大功率电动机调速控制的硬件设计.doc

1、XX大学毕业设计（论文）题目：大功率电机调速控制的硬件设计学院：测试与光电工程学院专业名称：测控技术与仪器班级学号：学生姓名： 指导教师：二 O xx 年六 月大功率电机调速控制的硬件设计摘要 我国有相当丰富的镁资源,储量占世界的 60以上,镁合金具有密度小,比强度高,减振性好,抗电磁干扰屏蔽性好和机械加工性能好等优点。汽车工业来自节能和环保方面的压力为镁合金提供了巨大的发展空间。因此,大力进行镁合金的研究开发势在必行。本论文主要是研究用 PWM 控制大功率直流电机的转速，实现对电动机的数字化控制。在设计中，对 PWM 控制电机转速的原理进行了全面的阐述。详细介绍了以 80C552 作为整个控

2、制系统核心的硬件部分。为实现系统的微机数字化控制， 本系统以 80C552 作为核心，配以驱动，测量，显示等模块，实现对电机转速参数的显示和测量。硬件组成包括，80C552，电源模块，2764 芯片，驱动模块， 8255 芯片及 LED 显示模块，电流检测模块，光电码盘测速模块，输入模块等。在设计中，采用 PWM 调速方式，通过改变 PWM 占空比改变电动机的电枢电压来控制电机转速。在硬件结构上采用了集成电路模块，简化了硬件电路，提高了系统的稳定性和可靠性，使整个系统的性能得到提高。实现了直流电动机的实时数字PWM 控制，具有控制方便、组态简单和灵活性大等优点。本文解决了“半固态镁合金板带连续

3、铸轧成形技术”中的电机速度控制问题； 实现了镁合金半固态加工技术的自动化水平。关键词 80C552 直流电机 PWM 调速 转速显示The hardware design of the high power motor speed controlAbstract China has fairly rich in magnesium resources, reserves accounted for 60% of the world, magnesium alloys have low density, high strength, vibration resistance, and good

4、shielding against electromagnetic interference and goodmechanical processing performance. Automotive pressure from energy conservation and environmental protection for the magnesium alloy provides a huge space for development. Therefore, to carry out research and development of magnesium alloy imper

5、ative .This paper mainly studies the speed of the PWM control power DC motor to realize the digital control of the motor. In the design, the speed of the motor of the PWM control is described comprehensively. This paper introduces the hardware of the whole control system based on 80C552 . In order t

6、o realize the microcomputer digital control of the system, the system takes 80C552 as the core, and is equipped with the driver, the measurement and the display module to realize the display and measure of the motor rotate speed parameters. Hardware including, 80C552, power supply module, 2716 chip,

7、 driver module, 8255 chip and LED display module, current detection module, optical encoder module, input module. In the design, the speed of the motor is controlled by changing the duty ratio of PWM.In the hardware structure using the integrated circuit module, simplifying the hardware circuit, imp

8、roves the stability and reliability of the system, the system performance is improved. The real-time digital PWM control of DC motor is realized, which has the advantages of convenient control, simple configuration and great flexibility.This paper solves the semi-solid magnesium alloy strip continuo

9、us casting forming technology in the motor speed control problem; and achieve the level of automation of magnesium alloy semi-solid processing technology.Key words 80C552 DC motor PWM speed motor speed display目录1 绪论1.1 课题研究的依据与意义11.2 国内外技术情况对比材料11.3 课题研究内容与目标31.4 本章小结32 直流电机调速系统设计2.1 直流电机的调速方案42.1.1

10、 三种调速方案对比与选择42.1.2 直流电机 PWM 调速原理52.2 PWM 脉冲产生方式72.3 速度调解方案82.3.1 模拟 PID 调节器82.3.2 数字 PID 控制器92.4 测速原理102.4.1 测速发电机测速102.4.2 光电码盘测速112.5 本章小结123 硬件系统设计3.1 80C552 特性及结构133.2 存储器 2764 特性及结构153.3 输入部分163.4 LED 显示部分173.5 PWM 功率放大器183.6 测速部分193.7 直流电源部分203.8 本章小结214 结论参考文献23致谢24附录25大功率电机调速控制的硬件设计1 绪论1.1 课

11、题研究的依据与意义:当今，随着地球资源的减少和人们环保意识的提升，对新型材料要求越来越强烈。而镁合金具有和铝合金一样多的优良特性，比如密度小，铸造容易，机械性能良好，屏蔽电磁能力强等，已越来越成为交通运输和电子产品包装外壳的重要选材。但镁合金的缺点也很明显，如强度低，硬度低，容易疲劳等，其应用受到限制，这样提高镁合金铸件的质量，已迫在眉睫。传统的镁合金铸造成型方式效率低，质量稳定性差。最新的半固态镁合金连续铸轧技术具有残余应力低，致密性高，时间短，成型稳定等优点，能提高镁合金铸件的质量。我国镁合金储量丰富，占世界 60%以上，再加上其诸多优良特性， 其发展空间也越来越大。而可调速电动机在铸轧期

12、间扮演着重要角色，用单片机来控制电机转速也越来越成为重要的研究课题1。1.2 国内外技术情况对比材料近年来，随着半固态技术的发展，出现了许多制备半固态金属浆料的新工艺和新技术。冷却斜槽法是其中的一种。冷却斜槽法的原理为：将略高于液相线温度的熔融金属倒在冷却斜槽上，由于斜槽的冷却作用，在斜槽壁上有细小的晶粒形核长大，金属流体的冲击和材料的自重作用使晶粒从斜槽壁上脱落并翻转，以达到搅拌效果。通过冷却斜槽的金属浆料落入容器，控制容器温度，即缓慢冷却， 冷却到一定的半固态温度后保温，达到要求的固相体积分数，随后可进行流变成形和触变成形。图 1 所示是冷却斜槽法的几种工艺过程，图 1（a）和（b）是将先

13、将制备的半固态浆料直接铸轧成板带坯，图 1（c）是将制备的半固态浆料铸造成坯锭后，再二次加热，重熔后触变成形的工艺过程。在冷却斜槽方法中，影响熔融金属转变为半固态浆料的主要因素有三个：1） 是浇注条件，熔融金属倒入冷却斜槽，逐步凝固形核，很多细小固相颗粒随液相流入容器，只有在浇注温度高于液相线温度时，才可能在斜槽上形成晶核，同时斜槽温度要尽可能低； 2）是斜槽长度，如果斜槽过长，会在斜槽底部凝固形成金属壳，阻碍金属的流动，降低冷却效率，如果斜槽过短，熔融金属内没有产生大量细小晶粒，达不到半固态浆料要求；3）是斜槽的倾斜角度，倾斜角度的大10小直接影响熔融金属的流动速度。采用冷却斜槽法制备的半固

14、态浆料的固相百分数在 3%-10%之间，其流动性同熔融金属一样。在流变铸造中，固相百分数越低，越容易铸造。因此，冷却斜槽法能应用于流变铸造成形很薄的铸件。图 1 冷却斜槽法的几种工艺过程直接将金属熔体“轧制”成半成品带胚或成品带材的工艺称为连续铸轧。这种工艺的显著特点是，其结晶器为两个带水冷系统的螺旋铸轧辊，熔体在其辊缝间完成凝固和受到热轧两个过程，而且在很短的时间内（23s）完成的。原理是铸轧辊把浆料的大量热能迅速带走,使浆料在很短时间内完成结晶过程。同时, 又对已形成的组织经过轧辊进行压力加工。它不同于连铸连轧，后者实际上将锭胚铸造与热轧连续进行，即金属熔体在连铸机结晶器中凝固成肧后，再在

15、后续的双机架温连铸机上连续铸轧成供冷轧机用的带胚或成品板带材，铸造和温轧是两个独立的工序。（1） 铝带铸轧连续铸轧技术具有投资省、成本低、流程短等优点，一直在有色合金，特别式铝带的生产上得到了广泛的应用。（2） 钢铁材料铸轧连续铸轧生产钢铁材料还未完全成功，其重要原因之一是钢铁材料的熔点很高，控制铸轧过程稳定性的操作参数范围很窄，铸轧过程中钢铁材料的传热、凝固过程比有色金属更复杂。2000 年以来， 澳大利亚 CSIRO 联邦科学与工业研究组织(Commonwealth Scientific Industrial Research Organization)工业技术研究院(Institute of Industrial Technologies)就致力于镁合金板带铸轧技术的研究。目前 CSIR0 已经建立了一个工业规模的试验工厂，用镁合金板带连铸机生产出低能耗、高质量的镁合金薄板带材，这台设备可以生产出 600 mm 宽的符合商业质量标准的镁薄板带。并且 CSIRO 把镁合金板带成功应用于汽车发动机和打印机、移动电话、DVD、火车、电池、甚至自行车中。CSIR0 正在深入开展此项研究以证明这个工艺所具有的以下特点：(1)安全、可靠、低能耗、高效率。(2)既适用于大批量，也可适用于少量生产。(3)材料的选择性大，