振动时效直流调速系统设计与研究

论文摘要

由于直流电机具有良好的调速性能,其在振动时效领域有着广泛的应用。本文基于单片机C8051F410设计了用于振动时效的直流电机调速系统。本文结合大量文献资料,分析和总结了当前直流调速系统常用方案的优缺点,并结合本文实际确定了直流不可逆PWM调速系统的总体方案。参考相关文献,讨论了转速单闭环调速系统和转速、电流双闭环调速系统及改进方案。转速单闭环系统虽然可以做到速度无静差,但也存在启动电流过大的缺点,并不实用,在转速单闭环系统的基础上讨论了两种抑制启动电流的措施；分析了转速、电流双闭环调速系统,用工程设计方法设计了电流调节器和转速调节器,但是双闭环系统也存在着转速超调、电枢电流变化率过大和抗突加负载扰动能力差等缺点,在双闭环的基础上分析了转速微分负反馈对系统超调的影响、限制转速调节器输出变化率对电枢电流变化率的影响和负载观测器、补偿器对提高系统抗扰动能力的影响。所有讨论的方法都用MATLAB/SIMULINK进行了仿真,对调速系统的性能进行了初步的分析,并对用工程设计方法设计的调速系统参数进行了优化和调整。基于数字控制技术和电力电子变换技术,开发设计了以C8051F410为核心的直流调速系统。主电路采用桥整流和大电容将单相交流电变换为平稳高压直流电,然后采用降压斩波电路,通过控制直流电机电枢电压的方法实现调速；此外还设计了转速反馈检测电路。基于C8051F410本身的资源利用C51语言开发了直流调速系统控制程序,主要包括基于简易编码器的数字测速程序、数字PI控制程序和通信程序；基于个人电脑和编程软件C#设计了串口通信程序。对本文设计的硬件系统和软件系统进行了测试。其中功率主电路性能稳定,初步达到了设计要求。测速程序在模拟试验中性能稳定,精度达到了预定要求。但是实际应用时,由于一些原因导致测速不准确没有进行闭环实验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题概述
• 1.2 直流调速系统简述
• 1.3 PWM调速系统
• 1.3.1 简单PWM调速系统
• 1.3.2 有制动能力的不可逆PWM调速系统
• 1.3.3 直流PWM调速系统的数学模型
• 1.4 振动时效调速系统的特殊问题
• 1.5 本文总体方案
• 1.6 本文的主要内容
• 第2章 单闭环调速系统
• 2.1 调速系统的性能指标
• 2.2 调速系统总体参数的计算
• 2.3 单闭环调速系统
• 2.4 单闭环调速系统的改进
• 2.4.1 带电流截止负反馈调速系统
• 2.4.2 限制启动加速度调速系统
• 2.5 单闭环调速系统的离散化设计
• 2.6 调速系统转速和电流脉动情况分析
• 2.7 本章小结
• 第3章 双闭环调速系统
• 3.1 双闭环系统的设计
• 3.1.1 电流调节器的设计
• 3.1.2 转速调节器的设计
• 3.2 双闭环系统存在的问题
• 3.2.1 转速超调
• 3.2.2 电枢电流变化率过大
• 3.3 复合控制系统
• 3.3.1 负载的测量和估计
• 3.3.2 带负载观测器和补偿器调速系统的组成
• 3.4 本章小结
• 第4章 系统硬件设计
• 4.1 功率电路的设计
• 4.1.1 电源滤波器
• 4.1.2 瞬态电压抑制器
• 4.1.3 整流桥
• 4.1.4 滤波电容
• 4.1.5 限流电阻
• 4.2 IGBT保护和驱动电路
• 4.2.1 IGBT驱动问题
• 4.2.2 节温和散热问题
• 4.2.3 缓冲吸收电路
• 4.2.4 常用IGBT驱动
• 4.3 辅助部分的设计
• 4.3.1 母线电压的测量
• 4.3.2 转速的测量
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统软件设计
• 5.1 下位机
• 5.1.1 测速
• 5.1.2 数字PID运算
• 5.1.3 通信单元的设计
• 5.1.4 A/D转换
• 5.1.5 PCA
• 5.2 上位机软件的设计
• 5.3 本章小结
• 第6章 实验
• 6.1 IGBT驱动
• 6.2 M/T法测速
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢