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本科毕设论文-—直流电动机双闭环系统软件设计.doc
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沈阳化工大学
本科毕业论文
题 目:直流电动机双闭环系统软件设计
摘要
近年来,自动化控制系统在各行业中得到了广泛的应用和发展,而
直流调速系统作为电力拖动系统的主要方式之一,在现代化生产中起着
十分重要的作用。随着微电子技术的不断发展,计算机在调速系统中的
应用使控制系统得到简化,体积减小,可靠性提高,而且各种经典和智
能算法也都分别在调速系统中得到了灵活的应用,以此来达到最优控制
效果。
以单片机为控制核心的数字直流调速系统有着许多优点:由于速度
给定和测速采用了数字化,能够在很宽的范围内高精度测速,所以扩大
了调速的范围,提高了测速控制系统的精度;由于硬件的高度集成化,
所以使得零部件数量大大减少;由于很多功能都是由软件实现的,使硬
件得以简化,因此故障率小;单片机以数字信号工作,控制方法灵活便
捷,抗干扰能力较强。
本论文在直流调速系统理论研究的基础上,以 80C196KC 单片机为控
制核心,对双闭环直流调速系统中的转速调节器采了用 PID 控制算法、
电流调节器采用了 PI 算法,设计了一套全数字直流电机双闭环调速系统。
并且介绍了直流电机调速系统的功能和特性,分析了双闭环 PID 控制的
调速系统的数学模型,确定了电流环和转速环的比例和积分系数。此外,
本次设计采用了数字式速度给定和数字式测速方法,大大提高了速度控
制的精度。
关键词:直流电动机;调速;PID 控制;双闭环
Abstract
In recent years, automation control system in all a wide range of
applications and development, and dc speed control system as the main way
of electric drive system in one of the modern production plays a very
important role. With the development of the microelectronics, the use of the
computer in speed regulation system simplified the system, reduces the
volume,increases the reliability. The Optimum Control is achieved by the use
of both classical methods and intelligent methods.
The digital speed control system for DC motor, which use Chip
Microcomputer(SCM) as its processor has many merits. The speed giving and
speed measuring adopt digital method, the system can measure the speed
accuracy within a wide range, which expand the speed control scope and
enhances its precession; the hardware is highly integrated, the number of the
parts is sharply minimized; as most functions are carried out by software,
Moreover, as SCM works with digital signal, its control is flexible and its
ability to anti-interference is very high.
The paper is based on the theory of DC speed regulation. In this paper, a
80C196KC SCM is used as the processor for the speed control system of DC
motor. The kind of speed controller is PID and that of current controller is PI.
It is also discussed in this paper how to analyze the math model of double-
close- loop speed control system by analyzing the functions and
characteristics of the speed controlling system for DC motor,and find out the
proportion and integral factors of the current and voltage loop. Moreover,the
system adopted digital speed measuring method to enhance the accuracy of
speed control.
Key words:DC motor; Speed regulation; PID control; Double-closed-loop
4
目 录
第一章 绪论 ..............................................1
1.1 引言 .................................................1
1.2 课题的背景 ............................................2
1.3 课题研究的目的和实际意义 ................................2
第二章 直流调速系统理论研究和方案确定........................4
2.1 调速方案的选择 .........................................4
2.1.1 电动机型号的选择 .....................................4
2.1.2 直流调速系统的控制方法的选择 ...........................4
2.1.3 电动机供电方案的选择 ..................................5
2.2 调速系统的性能指标 .....................................5
2.2.1 调速系统的稳态指标....................................5
2.2.2 调速系统的动态性能指标 ................................6
2.3 总体结构设计 ..........................................7
2.3.1 系统结构选择 .........................................8
第三章 数字直流电机调速系统的数字 PID 控制 ...................10
3.1 PID 调节器的基本原理 ...................................10
3.2 PID 调节器的数字化设计 .................................11
3.3 位置式 PID 算法 ........................................13
3.4 调速单元 PI 参数的整定 ..................................15
3.4.1 直流电动机的数学模型 .................................15
3.4.2 转速、电流双闭环调速系统的分析 ........................17
3.4.3 比例、积分系数初值的确定 .............................18
5
第四章 主电路的设计与参数计算 .............................19
4.1 变压器的设计 .........................................19
4.1.1 变压器二次侧电压 U
2
的计算 .............................19
4.1.2 一次、二次侧相电流 I
1
、I
2
的计算 ........................20
4.1.3 变压器容量的计算 ....................................20
4.2 晶闸管型号的选择 ......................................21
4.2.1 晶闸管的额定电压 ....................................21
4.2.2 晶闸管的额定电流 ....................................21
4.3 直流调速系统的保护 ....................................22
4.3.1 过电压保护和
dt
du
限制 ..................................22
4.3.2 过电流保护和
dt
di
限制 ..................................24
4.4 主电路及保护电路图 ....................................24
第五章 数字直流调速系统的软件设计 ..........................26
5.1 采样周期 T 的选择 ......................................26
5.2 主程序的设计 .........................................26
5.3 数字测速的软件设计 ....................................28
5.4 显示模块的软件设计 ....................................31
5.5 触发脉冲的软件设计 ....................................31
第六章 总结与展望 ........................................34
6.1 工作总结 .............................................34
6.2 研究展望 .............................................35
致谢 ....................................................36
参考文献 ................................................36
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