直流调速系统的微机控制
摘 要上个世纪60年代左右以前是以旋转变流机组供电的直流调速系统为主，还有一些静止式水银整流器供电的直流调速系统。20世纪60年代以来以晶闸管组成的可控直流供电系统逐步取代了直流机组和水银整流器。20世纪80年代末期全数字控制的直流调速系统迅速取代了模拟控制的直流调速系统。现如今，伴随随一些功率大的电子器件的快速萌生，变频调速技术已经日益成熟起来了，而且渐渐成为主导，但这完全不会使得传统的直流调速技术淡出日常生产活动之中，而且恰恰相反，最近一段时间交流变频调速在控制精度技术问题上面停滞不前，难以克服暂时，这样子直流调速系统的优势大大的出现了。直流调速依旧是是现如今最稳定，精确度最高的调速方法。例如在对控制精确度有比较高的要求的造纸行业依然离不开直流调速这一类的装置，所以对直流调速系统的研究开发学习还是很有意义的。鉴于直流调速系统在国民经济的重要作用，对直流调速系统的研究和开发显得意义深远。
目 录
第一章 绪 论 1
1.1直流调速系统的发展现状及前景 1
1.2课题的提出及意义 2
1.3本课题所研究的主要内容 3
1.4 PWM变频调速概述 3
第二章 总体设计 4
2.1基本原理分析 4
2.1.1直流PWM变换器的基本原理、电路结构和工作状态 4
2.1.2 PWM变频调速 6
2.2 直流电机调速系统设计 7
2.2.2 总体方案选择 8
2.2.3 电机调速控制模块方案比较与选择 8
2.2.4 直流电机PWM调速原理 9
第三章 硬件系统设计 11
3.1 系统硬件组成 11
3.2 AT89S51单片机特性及管脚说明 11
3.3 直流电源部分 13
3.4 电机驱动电路 13
3.5 键盘部分 15
3.6 LED显示部分 16
3.7 测速部分 17
3.8 复位电路和时钟电路 18
3.9 PWM波形发生原理 19
第四章 软件系统的设计 20
4.1 主程序 20<
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br /> 4.2 键盘扫描子程序 21
4.3 PWM信号发生程序 22
4.4 测速子程序 23
4.5 显示子程序 24
结 论 26
致 谢 27
参考文献 28
第一章 绪 论
1.1 直流调速系统的发展现状及前景
20世纪60年代以前是以旋转交流机组供电的直流调速系统为主，还有一些静止式水银整流器供电的直流调速系统。1957年美国通用电气公司的A.R.约克制成了世界上第一只晶闸管，这标志着电力电子时代的开始。20世纪60年代以来以晶闸管组成的可控直流供电系统逐步取代了直流机组和水银整流器。20世纪80年代末期全数字控制的直流调速系统迅速取代了模拟控制的直流调速系 统。
为了保证产品的质量和生产效率，生产机械被要求经常在不同的转速场合下稳定运行。对于电力拖动系统来说，系统通过机械本身实现调节速度如减速装置的换挡等，也可以通过调节电动机的转动速度满足相应的要求；随着各种手段（如微处理器技术、电力电子以及微电子技术等）的采用，生产机械自身装置的简单化构造，然而相对的电气系统的复杂性也在提高。而最终电力拖动系统的性能指标越来越优越，所加工的产品质量和生产率大幅度增加，而生产机械本身的体积却在变小。一般把具有速度调节功能的电力拖动系统简称为调速系统。而此系统又分为交流调速系统和直流调速系统。调速系统的性能指标一般可以根据调速范围、静差率、调速的平滑性、原始投资与运行成本。最后一项为经济指标，其他的为技术指标。
从1980年之后,各个国家出名的电气制造公司都在相继的开发数字式调速传动装置,现如今直流调速系统这已经发展到了一个很高的阶段:比如采用可控硅功率元件;采用表面安装技术控制板;控制方式也发生了很大的变化。数字式直流调速装置具有高精度、控制性能强和抗干扰能力强, 在国内外得到了一致好评。微机控制使得整个调速系统实现全数字化,带来了一系列的方便。
直流电动机在应用中也会存在着一些弊端，但是目前工业生产中许多场合仍然沿用以往的直流电动机。
1.2 课题的提出及意义
首先是从元器件方面的更新，也就是研发出大功率的半导体晶闸管用来代替旧有的普通器件，将旧有的电磁放大电路通过线性器件构成的运算放大器代替。下一个取得革新的地方是将电脑领域跟现代控制理论结合起来加入到电气自动化中，从而使得控制器的处理方式从模拟化变成了数字化。首次革新里面，在电气领域用到的动态设计主要是经典控制理论。但是在第二次革新时在设计思维以及控制理论方面实现了质的飞跃，使得该领域的性能得到提高。在该电气工程里面，用到的主要器件为调速机构和电力拖动等。
从目前的社会发展状况来看，电子信息技术的发展已经逐步渗透到社会中的各个领域，而且取得了显著的成果，尤其是在电气控制技术领域，在电气里面最具代表性的应用为自动调速系统。跟过去使用的交流电机对比，直流电机的劣势很明显，由于直流电机制造不容易、结构复杂、维护困难以及造价较高等不过它本身也有优势比如超高的启动转矩、优越的调速性能以及过载能力高，而且能够适用于广泛领域中的平滑调速，因此到目前为止，在自调速系统中应用最多的还是直流调速系统。同时由于电力电子技术的逐渐进步，出现了一大批控制简单、开关工作速率高的以及等器件，使得本身的优势更明显：当使其运行在开关模式时，导通时的电路损耗少，如果选取的开关频率始终，那么器件的工作效率较高；用到的功率元件不多，关键电路连线容易；如果将其跟快速响应的电机共同工作，那么具有动态响应速度，较宽的频带以及抗干扰性能好等优势；具有较高的开关频率，产生连续的电流，无谐波，电机消耗少发热低等；具有良好的低速工作效果，而且具有很高的精度，较宽的调速区域，能够实现的调速；当使得直流电源工作在不控整流方式下，电网功率的值要高于相控整流器的值。在该系统中主要运用实现直流电机的控制，跟普通的调速方式比较，不但能够降低电源损害，还简化了电源的控制程序，从而解放了人力，而且在电路结构中较简洁、用到的器件不多，所以在系统的维护保养方面更加容易，而且还能够增强系统的动静特性。本文论述了采用硬件控制的方法。
现今，由于电子行业中出现越来越多的大功率产品，使得交流变频调速得到迅速发展而且逐渐占据电子产品的主要位置，不过并不是说旧有的直流调速手段在现代电子产品中完全消失。不同的是，这些年的发展中，交流变频技术受到了阻碍，因此使得直流调速能够更好的进入市场。从可靠程度来讲直流调速是占据首位的，而且在精度方面也比较好。就像我们平常使用的纸张，纸张制造厂需要很高的精度，在轮机定位以及转台控制方面都需要直流调速设备的参与，所以在直流调速中的研究是必不可少的。因为我们都知道直流调速在目前的许多领域都有不可或缺的功效，因此必须深入的了解该调速技术。
1.3 本课题所研究的主要内容
脉宽调制英文名字是也可以叫做因为本身特别的性能，因此经常用到直流电路里面、电机调速以及灯光亮度调整，对于用到的调速技术就是原理构成的设备，目前得到了广泛的应用，比如灯光照明调解、工业直流电机调速、直流电扇、工业传送带调速、以及计算机电源散热等领域。当市面上出现了第一台全控型电子设备之后，相继问世了以为基础的高频开关设备，出现了调制的电动机工作系统，也叫做直流脉宽调速设备，也可称为电机调速设备。跟结构比较而言，很容易发现本身具有的优点。例如：当使其运行在开关模式时，导通时的电路损耗少，如果选取的开关频率始终，那么器件的工作效率较高；用到的功率元件不多，关键电路连线容易；如果将其跟快速响应的电机共同工作，那么具有动态响应速度，较宽的频带以及抗干扰性能好等优势；具有较高的开关频率，产生连续的电流，无谐波，电机消耗少发热低等；具有良好的低速工作效果，而且具有很高的精度，较宽的调速区域，能够实现的调速；当使得直流电源工作在不控整流方式下，电网功率的值要高于相控整流器的值。所以在当今的电子器件领域，结构已经逐渐被结构给代替，尤其在中小型系统里面。
目 录
第一章 绪 论 1
1.1直流调速系统的发展现状及前景 1
1.2课题的提出及意义 2
1.3本课题所研究的主要内容 3
1.4 PWM变频调速概述 3
第二章 总体设计 4
2.1基本原理分析 4
2.1.1直流PWM变换器的基本原理、电路结构和工作状态 4
2.1.2 PWM变频调速 6
2.2 直流电机调速系统设计 7
2.2.2 总体方案选择 8
2.2.3 电机调速控制模块方案比较与选择 8
2.2.4 直流电机PWM调速原理 9
第三章 硬件系统设计 11
3.1 系统硬件组成 11
3.2 AT89S51单片机特性及管脚说明 11
3.3 直流电源部分 13
3.4 电机驱动电路 13
3.5 键盘部分 15
3.6 LED显示部分 16
3.7 测速部分 17
3.8 复位电路和时钟电路 18
3.9 PWM波形发生原理 19
第四章 软件系统的设计 20
4.1 主程序 20<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
br /> 4.2 键盘扫描子程序 21
4.3 PWM信号发生程序 22
4.4 测速子程序 23
4.5 显示子程序 24
结 论 26
致 谢 27
参考文献 28
第一章 绪 论
1.1 直流调速系统的发展现状及前景
20世纪60年代以前是以旋转交流机组供电的直流调速系统为主，还有一些静止式水银整流器供电的直流调速系统。1957年美国通用电气公司的A.R.约克制成了世界上第一只晶闸管，这标志着电力电子时代的开始。20世纪60年代以来以晶闸管组成的可控直流供电系统逐步取代了直流机组和水银整流器。20世纪80年代末期全数字控制的直流调速系统迅速取代了模拟控制的直流调速系 统。
为了保证产品的质量和生产效率，生产机械被要求经常在不同的转速场合下稳定运行。对于电力拖动系统来说，系统通过机械本身实现调节速度如减速装置的换挡等，也可以通过调节电动机的转动速度满足相应的要求；随着各种手段（如微处理器技术、电力电子以及微电子技术等）的采用，生产机械自身装置的简单化构造，然而相对的电气系统的复杂性也在提高。而最终电力拖动系统的性能指标越来越优越，所加工的产品质量和生产率大幅度增加，而生产机械本身的体积却在变小。一般把具有速度调节功能的电力拖动系统简称为调速系统。而此系统又分为交流调速系统和直流调速系统。调速系统的性能指标一般可以根据调速范围、静差率、调速的平滑性、原始投资与运行成本。最后一项为经济指标，其他的为技术指标。
从1980年之后,各个国家出名的电气制造公司都在相继的开发数字式调速传动装置,现如今直流调速系统这已经发展到了一个很高的阶段:比如采用可控硅功率元件;采用表面安装技术控制板;控制方式也发生了很大的变化。数字式直流调速装置具有高精度、控制性能强和抗干扰能力强, 在国内外得到了一致好评。微机控制使得整个调速系统实现全数字化,带来了一系列的方便。
直流电动机在应用中也会存在着一些弊端，但是目前工业生产中许多场合仍然沿用以往的直流电动机。
1.2 课题的提出及意义
首先是从元器件方面的更新，也就是研发出大功率的半导体晶闸管用来代替旧有的普通器件，将旧有的电磁放大电路通过线性器件构成的运算放大器代替。下一个取得革新的地方是将电脑领域跟现代控制理论结合起来加入到电气自动化中，从而使得控制器的处理方式从模拟化变成了数字化。首次革新里面，在电气领域用到的动态设计主要是经典控制理论。但是在第二次革新时在设计思维以及控制理论方面实现了质的飞跃，使得该领域的性能得到提高。在该电气工程里面，用到的主要器件为调速机构和电力拖动等。
从目前的社会发展状况来看，电子信息技术的发展已经逐步渗透到社会中的各个领域，而且取得了显著的成果，尤其是在电气控制技术领域，在电气里面最具代表性的应用为自动调速系统。跟过去使用的交流电机对比，直流电机的劣势很明显，由于直流电机制造不容易、结构复杂、维护困难以及造价较高等不过它本身也有优势比如超高的启动转矩、优越的调速性能以及过载能力高，而且能够适用于广泛领域中的平滑调速，因此到目前为止，在自调速系统中应用最多的还是直流调速系统。同时由于电力电子技术的逐渐进步，出现了一大批控制简单、开关工作速率高的以及等器件，使得本身的优势更明显：当使其运行在开关模式时，导通时的电路损耗少，如果选取的开关频率始终，那么器件的工作效率较高；用到的功率元件不多，关键电路连线容易；如果将其跟快速响应的电机共同工作，那么具有动态响应速度，较宽的频带以及抗干扰性能好等优势；具有较高的开关频率，产生连续的电流，无谐波，电机消耗少发热低等；具有良好的低速工作效果，而且具有很高的精度，较宽的调速区域，能够实现的调速；当使得直流电源工作在不控整流方式下，电网功率的值要高于相控整流器的值。在该系统中主要运用实现直流电机的控制，跟普通的调速方式比较，不但能够降低电源损害，还简化了电源的控制程序，从而解放了人力，而且在电路结构中较简洁、用到的器件不多，所以在系统的维护保养方面更加容易，而且还能够增强系统的动静特性。本文论述了采用硬件控制的方法。
现今，由于电子行业中出现越来越多的大功率产品，使得交流变频调速得到迅速发展而且逐渐占据电子产品的主要位置，不过并不是说旧有的直流调速手段在现代电子产品中完全消失。不同的是，这些年的发展中，交流变频技术受到了阻碍，因此使得直流调速能够更好的进入市场。从可靠程度来讲直流调速是占据首位的，而且在精度方面也比较好。就像我们平常使用的纸张，纸张制造厂需要很高的精度，在轮机定位以及转台控制方面都需要直流调速设备的参与，所以在直流调速中的研究是必不可少的。因为我们都知道直流调速在目前的许多领域都有不可或缺的功效，因此必须深入的了解该调速技术。
1.3 本课题所研究的主要内容
脉宽调制英文名字是也可以叫做因为本身特别的性能，因此经常用到直流电路里面、电机调速以及灯光亮度调整，对于用到的调速技术就是原理构成的设备，目前得到了广泛的应用，比如灯光照明调解、工业直流电机调速、直流电扇、工业传送带调速、以及计算机电源散热等领域。当市面上出现了第一台全控型电子设备之后，相继问世了以为基础的高频开关设备，出现了调制的电动机工作系统，也叫做直流脉宽调速设备，也可称为电机调速设备。跟结构比较而言，很容易发现本身具有的优点。例如：当使其运行在开关模式时，导通时的电路损耗少，如果选取的开关频率始终，那么器件的工作效率较高；用到的功率元件不多，关键电路连线容易；如果将其跟快速响应的电机共同工作，那么具有动态响应速度，较宽的频带以及抗干扰性能好等优势；具有较高的开关频率，产生连续的电流，无谐波，电机消耗少发热低等；具有良好的低速工作效果，而且具有很高的精度，较宽的调速区域，能够实现的调速；当使得直流电源工作在不控整流方式下，电网功率的值要高于相控整流器的值。所以在当今的电子器件领域，结构已经逐渐被结构给代替，尤其在中小型系统里面。
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