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1、数字式直流调速系统的研究及设计数字式直流调速系统的研究及设计 第1章绪论 直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速,以满足工作机械的要求。从机械特性上看,就是通过改变电动机的参数或外加工电压等方法来改变电动机的机械特性,从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点,使电动机的稳定运转速度发生变化。直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在广泛范围内平滑调速，在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、海洋钻机、金属切削机床、造纸机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动的领域中得到了广泛的应用。近年来，交流调速系统发展很快，然而直流拖动系统无论在理论上和实践上都比较成熟，并且从反馈闭环控制的
2、角度来看，它又是交流拖动控制系统的基础，所以直流调速系统在生产生活中有着举足轻重的作用。 1.1课题背景与研究目标 直流调速系统，特别是双闭环直流调速系统是工业生产过程中应用最广的电气传动装置之一。广泛地应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切削机床等许多领域的自动控制系统中。它通常采用三相全控桥式整流电路对电动机进行供电，从而控制电动机的转速，传统的控制系统采用模拟元件，如晶体管、各种线性运算电路等，虽在一定程度上满足了生产要求，但是因为元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响，并且线路复杂、通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响，从而致使系统的运行特性也随之变化，故系统的运
3、行可靠性及准确性得不到保证，甚至出现事故。 直流电动机可逆调速系统数字化已经走向实用化，其主要特点是： (1)常规的晶闸管直流调速系统中大量硬件可用软件代替，从而简化系统结构，减少了电子元件虚焊、接触不良和漂移等引起的一些故障，而且维修方便； (2)动态参数调整方便； (3)系统可以方便的设计监控、故障自诊断、故障自动复原程序，以提高系统的可靠性； (4)可采用数字滤波来提高系统的抗干扰性能； (5)可采用数字反馈来提高系统的精度； (6)容易与上一级计算机交换信息； (7)具有信息存储、数据通信的功能； (8)成本较低。 此次课题设计一个直流调速系统，包括主电
4、路和控制回路。主电路由晶闸管构成，控制回路主要由单片机，检测电路，驱动电路，按键输入，数码显示等构成，检测电路又包括电流检测，转速检测，电源逻辑状态检测等部分。 1.2课题的实际意义 随着微电子技术,微处理机以及计算机软件的发展,使调速控制的各种功能几乎均可通过微处理机,借助软件来实现。即从过去的模拟控制向模拟-数字混合控制发展,最后实现全数字化。 在数字化系统中,除具有常规的调速功能外,还具有故障报警,诊断及显示等功能,同时,数字系统通常具有较强的通信能力,通过选配适当的通信接口模板,可方便地实现主站(如上一级plc或计算机系统)和从站(单机交,直流传动控制装置)间的数字通
5、信,组成分级多机的自动化系统。为易于调试,数字系统的软件,一般设计有调节器参数的自化优化,通过启动优化程序,实现自动寻优和确定系统的动态参数,以及实现如直流电动机磁化特性曲线的自动测试等,有利于缩短调试时间和提高控制性能。国外一些电气公司都有成系列的与模拟调整系统相对应的全数字交、直流调速装置产品可供选用,新开发的调速系统几乎全是数字式的。与模拟系统类似,全数字调速系统已发展成为紧凑式和模块式两大类，但全数字调速系统还是有模拟调速系统无法比拟的优点,技术更先进,操作方便。 数字调速系统与模拟调速系统相对比,技术性能有如下优点: (1)静态精度高且能长期保持； (2)动态性能好
6、,借助于丰富的软件,易于实现各类自适应和复合控制； (3)调速范围宽； (4)电压波动小； (5)参数实现软件化,无漂移影响； (6)所用元件数量少,不易失效； (7)设定值量化程度高,且状态重复率好； (8)放大器和级间耦合噪声很小,电磁干扰小； (9)调试即投产灵活方便,易于设计和修改设计； (10)标准及通用化程度高,除主cpu模块外,仅数种附加模块； 可实现,包括工艺参数在内的多元闭环控制； (11)适用范围广,可实现各类变速控制及易于实现与单片机或plc系统通信。 由此,数字化将在未来的调速设备中得到大量应用。 数字化是调速系统自动化的基础，特别是
7、当前网络技术在工业领域的普及与发展，就更加确定了数字控制的主导地位，因此研究该课题具有实际意义。 第2章系统方案选择和总体结构设计 本设计主电路采用晶闸管三相全控桥整流电路供电方案，控制电路由软件实现系统的功能，取代传统的双闭环调速系统。系统用一台单片机及外部扩展设备代替原模拟系统中速度调节器、电流调节器、触发器、锁零单元和电流自适应调节器等，从而使直流调速系统实现全数字化。 2.1调速方案的选择 调速方案的优劣直接关系到系统调速的质量。根据电机的型号及参数选
