电气工程及其自动化专业毕业设计开题报告.doc

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你如果认识从前的我，也许会原谅现在的我。

XXXXXX大学

XXXXXXXX学院

毕业设计（论文）开题报告

　　论文题目：

单片机控制变频调速的设计

　　学生姓名：

　　专业班级：

电气学号：

　　指导教师：

2012年月日

填写说明：

1．题目的背景和意义

对题目的出处

背景和意义进行说明论述

不少于300字

2．题目研究现状概述

通过调研和查阅文献

对题目所涉及的技术、理论和研究成果进行说明论述

不少于1000字

3．题目要完成的主要内容和预期目标

对题目要完成的主要内容进行说明

并说明达到的预期目标

不少于300字

4．进度计划

从设计开始的教学周起

依据任务书的进度安排进行细化并以周为单位给出主要工作和完成的任务

5．参考文献

对2引用的资料、论文或著作按照引用顺序列出参考文献（格式同论文《参考文献》）

不少于10篇（其中近3年的文献占1/3以上）

注：

相应栏不够时自动加页

排版要求：

正文

宋体

小四

行距固定值20磅

　　要求学生在毕业设计（论文）开始后的第2周末完成《开题报告》

并交到指导教师评阅（交电子稿和双面打印稿）

1．题目的背景和意义

　　交流电机是实现交流电能和机械能相互转换的机械

是机电一体化的重要元件之一

在各种工业控制系统中应用及其广泛

交流电机结构简单

制造方便

比较牢固

容易做成高转速

高电压

大电流大容量的电机

而且功率的覆盖范围很大

从几瓦到几十万千瓦、甚至上百万千瓦

到20世纪80年代初

最大的汽轮发电机已达150万千瓦

尤其是随着材料科学、工艺技术、微电子和计算机技术的发展与进步

高度集成电路成了电路系统发展的必然方向

CPU的生产技术越来越先进

也越来越实用了

其中应用比较普遍的是单片机（CPU）

以单片机作为控制系统的核心部件

外加一些外部接口和设备

组成的单片机控制交流电机的调速系统广泛应用于农业生产、交通运输、工业过程控制、国防等自动化设备和各种控制装置等众多领域

因此

研制交流电机的调速控制系统具有十分重大的意义

2．题目研究现状概述

　　自1889年

多利沃-多布罗沃利斯基提出了三相制并制成鼠笼式交流异步电动机以来

三相交流电机的发展已有一百多年的历史了

由于交流电机的转速和电源的频率有关

交流电机的调速始终是一个不好解决的问题

因此起初交流电机主要应用在一些不需要调速的拖动系统和风机中

直到上个世纪七十年代

电子计算机的产生和近二十年来新型快速电力电子元件的产生

才使得交流电机调速成为了可能

并迅速得到普及

　　交流电机调速方法主要有变极调速、调压调速、转子串电阻调速、串级调速、电磁离合器调速和变频调速六种

其中变频调速是目前最流行的一种调速方式

除变频调速以外的另一些简单调速方法只有在特定场合下才会应用

变频调速可分为变频变压调速和矢量控制法

变频变压调速相对简单

已有二十多年的发展经验

在变频调速中应用较多

因此目前市场上出售的变频器多数采用变频变压的调速方法

　　近年来

变频调速技术的飞速发展

主要得利于电力电子学和微电子技术的发展

这些突破性的技术进步使得以各种变频调速控制方式、PWM脉宽调制技术、MCU微处理器和大规模集成电路为基础的全数字化控制技术均在变频调速中获得成功的应用

　　电力电子变频调速的主要原理是：

先将三相（或单相）电源通过整流桥堆整流成直流电

再把直流电用逆变桥堆逆变成频率任意可调的三相（或单相）交流电

而整个主电路中最为关键的就是逆变电路

它是有六个开关器件（目前广泛使用IGBT）组成

在逆变的过程中

这六个开关器件由微处理器发出PWM信号控制

按照一定的规律不停地导通和截止

从而产生不同频率的交流电

　　目前应用最为广泛的逆变PWM技术就是SPWM技术

正弦脉宽调制法（SPWM）这项技术的特点是原理简单

通用性强

控制和调节性能好

能消除固有频率的高次谐波分量

设计简单等一系列的优点

该技术在逆变器中输出的波形非常接近正弦波

因此在中小型逆变器中广泛使用

实现SPWM波形生成的控制方式有模拟控制和数字控制两种

前者在逆变器中技术成熟、控制性能优良

但是也存在很多的缺陷

例如原件众多

设计周期长

调试复杂

受温漂和时漂的影响大

随着数字信号处理技术的发展

在电力电子和电力传动控制领域已经开始广泛使用数字控制技术

由数字技术控制的逆变器成为了各大逆变器商家的研究热点

　　采用单片机全数字控制交流电机变频调速有很大的优点

8位的

16位的大容量微处理器在变频器中不断应用

控制精度不断的提高

由于采用的数字量

不易受环境的影响

控制的稳定性好

微处理器都采用大规模的集成电路

控制系统中硬件的数量比较少

故障率比较低

系统可靠性得到提高

而且单片机的逻辑运算能力强

可以实现自诊断、故障报警等功能

能够与上位机进行通信

实时上传运行状态

容易实现电气控制智能化

3．题目要完成的主要内容和预期目标

　　主要内容：

　　众所周知

在很长的一段历史时期内

直流电机以其优良的调速性能垄断了调速传动领域

而交流电机大多应用在一些不需要精密调速的工农业生产中

究其原因是交流电机的速度和电源频率直接相关

而电源的频率不易改变

因此

本文旨在应用单片机技术、PWM技术、整流技术和逆变技术

将固定频率的三相交流电先整流成直流电

通过单片机控制六路PWM脉冲的输出

由逆变电路把整流后的直流电逆变成可调频率的三相交流电源

供交流电机使用

从而控制交流电机的转速

其中

六路PWM脉冲发生电路是本设计的核心部分

它性能的好坏

直接关系到整个交流变频调速系统的工作状况

设计之初

先收集整个变频调速系统各个电路模块的相关资料和相关电子元器件信息

并进行可行性论证

绘制出系统的电路图

之后上机软件仿真

最后将会给出预期实验结果、各部分电路模块的详细设计过程和部分程序

并提供实物装置和完整的论文

　　预期目标：

（1）设计电路结构

选择电路元器件

画出实用电路原理图

（2）上机仿真、焊接并调试电路

　　（3）单片机控制变频调速主要技术指标及要求：

由主电路中的整流桥把固定频率的380V三相交流电整流成直流电

再由控制电路控制逆变桥逆变产生可调频率的近视三相交流电

供给交流电机使用

在某一较大的调速范围内实现对交流电机的变频调速

4．进度计划

　　第3周查阅文献；分析题目研究现状

学习基本理论

　　第4周阅读文献、撰写开题报告

　　第5周交流电机的工作原理及数学模型；英文文献翻译

　　第6周学习单片机的相关知识；

　　第7-8周学习PWM的相关知识；

　　第9-11周上机仿真、焊接电路

　　第12-13周整理仿真数据、图表、测试电路

　　第14周撰写毕业论文、完成初稿

　　第15周整理、完善论文；

　　第16周论文打印、装订、准备答辩

5．参考文献

[1]杜洋

爱上单片机

北京：

人民邮电出版社；2010

[2]马晓亮.大功率交交变频交流调速及矢量控制[M].北京:

机械工业出版社

1992

[3]陈伯时

陆敏逊.交流调速系统[M].北京:

机械工业出版社

1998

[4]李朝春

单片机原理及接口技术

北京：

北京航空航天出版社；2005

[5]戴佳

戴卫恒

51单片机C语言应用程序设计实例精讲[M].北京：

电子工业出版社；2006.

[6]谭政华

智能化逆变电源的研制极其SPWM波软件生成

上海交通大学2000

[7]胡崇岳

现代交流调速技术

机械工业出版社

1998年

[8]付家才

单片机控制工程实践技术[M].北京:

化学工业出版社；2004.

[9]阎石

数字电子技术基础（第四版）

北京：

高等教育出版社；2006

[10]刘颖鑫.基于单片机控制的逆变稳压电源[J].数控技术

2011（10）：

1-2.

[11]石友仁.基于单片机逆变稳压电源的设计[J].移动电源与车辆

2006（4）：

15-18.

[12]刘福才

张学莲

刘立伟

多级电机传动系统的同步控制理论与应用研究[J].控制工程.2002

9（4）：

87-97.

[13]李志勇

硬轴联结多电机功率平衡控制方法[J].电机与控制学报

2009

13（3）：

398-401.

[14]陈享成

耿长青

基于单片机的LCD显示终端设计

[J]

电力自动化设备

2009.9（27）:

5-12

指导教师意见：

指导教师签字：

年月日

注：

要求在毕业设计（论文）开始后第2周内

双面打印后交指导教师

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