（毕业论文 字数：16608 页数：49）摘 要：近年来由于微型机的快速发展，国外交直流系统数字化已经达到实用阶段。由于以微处理器为核心的数字控制系统硬件电路的标准化程度高，制作成本低，且不受器件温度漂移的影响。其控制软件能够进行逻辑判断和复杂运算，可以实现不同于一般线性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制规律。所以微机数字控制系统在各个方面的性能都远远优于模拟控制系统且应用越来越广泛。晶闸管可控整流供电的双闭环直流调速系统是电气传动领域中应用比较广泛，在理论和实践等方面都比较成熟的系统。本文介绍的是用一台2.2KW的直流电动机，AT89C52单片机构成的数字化直流调速系统。特点是用单片机取代模拟触发器、电流调节器、速度调节器等硬件设备。文章主要介绍了单片机控制的双闭环调速系统设计,给出了完整可实施的硬件电路图及系统程序流程图。

关键词：单片机,直流调速系统,晶闸管整流,数字触发器

The Application of Microcomputer in Double Closed-loop DC Speed Control Systems

Abstract: With the fast development of microcomputer, the digitization of AC/DC speed control system for has reached the applied stage overseas. Since the hardware circuit of digital control system centered on microprocessor possesses the advantages, namely, higher standardization and lower cost, and it is not influenced by temperature drift of devices. Furthermore, the control software of digital control system can carry out logical judgment and sophisticated operation, and it has the control laws of optimality, adaptive trait, nonlinear and intelligence, which are different from the ordinary linear adjustability. The function of digital control system has exceeded analog control system in many aspects and it is being used widely. Thyristor rectifier based DC motor speed controlling systems have been widely used in the electrical area, which have been grown up enough in theory and practice. A digital DC speed control system composed by 2.2KW DC motor and AT89C52 single-chip computer is discussed, in which the analog trigger, current regulator, rotation regulator, logical handoff and other devices are replaced by single-chip computer. This paper presents a design technique of the single-chip computer based DC motor speed controlling system, and the corresponding hardware circuitry and software flow chart are given in detail.

Keywords : Single-chip computer; DC speed control systems ; Thyristor
rectifier; Digital trigger

目 录
中文摘要 1
英文摘要 2
1 引 言 3
2 系统整体方案设计 4
2.1 调速方案的选择 4
2.2 整体结构的设计 5
3 主电路设计和参数计算 7
3.1 整流变压器的设计 7
3.2 整流器件的选择 9
3.3 晶闸管的保护电路设计 10
4 单片机控制系统的电路设计 16
4.1 晶闸管触发控制电路设计 16
4.2 输入通道设计 20
4.3 单片机系统的设计 22
4.4 直流稳压电源设计 26
5 数字调节器的设计 27
5.1 控制对象的数学模型建立 27
5.2 数字电流调节器的设计 28
5.3 数字转速调节器的设计 30
6 控制系统的软件设计 34
6.1 主程序设计 34
6.2 中断服务程序 36
6.3 子程序设计 39
结 论 42
谢 辞 43
参考文献 44
附录1 系统主电路原理图 46
附录2 系统控制电路原理图 47
附录3 系统输入输出通道及直流稳压电源原理图 48


1 引 言
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一。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，虽在一定程度上满足了生产要求，但是因为元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响，并且线路复杂、通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响，从而致使系统的运行特性也随之变化，故系统的运行可靠性及准确性得不到保证，甚至出现事故。直流电动机可逆调速系统数字化已经走向实用化，其主要特点是：
（1）常规的晶闸管直流调速系统中大量硬件可用软件代替，从而简化系统结构，减少了电子元件虚焊、接触不良和漂移等引起的一些故障，而且维修方便。
（2）动态参数调整方便。
（3）系统可以方便的设计监控、故障自诊断、故障自动复原程序，以提高系统的可靠性。
（4）可采用数字滤波来提高系统的抗干扰性能。（5）可采用数字反馈来提高系统的精度。
（6）容易与上一级计算机交换信息。
（7）具有信息存储、数据通信的功能。
（8）降低成本。
2 系统整体方案设计
2.1 调速方案的选择
直流电动机转速和其他参量之间的稳态关系可表示为 ，
直流电动机电磁转矩为
式中 n---转速（r/min）；
U---电枢电压（V）；
I---电枢电流（A）；
R---电枢回路总电阻（ ）；
---励磁磁通（Wb）；
---直流电动机在额定磁通下的电动势常数。
---转矩常数， =9.55
在上式中， 是常数，电流I是由负载决定的，因此调节电动机的转速可以有三种方法：
1） 调节电枢供电电压U。
2） 减弱励磁磁通 。
3） 改变电枢回路的电阻R。
对于要求在一定范围内无级平滑调速的系统来说，以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能实现有级调速；减弱磁通虽然能够平滑调速，但调速范围不大，往往只是配合调压方案，在基速（额定转速）以上作小范围的弱磁升速。因此，自动控制的直流系统往往以变压调速为主。
变压调速是直流调速系统用的主要方法，改变电枢电压的方法通常有3种：旋转变流机组，静止可控整流器，直流斩波器和脉宽调制变换器。旋转变流机组简称G-M系统，适用于调速要求不高，要求可逆运行的系统，但其设备多、体积大、费用高、效率低、维护不便。静止可控整流器又称V-M系统，通过调节触发装置的控制电压来移动触发脉冲的相位，即可改变负载电压，从而实现平滑调速，且控制作用快速性能好，提高系统动态性能。直流斩波器和脉宽调制交换器采用PWM受器件各量限制，适用于中、小功率的系统。根据本此设计的技术要求和特点选V-M系统。