性能提出了更高的要求。在直流电机控制系统中，普遍采用以单片机或作为微处理器的控制系统。由于单片机或控制电机占用端口资源多所需周边元器件电较多，对整个系统的稳定性和可靠性有较大影响。可编程控制器作为种工业控制装置以抗干扰能力强和可靠性高而著称随着可编程控制器的迅速发展，其性价比也在不断提高，本文利用对直流电机进行调速控制，以提高直流调速系统的控制性能。为实现直流电机的数字控制提供了种新的有效方法。直流调速系统的简介直流调速系统，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。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，在定程度上满足了生产要求。由于调速系统的主要被控量是转速故把转速负反馈组成的环作为外环，以保证电动机的转速准确跟随给定电压，把由电流负反馈组成的环作为内环，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制电力电子变换器，这就形成了转速电流双闭环调速系统。直流调速系统具有调速性能优良可靠性高等优点，被广泛的应用。直流调速系统是弱电控制与强电控制相结合的系统。系统弱电部分检测系统工作时的转速电枢电流电机温度晶闸管温度等信号，根据检测到的信号发出控制信号。由于直流电动机具有良好的运动性能和控制特性，尽管它不如交流电动机那样结构简单价格便宜制造方便维护容易，但是长期以来，直流调速系统直占据垄断地位。当然，近年来，随着计算机技术电力电子技术和控制技术的发展，交流调速系统发展快，在许多场合正逐渐取代直流调速系统。但是就目前来看，直流调速系统仍然是自动调速系统的主要形式。有许多生产机械要求电动机既能正传，又能反转，而且常常还需要快速的起动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。改变电枢电压的极性，或者改变励磁磁通的方向，都能改变直流电动机的旋二〇三年五月十日星期五转方向，这本来是很简单的事。然而，当电动机采用电力电子模块进行了详细的介绍，给出了程序设计思路以及程序流程图。详细的梯形图程序见附录部分。为反馈电流是否小于进行运算数字触发器电动机转速电流调节器输出锁进行运算二〇三年五月十日星期五第章系统调试及运行结果未完成调试过程硬件模块测试软件模块测试系统运行过程说明仿真模拟直流电机的调速系统实验结果分析本章小结第章结论致谢参考文献二〇三年五月十日星期五中南大学本科生毕业论文设计题目基于的直流可逆调速系统的设计学生姓名指导教师学院信息学院专业班级完成时间二〇三年五月十日星期五摘要直流电机有着优异的性能，在现代工业生产中的应用很广泛。随着科技的发展，直流电机的调速被要求有更高的精度和更为智能化的调节。有许多生产机械，要求电动机既能正转，又能反转，而且常常还需要快速的起动和制动，这就需要电力拖动系统具有四象限运行的特性，也就是说，需要可逆的调速系统。通过查阅相关资料，对于直流电机的调速有了更加深入的了解。最初着手，从课题的研究背景和意义进行了分析，又对国内外的直流调速系统的发展现状和趋势进行了调查研究。根据系统的需求，经过多种方案的分析选择和论证，最终选用了型双极性可逆的电路结构，作为直流电动机的驱动电路，采用双闭环电流环和速度环，反馈调节。基于对于调速系统的高速性能要求不是很高，而且考虑到算法的易实现程度，经过折衷各种算法的优缺点最终选择了控制，作为系统的控制策略。个完整的控制系统，正常运行，必须要包括硬件和软件两部分。按照系统的控制要求，对系统的硬件和软件部分都做了设计，通过的程序控制来实现直流电机的可逆调速。最后，绘制整个系统的硬件电路图。在理论设计完成的基础上，对控制系统的软件和硬件部分进行了安装和调试工作。系统方正，将参数投入到实验系统中。本文对于实际系统的操作流程和运行结果做了相应的展示。二〇三年五月十日星期五，二〇三年五月十日星期五摘要第章绪论课题研究的背景和意义直流调速系统的简介在电机调速中的应用直流调速系统的研究和发展国内直流电机调速系统研究现状国外直流电机调速系统的研究现状直流电机系统控制的发展及分类课题完成的内容概述本章小结第二章调速系统方案选择与总体设计的基本原理直流调速原理调速系统整体控制思路调速方式的选择双闭环直流调速系统的设计系统控制策略控制系统时间常数的设定脉宽调速脉宽调速技术脉宽调速分类双极性本章小结第三章调速系统的硬件设计模块系统硬件设计硬件整体结构模块主电路的硬件设计主回路硬件电路元件选择分析操作电路设计系统的控制电路设计电流环设计转速环设计功率管驱动电路直流电源电路硬件电路板设计板的设计电路板注意事项本章小结第章调速系统的软件设计模块控制系统程序设计二〇三年五月十日星期五编程环境基本思路控制系统主程序设计控制系统子程序设计速度初始化子程序转速检测子程序电流检测子程序控制子程序电流环及转速环子程序本章小结第章系统调试及运行结果未完成调试过程硬件模块测试软件模块测试系统运行过程说明仿真模拟直流电机的调速系统实验结果分析本章小结第章结论和地电位差的影响，不使其形成环路。将数字地模拟地及功率地分开，最后只在点相连，否则数字信号电流会在模拟系统的地线中形成干扰，使模拟信号失真。为了避免干扰，还可以在电源地线之间加上去耦电容。尽量加宽电源地线宽度，在板上把没用上的地方都与地相连接作为地线用。本章小结系统硬件结构的设计，给出了系统硬件整体结构框图。对主回路操作回路，以及转速反馈处理单元电流电压检测处理单元功率管驱动电路直流电源电路等控制回路分别做出分析，给出各模块的相关电路图，并完成了主要器件的选型工作。二〇三年五月十日星期五第章调速系统的软件设计模块用户软件的设计要基于产品提供的编程语言。常采用的编程语言有以下几种梯形图语言助记符语言逻辑功能图语言和高级语言。本文设计采用了模块化的方式，将主程序根据功能分成了各个子程序，使条理更清晰，也便于程序的书写与调试。符合当前编程的技术和工程理念。前面已经讨论了转速给定转速反馈电流反馈电压与的输入联接问题。要从外部输入电流反馈和转速反馈信号，输出触发脉冲信号，其余工作均在内部完成，数字给定也是用软件方法在内部设定。经分析，系统程序由主程序电流环子程序及转速环子程序等组成。控制系统程序设计编程环境本设计的数字控制器为可编程控制器，在编程软件下进行程序的编译和监控运行。可编程控制器有梯形图语句表功能块图顺序功能图等几种不同的编程语言。由于梯形图是由传统的继电器控制系统演变而来，继承了继电器控制系统中的基本工作原理和电气逻辑关系表示方法，使得采用梯形图编程时具有直观清晰的特点。本设计中即采用梯形图进行程序的编写。基本思路系统软件部分整体设计框图如图所示。二〇三年五月十日星期五控制系统主程序设计主程序模块的程序流程图如图所示。系统运行时，主程序处于循环扫描状态。在系统运行的最初阶段，需要对操作回路和控制回路进行自检，确保操作回路和控制回路无故障后，方可进行下步操作。在主程序中设置自检功能模块。在第个扫描周期内，若自检按钮按下，则检查的输入和输出状态是否正确，不管正确与否都进行相应的状态显示，若不正确，立即使主机由模式切换到模式，否则，允许对系统进行进步操作并且在每个扫描周期都二〇三年五月十日星期五进行如下操接将该电压作为电流反馈电压单片机构成的系统将该电压经转换输入单片机系统，系统当然也可用模拟量模块进行转换。由于只有路模拟量需要转换，为降低成本，此处采用电压频率转换器将电流反馈电压转换成相应频率的脉冲信号，通过测量单位时间内的脉冲数，可计算出反馈电压的大小。此处选用公司的系列典型器件。工程上电流环采样周期为，此处选采样周期为，由于电流反馈电压已转换成脉冲频率信号，可采用类似于转速检测的方法实现电流反馈检测，将电流脉冲送入的高速计数端，计数时间选为存放正比于电流反二〇三年五月十日星期五馈电压的脉冲密度，梯形图如图所示。图电流检测环节梯形图控制子程序在双闭环直流调速系统中的应用本设计采用的是数字控制。调节器由比例调节器，积分调节器和微分调节器构成，它通过对偏差值的比例积分和微分运算后，用计算所得的控制量来控制被控对象，如图为控制系统框图，图为控制算法的流程图。图系统框图比例积分微分生产过程二〇三年五月十日星期五图控制算法流程图电流环及转速环子程序电流环在电流环子程序中，首先判断速度给定与速度反馈是否为，若成立，说明电动机处于停转状态，需将电流调节器输出锁，保证不会误起动若不为，则正常工作。在进行电流环控制算法的运算前，再对采样所得的电流反馈进行判别，若小于个设定值ε，则认为电流已经断续，则进行运算。反之，进行运算，实现电流的自适应控制。经控制算法后得到的控制量再经晶闸管控制角的最小角或角限制后，就得到了值。其流程图如图所示。初始化从取数据求计算控制增量将控制量输出给为下时刻做准备采样时间到被控对象二〇三年五月十日星期五图电流环子程序流程图转速环在转速环