基于单片机的交流调压调速系统设计

毕业设计题目

基于单片机的交流调压调速系统设计

作  者  姓  名

 

所属院、专业、年级

 

指导教师姓名、职称

 

预计字数

10000

开题日期

2015.12.13

选题的目的和意义：

近年来由于微型机的快速发展，国外交直流系统数字化已经达到实用阶段。由于以微处理器为核心的数字控制系统硬件电路的标准化程度高，制作成本低，且不受器件温度漂移的影响，且单片机具有功能强、体积小、可靠性好和价格便宜等优点，现已逐渐成为工厂自动化和各控制领域的支柱之一。其控制软件能够进行逻辑判断和复杂运算，可以实现不同于一般线性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制规律。所以微机数字控制系统在各个方面的性能都远远优于模拟控制系统且应用越来越广泛。
    在现代工业企业中，绝大多数工作机械的运行时由电动机拖动的，因而掌握拖动系统的调速知识是十分重要的。电动机调速分为直流调速和交流调速。直流电动机的调速性能好，因此在调速领域中曾一直占主导地位。交流电动机与直流电动机相比，具有结构简单、构造方便、成本低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率高等许多优点，以前未得到大规模的应用，主要是由于调速困难。随着现代科学技术的高速发展，现代电力电子技术、微电子学、现代控制理论、微机控制技术等为交流电机调速提供了全新的理论和技术，使得交流电力拖动系统逐步具备了宽的调速范围、高地稳速范围、高的稳速精度、快的动态响应以及在四象限作可逆运行等良好的技术性能。可以说，自20世纪80年代开始交流调速技术就已进入了一个新的时代，也就是可以与直流调速相媲美并逐渐取而代之占据电力传动主导地位的时代。

以前电动机大多使用由模拟电路组成的控制柜进行控制，现在单片机已经开始取代模拟电路作为电机控制器。它有如下特点：
   （1） 使电路更简单：在模拟电路中，为了实现控制逻辑需要采用许多电子元件，电路比较复杂。采用单片机后，绝大多数控制逻辑可以通过软件来实现。
   （2） 可以实现比较复杂的控制：单片机具有更强的逻辑运算功能，运算速度快、进度高，一般都有大容量的存储单元，因此有能力实现复杂的控制等。
   （3） 灵活性和适应性：单片机的控制方式是由软件完成的。如果要修改控制规律，一般不需要改变系统的硬件电路，只需要修改程序即可。在系统调试和升级的时候，可以不断城市选择不同的参数，非常方便。
   （4） 无零点漂移，控制精度高:数字控制不会出现模拟电路中经常遇到的零点漂移问题。无论被控量的大与小，都可以保证足够的控制精度。
   （5） 多机联网工作，提供人机界面：新型单片机内多嵌有各种总线，可以方便的进行联网通信，实现多机联网工作；能够和上位机进行通信，提供可视化人机界面，方便进行调节和控制。
    利用单片机作为主要的控制器件，来实现对交流电机的调速控制，在工业领域会得到广泛应用，很大程度上促进工业化的发展。因此通过本次基于单片机交流调压调速系统毕业设计不但可以进一步加深我对所学理论知识的理解及应用，而且对我以后学习研究及工作能力的培养具有重大意义。

 

主要研究内容：

1、深入研究交流调压调速的原理和调压调速的静、动态性能，完成交流调压调速系统的设计；

2、研究设计交流调速控制器和机械特征；

3、研究基于单片机的交流调压调速系统能实现交流电机的加速、减速；

4、研究完成系统的硬件设计；

5、研究完成系统的控制板软件设计；

6、研究完成整个调速系统的整体调试。

 

应达到的技术指标或要求：

1、能够在内部产生可由用户选择的理想速度指令曲线，以数字化方法实现速度给定；

2、对起动加速和制动减速全过程进行闭环调压调速控制；

3、对电机速度进行检测；

4、提供必要的保护；

5、使用STC89C52单片机控制； 

6、具有显示转速的功能；

7、具有良好的抗干扰性能。

 

主要设计方法或技术路线：

本设计基于单片机的交流调压调速系统，采用三相交流电源经反相并联的三组晶闸管加到交流电动机的定子上，利用相位控制改变加在定子绕组的电压幅值，在转速反馈控制下实现对电机的调速。设计的基于STC89C52单片机微机控制器，完成数字触发、数字测速、数字调节任务。

完成本课题应具备的环境（软件、硬件）：

1、软件:Keil C51；

2、硬件：单片机实验板一块、交流电机一台、PC机一台。

各阶段任务安排：

2015.12-2015.1重点学习单片机的基本机构和编程语言；

2016.1-2016.2了解交流电机运行原理及调压调速原理。单片机编程软件（Keil C51）的学习；

2016.2-2016.3查阅资料，确定论文的结构，撰写论文初稿；

2016.3-2016.3.15对初稿进一步修改；

2016.3.15-2016.3.25调速系统联机运行及调试，制作预答辩PPT，为其做好一切准备。

主要参考资料：

[1]丁斗章.变频调速技术与系统应用[M].北京：机械工业出版社，2005.

[2]顾绳谷.电机及拖动基础(上册)[M]. 北京:机械工业出版社,2007.

[3]宋浩,田丰.单片机原理及应用[M].北京:北京交通大学出版社,2005.

[4]马忠梅.单片机的C语言应用程序设计(第4版)[M].北京:北京航天航空大学出版社,2007.

[5]张兴.高等电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2011.

[6]朱清慧.Proteus教程：电子线路设计制板与仿真（第二版）[M].北京:清华大学出版社,2011.

[7]刘威. 基于单片机控制的起重机调压调速控制器的设计[D].中国:知网，2013.

[8]岳浩东，李树涛.起重机控制系统中交流电机调速控制器的研究[D].中国知网，2006.

[9]Jon Bentley. Abas programming(Second Edition)[M].Beijing:The people post and Telecommunications Press,2008.

[10]Prata S.   C Primer  Plus(Fifth  Edition)[M].Beijing:The people post and Telecommunications Press,2005.