電動(dòng)自行車(chē)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)_畢業(yè)論文.doc

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1、鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（2013）目錄1、概述11.1電動(dòng)自行車(chē)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的意義11.2研究現(xiàn)狀綜述11.3研究方法21.3.1直流電機(jī)調(diào)速原理21.3.2直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式32、系統(tǒng)總體方案論證42.1系統(tǒng)方案比較與選擇42.2系統(tǒng)方案描述43、硬件電路的模塊設(shè)計(jì)53.1控制電路設(shè)計(jì)53.2信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)63.3驅(qū)動(dòng)電路方案及參數(shù)描述73.3.1IR2110驅(qū)動(dòng)電路中IGBT抗干擾設(shè)計(jì)83.3.2IR2110功率驅(qū)動(dòng)介紹93.3.3H橋驅(qū)動(dòng)電路原理103.4穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)103.5光電測(cè)速電路114、系統(tǒng)軟件

2、設(shè)計(jì)124.1電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和速度控制程序設(shè)計(jì)134.2PWM調(diào)速與測(cè)速程序設(shè)計(jì)154.2.1PCA捕獲模式154.2.2PCA脈寬調(diào)節(jié)模式???164.2.3PWM調(diào)制信號(hào)接收模塊?175.系統(tǒng)調(diào)試196、結(jié)束語(yǔ)20參考文獻(xiàn)21致謝22附錄1原理圖23附錄2PCB圖24附錄3程序清單251、定時(shí)器程序252、延時(shí)程序263、LCD顯示程序264、PWM程序305、電動(dòng)機(jī)調(diào)速程序326、主程序3537鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（2013）電動(dòng)自行車(chē)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1、概述1.1研究現(xiàn)狀綜述20世紀(jì)70年代以來(lái)，直流電機(jī)傳動(dòng)經(jīng)歷

3、了重大的技術(shù)、裝備變革。整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習(xí)用已久的直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組及水銀整流裝置使直流電氣傳動(dòng)完成了一次大的躍進(jìn)[1]。同時(shí)，高集成化、小型化、高可靠性及低成本成為控制的電路的發(fā)展方向。使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中仍然難以替代[1]。早期直流傳動(dòng)的控制系統(tǒng)采用模擬分離器件構(gòu)成，由于模擬器件有其固有的缺點(diǎn)，如存在溫漂、零漂電壓，構(gòu)成系統(tǒng)的器件較多，使得模擬直流傳動(dòng)系統(tǒng)的控制精度及

4、可靠性較低[2]。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，微處理器已經(jīng)廣泛使用于直流傳動(dòng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化控制。由于微處理器以數(shù)字信號(hào)工作，控制手段靈活方便，抗干擾能力強(qiáng)。所以，全數(shù)字直流調(diào)速控制精度、可靠性和穩(wěn)定性比模擬直流調(diào)速系統(tǒng)大大提高。直流傳動(dòng)控制采用微處理器實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，使直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)嶄新的階段。采用微處理器控制，使整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字化程度，智能化程度有很大改觀；采用微處理器控制，使調(diào)速系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上簡(jiǎn)單化，可靠性提高，操作維護(hù)變得簡(jiǎn)捷，電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速精度等方面達(dá)到較高水平?，F(xiàn)階段，我國(guó)還沒(méi)有自主的全數(shù)字化直流調(diào)

5、速控制裝置生產(chǎn)商，而國(guó)外先進(jìn)的控制器價(jià)格昂貴，且技術(shù)轉(zhuǎn)讓受限，為此研究及更好的使用國(guó)外先進(jìn)的控制器，吸收國(guó)外先進(jìn)的數(shù)字化直流電機(jī)調(diào)速裝置的優(yōu)點(diǎn)，具有重要的實(shí)際意義和重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。1.2研究方法1.2.1直流電機(jī)調(diào)速原理直流電動(dòng)機(jī)根據(jù)勵(lì)磁方式不同，直流電動(dòng)機(jī)分為自勵(lì)和他勵(lì)兩種類(lèi)型。不同勵(lì)磁方式的直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線有所不同。但是對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有以下公式：其中：U—電壓；R內(nèi)—?jiǎng)?lì)磁繞組本身的電阻；f—每極磁通(Wb)；Cc—電勢(shì)常數(shù)；Cr—轉(zhuǎn)矩常量[3]。由上式可知，直流電機(jī)的速度控制既可采用電樞控制法，也可采用磁

6、場(chǎng)控制法。磁場(chǎng)控制法控制磁通，其控制功率雖然較小，但低速時(shí)受到磁極飽和的限制，高速時(shí)受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制[4]37鹽城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（2013），而且由于勵(lì)磁線圈電感較大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差[5]。所以在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中常用的方法是電樞控制法。圖1-1直流電機(jī)的工作原理圖電樞控制是在勵(lì)磁電壓不變的情況下，把控制電壓信號(hào)加到電機(jī)的電樞上，以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。傳統(tǒng)的改變電壓方法是在電樞回路中串聯(lián)一個(gè)電阻，通過(guò)調(diào)節(jié)電阻改變電樞電壓，達(dá)到調(diào)速的目的，這種方法效率低、平滑度差，由于串聯(lián)電阻上要消耗電功率，因而經(jīng)濟(jì)效益低，

7、而且轉(zhuǎn)速越慢，能耗越大[6]。隨著電力電子的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的電樞電壓控制方法。如：由交流電源供電，使用晶閘管整流器進(jìn)行相控調(diào)壓；脈寬調(diào)制(PWM)調(diào)壓等等。調(diào)壓調(diào)速法具有平滑度高，能耗少，精度高等優(yōu)點(diǎn)。在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用其中脈寬調(diào)制(PWM)應(yīng)用更為廣泛。脈寬調(diào)速利用一個(gè)固定的頻率來(lái)控制電源的接通或斷開(kāi)，并通過(guò)改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開(kāi)”時(shí)間的長(zhǎng)短，即改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來(lái)改變平均電壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此，PWM又被稱(chēng)為“開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。圖1-2電樞電壓占空比和平均電壓的關(guān)系圖37鹽

8、城工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（2013）根據(jù)圖1-2，如果電機(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為Vmax，占空比為D=t1/T，則電機(jī)的平均速度為：D*Vmax=V*D，可見(jiàn)只要改變占空比D，就可以得到不同的電機(jī)速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的[7]。1.2.2直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式（1）基于晶閘管作為主電路的調(diào)速系統(tǒng)晶閘管的調(diào)速系統(tǒng)是