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

2、><p>　　班級(jí)學(xué)號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　完成時(shí)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(shì)。</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(jì)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(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與系統(tǒng)原理。</p><p>　　4.1基于單片機(jī)的水

4、位控制系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　4.2基于單片機(jī)的通用水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　4.3 基于單片機(jī)的水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　5. 結(jié)束語(yǔ)。</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(shì)</p><p>　　當(dāng)前

5、全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)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(guó)家的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，也為許多發(fā)達(dá)國(guó)家?guī)?lái)了相當(dāng)大的問(wèn)題。能源集中的地方也往往成為全世界關(guān)注的熱點(diǎn)地區(qū)。而能源的開(kāi)發(fā)與利用又對(duì)環(huán)境的保護(hù)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(kāi)發(fā)與利用有關(guān)。</p><p>　　能源工業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，對(duì)于社會(huì)、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水品的提高都極為重要。在高速增長(zhǎng)的經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，

6、中國(guó)能源工業(yè)面臨經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與環(huán)境保護(hù)的雙重壓力。有資料表明，受資金、技術(shù)、能源價(jià)格的影響，中國(guó)能源利用率比發(fā)達(dá)國(guó)家低很多。90年代中國(guó)高耗能產(chǎn)品的耗能量一般比發(fā)達(dá)國(guó)家高12%—55%左右，90%的能源在開(kāi)采、加工轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)運(yùn)和終端利用過(guò)程中損失和浪費(fèi)。如果進(jìn)行單位GNP能耗（噸標(biāo)準(zhǔn)煤/千美元）的國(guó)家比較（90年代中期），中國(guó)分別是瑞士、意大利、日本、法國(guó)、德國(guó)、英國(guó)、美國(guó)、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(guó)火電廠煤耗為412克標(biāo)準(zhǔn)煤kW/h，是國(guó)際先進(jìn)水平的1.27倍。</p><p>　　由此可見(jiàn)，對(duì)能源的有效利用在我國(guó)已經(jīng)非常迫切。作為能源消耗大國(guó)之一的電機(jī)在節(jié)能方面是大有潛力可挖的。我國(guó)電機(jī)的總裝機(jī)量已達(dá)4億千瓦，年耗電量達(dá)6000億千瓦時(shí)，約占工業(yè)耗電量的80%。我國(guó)各類(lèi)在用電機(jī)中，80%以上在0.55-220kw以下的中小型異步電動(dòng)機(jī)。我國(guó)在用電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)的總體裝

8、備水品僅相當(dāng)于發(fā)達(dá)國(guó)家50年代水平。因此，在國(guó)家十一五計(jì)劃中，點(diǎn)擊系統(tǒng)節(jié)能方面的投入將高達(dá)500億元左右。所以直流調(diào)速系統(tǒng)在我國(guó)將有非常巨大的市場(chǎng)需求。</p><p>　　目前，國(guó)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(chǎng)的很大一部分還是被國(guó)外的公司占據(jù)。因此，為了加快國(guó)內(nèi)直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展，就需要對(duì)國(guó)際直流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)需求有一個(gè)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(guò)程中應(yīng)用最廣泛的電氣傳動(dòng)裝置之一。廣泛的應(yīng)用于軋鋼機(jī)、冶金、印刷、金屬切割機(jī)床等很多領(lǐng)域的自動(dòng)控制中。它在以計(jì)算機(jī)作為工具的仿真系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)不僅能省錢(qián)，而且安全，周期短見(jiàn)效快。</p><p>　　近年來(lái)，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流調(diào)速系統(tǒng)無(wú)論在理論上還是實(shí)踐上都比較成熟，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來(lái)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(dòng)機(jī)是主要的驅(qū)動(dòng)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(bào)警、故障記憶等功能，給用戶的使用、維護(hù)提供極大方便的調(diào)速系統(tǒng)成為了當(dāng)今的熱門(mén)。而計(jì)算機(jī)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(diǎn)。因而，將來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，它將具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。</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(dòng)機(jī)在啟動(dòng)階段，電動(dòng)機(jī)的實(shí)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(gè)偏差信號(hào)，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(kāi)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(shí)則以最大電流給定值使電流調(diào)節(jié)器輸出移相信號(hào)，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(dòng)機(jī)以最大電流恒流加速啟動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的最大電流（堵轉(zhuǎn)電流）可以通過(guò)整定速度調(diào)節(jié)器的輸出限幅值來(lái)改變。在電動(dòng)機(jī)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(hào)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(kāi)始起作用。對(duì)負(fù)載引起的轉(zhuǎn)速波動(dòng)，速度調(diào)節(jié)器輸入端的偏差信號(hào)將隨時(shí)通過(guò)速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器來(lái)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(bǔ)償電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速偏差。另外電流調(diào)節(jié)器的小時(shí)間常數(shù)，還能夠?qū)σ螂娋W(wǎng)波動(dòng)引起的電動(dòng)機(jī)電樞電流的變化進(jìn)行快速調(diào)節(jié)，可以在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速還未來(lái)得及發(fā)生改變時(shí)，迅速使電流電流恢復(fù)到原來(lái)值，從而使速

13、度更好的穩(wěn)定于某一轉(zhuǎn)速下運(yùn)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(dòng)機(jī)的電源控制電路采用橋式整流電路對(duì)三相電源進(jìn)行整流，整流后通過(guò)IGBT對(duì)電機(jī)的電壓進(jìn)行控制，利用電流互感器對(duì)主電路電流進(jìn)行電流反饋和過(guò)電流保護(hù)。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(shí)仍能維持電流連續(xù)時(shí)電抗器電感量L按下式計(jì)算。在三相

14、整流橋中K取1.12，則L=200mH。電機(jī)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(yùn)算放大器取R0=40千歐，各電阻電容值計(jì)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(dá)到的動(dòng)態(tài)指標(biāo)為%=4.5% <5%,能滿足設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　4.1基于單片機(jī)的水位控制系統(tǒng)的工作原理</p>&l

16、t;p>　　通用水位自動(dòng)控制系統(tǒng)工作流程如下：由浮球液位變送器傳送來(lái)的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)前級(jí)放大和A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)計(jì)算處理（與用戶的設(shè)定值作比較）。將輸出數(shù)字量進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換送給電動(dòng)機(jī)執(zhí)行機(jī)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(chǎng)總線控制系統(tǒng)時(shí)與上位機(jī)的通訊以實(shí)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(jī)的通用

17、水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)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(jì)分為前級(jí)電流/電壓轉(zhuǎn)換和A/Ｄ轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)。前級(jí)電流，電壓轉(zhuǎn)換電路用于放大浮球液位變送器的檢測(cè)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(chǎng)的實(shí)際情況，對(duì)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(guó)Ｂ

18、Ｂ公司的ＡＤＳ７８１８芯片，單片機(jī)采用查詢方式通過(guò)Ｐ１．０口不斷查詢ＢＵＳＹ狀態(tài)。當(dāng)ＳＹ為１時(shí)，表示從ＡＤＳ７８１８完成一次轉(zhuǎn)換。單片機(jī)通常通過(guò)兩次讀取操作來(lái)將數(shù)據(jù)讀入，當(dāng)Ｒ/Ｃ＝１，ＣＳ＝０，ＢＹ１２＝０時(shí)，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(jī)將Ｒ/Ｃ和ＣＳ端置低４０ｎｓ－１２ｕｓ，以啟動(dòng)下一次轉(zhuǎn)換，此時(shí)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(shí)序。</p><p>

19、　　人機(jī)交互模塊的硬件設(shè)計(jì)即鍵盤(pán)顯示驅(qū)動(dòng)電路。系統(tǒng)采用Ｉｎｔｅｌ公司通用人機(jī)接口芯片８２７９．將８２７９的Ａ、Ｂ口顯示輸出線分別與２個(gè)Ｄ７譯碼跳動(dòng)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(jìn)行設(shè)定。以設(shè)定一個(gè)特定值為例加以說(shuō)明。當(dāng)按下“設(shè)定”鍵后，面板上１－４位數(shù)碼管熄滅。此時(shí)狀態(tài)標(biāo)明該測(cè)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(shí)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(dòng)進(jìn)位，按“減”時(shí)，則最后一位顯

20、示的水位的ＬＥＤ的數(shù)值減１，不夠自動(dòng)借位。如果輸入了錯(cuò)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(dòng)進(jìn)入監(jiān)控主程序。</p><p>　　通訊電路的硬件設(shè)計(jì)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(gè)引腳的定義，讓單片機(jī)的TXD和RXD端通過(guò)MAX232

21、分別與上位機(jī)的TXD和RXD端直接連接，組成最簡(jiǎn)單的基本通訊電路。</p><p>　　4.3 基于單片機(jī)的水位自動(dòng)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　主監(jiān)控程序本質(zhì)為一個(gè)數(shù)值比較程序，為防止其開(kāi)關(guān)的頻繁動(dòng)作和測(cè)量誤差，在程序中設(shè)置死區(qū)作為系統(tǒng)的過(guò)渡。</p><p>　　人機(jī)交互程序的主要作用是對(duì)鍵盤(pán)輸入信號(hào)進(jìn)行處理，對(duì)鍵盤(pán)的查詢選用定時(shí)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(duì)8279芯片進(jìn)行初始化。然后進(jìn)入用戶設(shè)定程序。當(dāng)有鍵按下時(shí)，單片機(jī)產(chǎn)生外部中斷。在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行鍵值讀入，并存放在一個(gè)固定單元，此時(shí)主程序再對(duì)鍵值進(jìn)行分析判斷和處理。</p><p>　　通信程序遵循標(biāo)準(zhǔn)232口通信協(xié)議的波特率1200bps，選用定時(shí)器T1作為波特率發(fā)生器，晶振為2MHZ，定時(shí)器T1工作于模式2，定時(shí)器初值為0E6H。再在P

23、C機(jī)上設(shè)置好與單片機(jī)的握手信號(hào)．即可實(shí)現(xiàn)通信。</p><p><b>　　5.結(jié)束語(yǔ)</b></p><p>　　通過(guò)本次設(shè)計(jì)，讓我很好的鍛煉了理論聯(lián)系實(shí)際，與具體項(xiàng)目、課題相結(jié)合開(kāi)發(fā)，設(shè)計(jì)的能力。既讓我們懂得了怎樣把理論應(yīng)用于實(shí)際，又讓我們懂得了在實(shí)踐中遇到的問(wèn)題怎樣用理論去解決。</p><p>　　在本次設(shè)計(jì)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(guò)程中，我要判斷優(yōu)劣，取舍相關(guān)知識(shí)，不知不覺(jué)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(shí)是有限的，在以后的工作中，我們肯定會(huì)遇到很多未知的領(lǐng)域，這方面的能力便會(huì)使我們受益匪淺。</p><p>　　在做設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)遇到一些問(wèn)題，通過(guò)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(wèn)題的人是怎么解決的。這樣幫助我解決了一些繪圖問(wèn)題