摘 要

起重机平移机构，是起重机中负责重物的水平搬运或起重机工作位置调整的装置，通常通过电机正反向控制来实现左右移动，在研究平移机构的电机调速控制系统时，可将其视作恒转矩负载。当今世界工业的快速发展对起重机械的性能提出了越来越高的要求，而起重机机械性能的优良则主要取决于调速系统性能的优良。研究性能优良的交流调速系统装置，对现代工业的发展具有重要意义。

现代交流调速技术的发展，可以说是建立在电力电子技术与计算机技术的发展之上的。二者在调速系统上的应用，大大降低了调速装置的成本和体积，提高了交流调速系统的可靠性和智能性。

本文研究了一种基于单片机的起重机平移机构晶闸管调压调速装置，装置采用专门用于电机控制的STC12C5A08AD单片机作为控制芯片，软件部分采用转速电流双闭环调速结构，静态与动态性能优越。本文的创新点在于转速反馈部分采用转子频率检测来间接得到转速，晶闸管触发部分采用单片机生成六路移相脉冲，这样就可以省去测速发电机和移相电路的使用，简化了电路结构，节约了成本。对调速系统的各部分电路例如电流检测电路、转子频率检测电路、I/O扩展电路等作了详细的介绍与仿真，同时给出了软件各个部分的程序流程图。最后使用proteus与matlab进行了开环与闭环仿真。最终仿真结果表明，该装置静态与动态表现良好，是一种性能优越的数字化电力电子调速装置。

关键词：交流调速；双闭环控制；晶闸管

Abstract

Crane translation mechanism is a device responsible for the horizontal handling of heavy objects or the adjustment of crane working position in the crane, usually through the motor forward and backward control to achieve left and right movement, in the study of the translation mechanism of the motor speed control system, it can be regarded as a constant torque load. Nowadays, the fast growth of the world manufacturing has put forward higher and higher requirements on the performance of the crane, and the mechanical performance of the crane depends on the performance of the speed control system. It is important for the development of modern industry to study the excellent ac speed regulating system.

The growth of modern ac speed regulation technology can be said to be based on the development of power electronic and computer control. The application of the two in the speed control system greatly reduces the cost and volume of the speed control device and improves the reliability and intelligence of the ac speed control system.

In this paper, a kind of thyristor voltage regulating and speed regulating device of crane translation mechanism based on single chip microcomputer is studied. STC12C5A08AD single chip microcomputer which is specially used for motor control is adopted as the control chip. The device adopts the speed current double closed-loop speed regulation structure, the speed feedback part adopts the rotor frequency detection to obtain the speed indirectly, and the thyristor trigger part USES the single-chip microcomputer to generate the six-way phase-shifting pulse, so as to save the use of the speed measuring generator and phase-shifting circuit, simplify the circuit structure and save the cost. The circuit of every part of the regulation system, such as current detection circuit, rotor frequency detection circuit, I/O expansion circuit, is introduced and simulated in detail, and the flow chart of each part of the software is given. Finally, open - loop and closed - loop simulation is carried out with proteus and matlab. The simulation shows that the device is a digital power electronic speed regulating device with superior performance.

Key words: ac speed regulation; Double closed-loop control; thyristor

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究意义 1

1.2 电机交流调速发展概况 1

1.3 起重机调速发展概况 2

1.4本文研究内容 4

第2章 平移机构调压调速相关原理 5

2.1平移机构负载等效 5

2.2异步电机调速原理 5

2.2.1 异步电机调速静态模型 5

2.2.2 基于稳态模型的异步电机调速分类 9

2.3晶闸管调压调速分析 10

2.3.1 晶闸管基本结构及原理 10

2.3.2 晶闸管交流调压 11

2.4双闭环控制的调压调速系统 12

第三章 系统硬件设计 14

3.1 输入转换电路 14

3.2平移控制电路 15

3.2.1 单片机简介 16

3.2.2转子频率检测电路 17

3.2.3电流检测电路 21

3.2.4 I/O扩展电路 22

3.2.5 过压过流保护电路 24

3.3 通讯电路 24

3.4输出控制电路 25

3.5触发控制电路 26

第4章 系统软件设计 27

4.1 主程序与保护程序流程图 27

4.1.1 主程序流程图 27

4.1.2 中断保护程序流程图 28

4.2 转子频率检测子程序流程图 29

4.3 电流检测子程序流程图 30

4.4 PID运算子程序流程图 31

4.5 触发控制程序 33

4.6 软件部分仿真 34

4.6.1 proteus仿真 34

4.6.2 matlab仿真 38

第5章 总结 43

参考文献 44

致谢 46

第1章 绪论

1.1 研究意义

桥式起重机，俗称行车式起重机，通常水平安装在厂房、仓库、工厂上方，用于吊装物料。

平移机构，是起重机中负责重物的水平移动或用来调整起重机位置的机构，组成结构为电动机、减速器、制动器和车轮，通常通过电机正反向控制来实现左右移动。当今世界工业的快速发展对起重机械的性能提出了越来越高的要求，而起重机机械性能的优良则主要取决于调速系统性能的优良。常用的行车式起重机通常采用转子串电阻调速，这种调速方法起动和制动冲击大，严重影响机械的安全性和使用寿命。因此，研究性能优良的交流调速系统装置，对现代工业的发展具有重要意义。

1.2 电机交流调速发展概况

在实践生产中，常常希望电机具有高效率的机电能量转换，并且能依照实践生产中的工艺要求精确控制转速大小。因此，调速技术一直是电力传输领域研究的热点。

直流电机由于调速性能优异，在20世纪的很长一段时间里，被广泛应用于工程操作中。直流电机电磁结构的简单使其本身在调速的静态性能上已经占据优势，而转速电流双闭环直流调速系统的发明和应用，使其在动态性能上也十分优越。因此，80年代以前，直流调速一直占据主导地位^[2]。