基于PLC的可逆变三相异步电机调速系统程设计论文.docx

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基于PLC的可逆变三相异步电机调速系统程设计论文

基础课程设计（论文）

基于PLC的可逆变三相异步电机调速系统

摘要

近年来，随着科技的进步，直流电机得到了越来越广泛的应用，直流具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起动、制动和反转，需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求，从而对直流电机提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求，这是通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。

采取传统的调速系统主要有以下的缺陷：

模拟电路容易随时间飘移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。

而用PWM技术后，避免上述的缺点，实现了数字式控制模拟信号，可以大幅度减低成本和功耗。

并且PWM调速系统开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电流，低速特性好；同时，开关频率高，快响应特性好，动态抗干扰能力强，可获很宽的频带；开关元件只需工作在开关状态，主电路损耗小，装置的效率高，具有节约空间、经济好等特点。

本系统已STC89C52单片机为核心，通过内部定时器产生PWM波形，控制LN298大功率H桥路驱动直流电机已达到控制转速的目的。

通过数码管将速度等级显示出来，此外可以通过按键控制电机的正传反转、以及电机速度加和减。

关键词：

STC89C52;单片机；PWM调速；数码管显示；按键

ABSTRACT

Inrecentyears,withtheprogressofscienceandtechnology,theDCmotorhasbeenusedmoreandmorewidely,DChasexcellentspeedcharacteristics,speedsmooth,convenient,widespeedrange,strongoverloadcapacity,abletowithstandtheimpactoffrequentload,extremelyfaststarting,brakingandreversecanberealizedwithoutfrequent,needtomeetthespecificrequirementsofvarioustheproductionprocessautomationsystemisdifferent,soastoputforwardahigherrequesttotheDCmotor,thearmaturecircuitresistancespeedchange,tochangethevoltagecontroltechniquecan'tmeettherequirementsofmodernscienceandtechnology,itisthroughthePWMmodecontrolDCmotorspeedwillemergeasthetimesrequire.

Takethetraditionalspeedregulationsystemmainlyhasthefollowingdefects:

analogcircuitiseasytodriftovertime,willproducesomeunnecessaryheatloss,andsensitivetonoise.UsingPWMtechnology,toavoidthedisadvantages,realizationofthedigitalcontrolofanalogsignal,cangreatlyreducethecostandpowerconsumption.AndthehigherswitchingfrequencyPWMspeedcontrolsystem,filteringeffectcanbeobtainedbyarmatureinductanceDCcurrentsmooth,goodlow-speedperformance;atthesametime,highswitchingfrequency,fastdynamicresponsecharacteristicsofagood,stronganti-interferenceability,canobtainawidefrequencyband;theswitchingelementonlyneedstoworkinthestateoftheswitch,themaincircuitloss,theefficiencyofthedeviceishigh,hasthecharacteristicsofsavingspace,economyetc..

ThesystemisSTC89C52microcontrollerasthecore,PWMwaveformgeneratedbytheinternaltimer,controlLN298highpowerHbridgedriveDCmotorhastocontrolthespeedofthe.Throughthedigitaltubedisplayspeedgrade,alsocanthroughthebuttoncontrolmotorstoryofinversion,andthemotorspeedtoaddandsubtract.

Keywords:

STC89C52;MCU;PWMcontrol;digitaltubedisplaykey;

1绪论

1.1课题研究的背景

近年来，随着科技的进步，直流电机得到了越来越广泛的应用，直流具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起动、制动和反转，需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求，从而对直流电机提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求，这是通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。

采取传统的调速系统主要有以下的缺陷：

模拟电路容易随时间飘移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。

而用PWM技术后，避免上述的缺点，实现了数字式控制模拟信号，可以大幅度减低成本和功耗。

并且PWM调速系统开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电流，低速特性好；同时，开关频率高，快响应特性好，动态抗干扰能力强，可获很宽的频带；开关元件只需工作在开关状态，主电路损耗小，装置的效率高，具有节约空间、经济好等特点。

现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备，目前在直流电动机拖动系统中已大量采用晶闸管（即可控硅）装置向电动机供电的KZ—D拖动系统，取代了笨重的发电动一电动机的F—D系统，又伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。

直流电机调速基本原理是比较简单的（相对于交流电机），只要改变电机的电压就可以改变转速了。

改变电压的方法很多，最常见的一种PWM脉宽调制，调节电机的输入占空比就可以控制电机的平均电压，控制转速。

PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。

直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。

随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展，到目前为止，已经出现了多种PWM控制技术。

随着我国经济和文化事业的发展，在很多场合，都要求有直流电机PWM调速系统来进行调速，诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。

1.2国内外技术发展的现状

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。

从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。

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。

传统的控制系统采用模拟元件，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，故系统的运行可靠性及准确性得不到保证，甚至出现事故。

目前，直流电动机调速系统数字化已经走向实用化，伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。

1.3本设计的目标任务

本系统已STC89C52单片机为核心，通过内部定时器产生PWM波形，控制LN298大功率H桥路驱动直流电机已达到控制转速的目的。

通过数码管将速度等级显示出来，此外可以通过按键控制电机的正传反转、以及电机速度加和减。

功能主要包括：

（1）直流电机的正转控制；

（2）直流电机的反转控制；

（3）直流电机的加速控制；

（4）直流电机的减速控制；

（5）数码管显示电路设计与实现；

（6）单片机最小系统设计；

（7）电机驱动电路设计；

2系统总体方案

2.1主控制芯片的选择

本次设计采用STC12C5A60S2单片机作为为控制，STC12C5A60S2单片机是对目前所有兼容Intel8031指令系统的单片机的统称。

该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机，后来随着Flashrom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。

目前很多公司都有51系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。

51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。

需要注意的是52系列的单片机一般不具备自编程能力。

51成本低廉，使用方便，适合与本系统的温度检测与控制。

2.2显示电路的比较与选择

方案一：

采用数码管显示。

数码管显示具有亮度高、显示简单简洁、成本低廉，可靠性高、响应速度快等有点。

在实际工程中，人即便站在很远的位置也能看清楚数码管显示的信息。

虽然数码管驱动简单，采用硬件驱动即不需要程序控制，完全不占用CPU的资源。

方案二：

采用LCD12864液晶显示。

LCD12864液晶器虽然显示信息丰富，能够显示汉字和字符，并且显示平稳、省电、美观。

但软件操作简单，无需专门的驱动程序方能驱动器件，系统的实时性需要也