直流调速及控制软件设计开题报告

1. 研究目的与意义

直流电机问世已有一百四十多年的历史。在设计和制造技术上有很大进步。新材料、新技术的应用以及整流电源的普及促进了一般工业用直流电机的不断扩大品种的日益繁多。直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。

2. 课题关键问题和重难点

关键问题：

1、直流电机调速系统的工作原理。

2、基于51内核的单片机开发流程。

3. 国内外研究现状（文献综述）

长期以来，由于直流电机具有良好的线性调速特性，较高的效率，优异的动态特性，广泛应用在调速控制中，直流电机速度控制容易，启动制动性能良好，且在宽范围内平滑调速等特点，在冶金，机械制造，轻工等工业部门中得到广泛应用，直流电动机转速的控制方法可分为两类，即激励控制法与电枢电压控制法。励磁控制法控制磁通，其控制功率虽小，但低速时收到励磁饱和的控制，高速时受到换向器结构强度的控制，而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差，所以常用的控制方法是改变电枢段电压调速的电枢电压控制法，调节电阻r即可改变端电压，达到调速目的，但这种传统的调压调速方法效率低。

从直流电动机的演变历史也可以纵观直流电动机的发展历史和动向、从四十年代后期到五十年代的前期直流电动机的电源主要是采用m-g电动发电机组，六十年代初，电动发电机组电源已被水银整流器逐渐代替，到六十年代后期由于可控硅整流装置的出现，并得到迅速发展可控硅整流电源已占统治地位。由于直流电源供电方式的不断更新换代，特别是在最近的十几年期间进一步促使了直流电动机的单机功率、转速不断提高，目前朝着高速、大功率方向发展。另外，由于绝缘技术和分析技术的进步。直流电动机已迅速向小型轻量，, 低惯量方面发展。直流电动机虽然存在结构复杂、价格较高、维修麻烦等缺点，但由于具有较大的起动转矩和良好的起、制动性能以及易于在宽范围内实现平滑调速，因此直流调速系统在一些对调速性能要求较高的系统中有很大的使用价值。

近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大的改变，随着计算机进入控制领域以及高开关频率，全控型第二代电力半导体gtr，gto，mosfet，igbt等的发展，脉宽调制（pwm）直流调速系统在调速控制中得到越来越普遍的使用，这种调速方法具有开关频率高，低速运行稳定，动态性能稳定，效率高的特点，更重要的是这种调速方式很容易在单片机控制系统中实现，使整个调速系统实现全数字化，结构简单，可靠性高，操作维护方便，电动机稳态转速稳度精度可达到较高水平，静动态各项指标均能很好的满足工业生产高性能，因此，具有很好的发展前景。

4. 研究方案

（1）主要设计内容：直流电动机为本课题的研究对象，对其转速进行控制。以单片机c8051f040控制的直流电机脉宽调制调速系统，利用c8051f040 芯片进行低成本直流电动机控制系统的设计，能够简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要。系统实现对电机的正转、反转、急停、加速、减速的控制，以及设计显示电路，使用户可以通过显示屏与控制系统进行交互，实现电机正反转等状态以及速度的实时显示。

需解决的主要问题：

1、直流电机调速系统的工作原理。

5. 工作计划

第1周：查阅相关资料，掌握单片机的工作原理；

第2周：继续查阅相关资料，并翻译不少于3000字的外文文献，论证设计的可行性，研究设计方

案和设计思路；