自動控制課程設(shè)計----直流調(diào)速系統(tǒng)與控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　課程設(shè)計</b></p><p>　　課程名稱： 電力拖動自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計 </p><p>　　設(shè)計題目： 直流調(diào)速系統(tǒng)與控制系統(tǒng) </p><p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 </p><p>　　姓 名： </p

2、><p>　　班級學(xué)號： </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　完成時間： 2011年11月25日 </p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1．雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。</p><p>

3、;　　2．雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成與工作原理。</p><p>　　3．雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路設(shè)計與電路圖。</p><p>　　3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路</p><p>　　3.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制電路</p><p>　　4．單片機控制系統(tǒng)設(shè)計與系統(tǒng)原理。</p><p>　　4.1基于單片機的水

4、位控制系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　4.2基于單片機的通用水位自動控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計</p><p>　　4.3 基于單片機的水位自動控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計</p><p><b>　　5. 結(jié)束語。</b></p><p>　　1.雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢</p><p>　　當(dāng)前

5、全球經(jīng)濟發(fā)展過程中，有兩條顯著的相互交織的主線：能源和環(huán)境。能源的緊張不僅制約了相當(dāng)多發(fā)展中國家的經(jīng)濟增長，也為許多發(fā)達國家?guī)砹讼喈?dāng)大的問題。能源集中的地方也往往成為全世界關(guān)注的熱點地區(qū)。而能源的開發(fā)與利用又對環(huán)境的保護有重大影響。全球變暖、酸雨等一系列環(huán)境災(zāi)害都與能源的開發(fā)與利用有關(guān)。</p><p>　　能源工業(yè)作為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)，對于社會、經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水品的提高都極為重要。在高速增長的經(jīng)濟環(huán)境下，

6、中國能源工業(yè)面臨經(jīng)濟增長與環(huán)境保護的雙重壓力。有資料表明，受資金、技術(shù)、能源價格的影響，中國能源利用率比發(fā)達國家低很多。90年代中國高耗能產(chǎn)品的耗能量一般比發(fā)達國家高12%—55%左右，90%的能源在開采、加工轉(zhuǎn)換、儲運和終端利用過程中損失和浪費。如果進行單位GNP能耗（噸標準煤/千美元）的國家比較（90年代中期），中國分別是瑞士、意大利、日本、法國、德國、英國、美國、加拿大的14.4倍、11.3倍、10.6倍、8.8倍、8.3倍、7.

7、2倍、4.6倍和4.3倍。1995年，中國火電廠煤耗為412克標準煤kW/h，是國際先進水平的1.27倍。</p><p>　　由此可見，對能源的有效利用在我國已經(jīng)非常迫切。作為能源消耗大國之一的電機在節(jié)能方面是大有潛力可挖的。我國電機的總裝機量已達4億千瓦，年耗電量達6000億千瓦時，約占工業(yè)耗電量的80%。我國各類在用電機中，80%以上在0.55-220kw以下的中小型異步電動機。我國在用電機拖動系統(tǒng)的總體裝

8、備水品僅相當(dāng)于發(fā)達國家50年代水平。因此，在國家十一五計劃中，點擊系統(tǒng)節(jié)能方面的投入將高達500億元左右。所以直流調(diào)速系統(tǒng)在我國將有非常巨大的市場需求。</p><p>　　目前，國內(nèi)直流調(diào)速系統(tǒng)的研究非?；钴S，但是在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方面還不是非常理想，市場的很大一部分還是被國外的公司占據(jù)。因此，為了加快國內(nèi)直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，就需要對國際直流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展趨勢和國內(nèi)的市場需求有一個全面的了解。直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是工業(yè)

9、生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣泛的電氣傳動裝置之一。廣泛的應(yīng)用于軋鋼機、冶金、印刷、金屬切割機床等很多領(lǐng)域的自動控制中。它在以計算機作為工具的仿真系統(tǒng)應(yīng)用時不僅能省錢，而且安全，周期短見效快。</p><p>　　近年來，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流調(diào)速系統(tǒng)無論在理論上還是實踐上都比較成熟，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著舉足輕重的作用。</p><

10、;p>　　現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，電動機是主要的驅(qū)動設(shè)備。在各種高精工業(yè)生產(chǎn)中，工作可靠、速度控制精度高，并且不受環(huán)境因素等影響，具有參數(shù)自整定、故障報警、故障記憶等功能，給用戶的使用、維護提供極大方便的調(diào)速系統(tǒng)成為了當(dāng)今的熱門。而計算機和直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)合體，剛好具有以上特點。因而，將來相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，它將具有不可替代的優(yōu)勢。</p><p>　　2．雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成與工作原理</p>

11、;<p>　　電動機在啟動階段，電動機的實際轉(zhuǎn)速（電壓）低于給定值，速度調(diào)節(jié)器的輸入端存在一個偏差信號，經(jīng)放大后輸出的電壓保持為限幅值，速度調(diào)節(jié)器工作在開環(huán)狀態(tài)，速度調(diào)節(jié)器的輸出電壓作為電流給定值送入電流調(diào)節(jié)器，此時則以最大電流給定值使電流調(diào)節(jié)器輸出移相信號，直流電壓迅速上升，直流也隨即增大直到等于最大給定值，電動機以最大電流恒流加速啟動。電動機的最大電流（堵轉(zhuǎn)電流）可以通過整定速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅值來改變。在電動機轉(zhuǎn)速上

12、升到給定轉(zhuǎn)速后，速度調(diào)節(jié)器輸入端的偏差信號減小到近于零，速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器推出飽和狀態(tài)，閉環(huán)調(diào)節(jié)開始起作用。對負載引起的轉(zhuǎn)速波動，速度調(diào)節(jié)器輸入端的偏差信號將隨時通過速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器來修正觸發(fā)器的移相電壓，使整流橋輸出的直流電壓相應(yīng)變化，從而校正和補償電動機的轉(zhuǎn)速偏差。另外電流調(diào)節(jié)器的小時間常數(shù)，還能夠?qū)σ螂娋W(wǎng)波動引起的電動機電樞電流的變化進行快速調(diào)節(jié)，可以在電動機轉(zhuǎn)速還未來得及發(fā)生改變時，迅速使電流電流恢復(fù)到原來值，從而使速

13、度更好的穩(wěn)定于某一轉(zhuǎn)速下運行。</p><p>　　3.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路</p><p>　　電動機的電源控制電路采用橋式整流電路對三相電源進行整流，整流后通過IGBT對電機的電壓進行控制，利用電流互感器對主電路電流進行電流反饋和過電流保護。為了使電路中的電流變得更加平緩，故在主電路當(dāng)中加入了平波電抗器，變流器在最小輸出電流I時仍能維持電流連續(xù)時電抗器電感量L按下式計算。在三相

14、整流橋中K取1.12，則L=200mH。電機的主電路如圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)主電路所示。</p><p>　　3.2雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制電路</p><p>　　控制電路如圖雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)控制電路圖所示</p><p>　　按所用運算放大器取R0=40千歐，各電阻電容值計算如下：</p><p>　　R=KR=1.01340=40 &l

15、t;/p><p><b>　　C= ==0.75</b></p><p><b>　　C = =0.2</b></p><p>　　按上述參數(shù)，電流環(huán)可以達到的動態(tài)指標為%=4.5% <5%,能滿足設(shè)計要求。</p><p>　　4.1基于單片機的水位控制系統(tǒng)的工作原理</p>&l

16、t;p>　　通用水位自動控制系統(tǒng)工作流程如下：由浮球液位變送器傳送來的電流信號經(jīng)過前級放大和A/D轉(zhuǎn)換進入單片機，經(jīng)單片機計算處理（與用戶的設(shè)定值作比較）。將輸出數(shù)字量進行D/A轉(zhuǎn)換送給電動機執(zhí)行機構(gòu)。系統(tǒng)采用典型的閉環(huán)控制。根據(jù)系統(tǒng)工作原理和系統(tǒng)用戶的一般要求，考慮到構(gòu)成現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)時與上位機的通訊以實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的要求，系統(tǒng)中加入了通訊模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下。</p><p>　　4.2基于單片機的通用

17、水位自動控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計</p><p>　　系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計采用模塊化的設(shè)計方法，根據(jù)功能的不同，把系統(tǒng)劃分為如下模塊</p><p>　　輸入模塊的硬件設(shè)計分為前級電流/電壓轉(zhuǎn)換和A/Ｄ轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計。前級電流，電壓轉(zhuǎn)換電路用于放大浮球液位變送器的檢測結(jié)果，其主要部件可調(diào)放大器采用１４５８芯片，考慮到現(xiàn)場的實際情況，對其外圍加入電容作一定的抗干擾和濾波處理。Ａ/Ｄ轉(zhuǎn)換芯片采用美國Ｂ

18、Ｂ公司的ＡＤＳ７８１８芯片，單片機采用查詢方式通過Ｐ１．０口不斷查詢ＢＵＳＹ狀態(tài)。當(dāng)ＳＹ為１時，表示從ＡＤＳ７８１８完成一次轉(zhuǎn)換。單片機通常通過兩次讀取操作來將數(shù)據(jù)讀入，當(dāng)Ｒ/Ｃ＝１，ＣＳ＝０，ＢＹ１２＝０時，讀取高８位；當(dāng)Ｒ/Ｃ＝１，ＣＳ＝０，讀取低４位。數(shù)據(jù)讀取完成后，單片機將Ｒ/Ｃ和ＣＳ端置低４０ｎｓ－１２ｕｓ，以啟動下一次轉(zhuǎn)換，此時ＢＵＳＹ輸出為低電平。芯片采用并行方式下的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換時序。</p><p>

19、　　人機交互模塊的硬件設(shè)計即鍵盤顯示驅(qū)動電路。系統(tǒng)采用Ｉｎｔｅｌ公司通用人機接口芯片８２７９．將８２７９的Ａ、Ｂ口顯示輸出線分別與２個Ｄ７譯碼跳動器的輸入端相連?？刂泼姘迳系逆I數(shù)按用戶自己的需要進行設(shè)定。以設(shè)定一個特定值為例加以說明。當(dāng)按下“設(shè)定”鍵后，面板上１－４位數(shù)碼管熄滅。此時狀態(tài)標明該測試儀正在等待操作人員鍵入設(shè)定的特定值數(shù)據(jù)。此時按一次“加”鍵，則最后一位顯示的水位的ＬＥＤ的數(shù)值增加１，滿１０自動進位，按“減”時，則最后一位顯

20、示的水位的ＬＥＤ的數(shù)值減１，不夠自動借位。如果輸入了錯誤的值，則可以按“復(fù)位”鍵才使水位值回到初始狀態(tài)。如果輸入完畢。則可以按“模式”鍵，再按“復(fù)位”鍵確定，則系統(tǒng)自動進入監(jiān)控主程序。</p><p>　　通訊電路的硬件設(shè)計選擇MAXIM公司生產(chǎn)的低功耗，單電源雙RS232發(fā)送，接器作為控制芯片，采用DB-9連接器。結(jié)合RS232C數(shù)據(jù)線和MAX232芯片各個引腳的定義，讓單片機的TXD和RXD端通過MAX232

21、分別與上位機的TXD和RXD端直接連接，組成最簡單的基本通訊電路。</p><p>　　4.3 基于單片機的水位自動控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計</p><p>　　主監(jiān)控程序本質(zhì)為一個數(shù)值比較程序，為防止其開關(guān)的頻繁動作和測量誤差，在程序中設(shè)置死區(qū)作為系統(tǒng)的過渡。</p><p>　　人機交互程序的主要作用是對鍵盤輸入信號進行處理，對鍵盤的查詢選用定時中斷掃描方式，按系統(tǒng)要

22、求處理單按鍵，并且每按一次鍵只處理一次按鍵的要求。系統(tǒng)上電后，首先對8279芯片進行初始化。然后進入用戶設(shè)定程序。當(dāng)有鍵按下時，單片機產(chǎn)生外部中斷。在中斷服務(wù)程序中進行鍵值讀入，并存放在一個固定單元，此時主程序再對鍵值進行分析判斷和處理。</p><p>　　通信程序遵循標準232口通信協(xié)議的波特率1200bps，選用定時器T1作為波特率發(fā)生器，晶振為2MHZ，定時器T1工作于模式2，定時器初值為0E6H。再在P

23、C機上設(shè)置好與單片機的握手信號．即可實現(xiàn)通信。</p><p><b>　　5.結(jié)束語</b></p><p>　　通過本次設(shè)計，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實際，與具體項目、課題相結(jié)合開發(fā)，設(shè)計的能力。既讓我們懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實際，又讓我們懂得了在實踐中遇到的問題怎樣用理論去解決。</p><p>　　在本次設(shè)計中，我還需要大量的閱讀相關(guān)的

24、文章，搜集大量的材料。在查閱資料的過程中，我要判斷優(yōu)劣，取舍相關(guān)知識，不知不覺中我查閱資料的能力也得到了很好的鍛煉。我們學(xué)習(xí)的知識是有限的，在以后的工作中，我們肯定會遇到很多未知的領(lǐng)域，這方面的能力便會使我們受益匪淺。</p><p>　　在做設(shè)計時會遇到一些問題，通過查閱資料可以得到。比如，在word中插入CAD圖，Protel圖，我必須在網(wǎng)上查閱一些同樣遇到這問題的人是怎么解決的。這樣幫助我解決了一些繪圖問題