.6 键盘及显示电路的选择... 10
5 硬件设计... 10
5.1 8031芯片介绍... 10
5.2 程序存储器扩展... 10
5.3 数据存储器扩展... 10
5.4 主电路的设计与完善... 10
5.5 前向通道的设计... 10
5.5.1 前向通道的内容与特点... 10
5.5.2 电流传感器的确定... 10
5.5.3 转速调节器的确定... 10
5.5.4 A/D转换接口芯片... 10
5.6 人机通道的设计... 10
5.6.1 单片机系统中的人机通道... 10
5.6.2 键盘、显示接口电路的设计... 10
6 软件设计... 10
7 结束语... 10
参考文献... 10
附录A 程序清单... 10
附录B 流程图... 错误！未定义书签。
附录C 硬件图... 错误！未定义书签。
1 课题背景
直流电动机具有良好的起、制动性能和调速性能，易于在大范围内平滑调速，且调速后的效率很高等优点，因而直流电机调速系统在工业传动系统中的到广泛应用。
传统直流调速系统的触发器及调节器都由模拟电路实现，其缺点是：触发精度易受电网电压波动的影响；触发脉冲不对称度较大；调节器中的运算放大器，因网压和温度变化引起的漂移会产生运算误差，模拟器件老化也会引起运算误差，甚至使已经整定好的系统性能变差。因而现代化的工业都陆续的采用了数字化的直流调速系统。
因为单片机具有小巧灵活、成本低、易于产品化、可靠性好、适应温度范围宽、易扩展、控制功能强等优点，所以在电气传动实时控制系统中受到重视和普遍应用。利用单片机逻辑功能强和软件灵活的优点，不仅可使很多控制硬件软件化，便于参数的设定和调整，而且可以同时对系统工作中的各种信息数据进行诊断、检测和及时处理，加强了实时维护和提高了控制系统的可靠性。它的发展趋势将是向大容量、高性能化、外围电路内装化等方面发展。
用单片机控制的GTR-PWM调速系统时一种新型的控制系统。由于GTR(全控电力晶体管)是一种高频全控型器件,可方便的控制其通断,因此由它组成的调速系统除结构简单外,更具有开关频率高、主回路脉动成分小、低速运行性能好及调速系统中将有较大的发展和应用。
对于实时控制系统，由于信息量大、反应快、对实际生产系统影响大，因此能如何尽快地预报和判断系统故障，缩小故障率和维修时间，这是现场生产中的重要问题。国外，在故障诊断领域中取得了令人满意的效果，并已经使用到工业产品生产中。国内，故障自诊断研究工作正在发展中，受到各方面的关注并进行了开发性研究。一个实时控制系统是否具有故障自诊断的能力，将成为衡量一个产品生命力的重要标志，也是控制设备智能化的关键内容之一。
本文就直流调速系统数字化及故障自诊断等方面进行了一些工作，希望对以后的工作和研究有一定的帮助。
2 脉宽调制(PWM)直流调速系统概述
2.1 PWM控制技术的应用
PWM是Pulse Width Modulation的缩写,即脉冲宽度调制,是通过对一系列脉冲的宽度进行调制,来等效地获得所需要波形(含形状和幅值).
调速可分为直流调速和交流调速。尽管直流电机比交流电机结构复杂、成本较高、维修保养贵，但是其调速性能好，所以在调速传动领域中一直占主导地位。然而，近10年来，由于电力电子技术已经很好的解决了交流调速问题。交流调速已得到了广泛的应用。
交流调速是按交流电机转速公式建立的对于同步机、磁阻式电动机，其转速为：
n=60f/p，对于笼型或绕线型转子异步电机，其转速为：n=60f/p(1-s),原则上讲，改变极对数p、改变转差率s和调节频率f都可以调速。但对于异步电动机以上三种方法虽可采用，但是变极调速是有极调速，而改变转差率的目的是各种调速都是耗能型调速方法，只有变频调速是最为理想的调速方法。但同步电动机，在运行中改变级对数会引起失步，因此只能调频调速。
变频调速是以变频器向交流电动机供电，并构成开环或闭环系统。变频器是把固定电压、固定频率的交流电变为固定电压，可调频率的交流变频器。变频器的种类有很多种，其中电压型PWM方式交—直—交变频器发展速度最快。PWM变频器迅速发展的原因：一是变频器所用的半导体开关器件不断发展；二是PWM控制技术的日益完善。电力电子技术不仅促使交流调速迅速发展，同时也促进了直流调速的新发展。
