姓名 学号 指导
教师 职称
学历 教授
课题名称 直流电动机转速控制系统的上位机界面设计
毕业设计（论文）类型（划√） 工程设计 应用研究 开发研究 基础研究 其他
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本课题的研究目的和意义：
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，可以实现复杂的控制，控制灵活性和适应性好，无零点漂移，控制精密高，可提供人机界面，多机联网工作。
通过毕业设计培养学生综合运用、巩固与扩展所学的基础理论和专业知识，培养学生独立分析、解决一般工程实际问题的能力；使学生掌握嵌入式领域中主流的硬件、软件设计开发的主要流程及常用开发工具的使用方法；掌握串口通信程序的设计方法；掌握基于LabWindows/CVI进行上位机界面设计的方法。
文献综述（国内外研究情况及其发展）：
电动机的控制技术的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、电动控制技术、微机应用技术的最新发展成果[4]。正是这些技术的进步使电机控制技术在近20多年内发生了翻天覆地的变化，其中电动机的控制部分已由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字和模拟的混合控制系统和纯数字控制的应用，并曾向全数字化控制方向快速发展。电动机的驱动部分所用的功率器件经历了几次更新换代，目前开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成为主流[8]。功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动控制方法能够得到实现，脉宽调制控制方法（PWM和SPWM）,变频技术在直流调速和交流调速中获得广泛的应用。永磁材料技术的突破与微电子技术的结合又产生了一批新型电动机，如永磁直流电动机、交流伺服电动机、开关磁阻电动机、超声波电动机、专为变频设计的交流电动机等。
电机行业是适应中国工业发展对电机的需求，逐步建立并完善起来。20世纪60年代初期建成了许多专业生产电机的企业和研究所，自行设计了接触式自整角机、交流和直流伺服电机等多种微型特种电机产品。80年代，为满足家用电器市场需求以及微型计算机的广泛应用和普及，引进了步进电机生产线，并开发了宽调速直流伺服电动机和军用电机。90年代以后，由于国外市场的转移，电机行业的发展速度加快，推出了永磁交流伺服电动机、无刷直流电动机等新产品。同时，随着控制理论的进一步完善和集成电路的广泛应用，电机控制技术获得迅速发展。
我国电机未来的发展趋势:由于能源和环境问题的日显重要，对于工业领域中的主要动力设备—中小型异步电机，国外出现了更高效率的所谓“超高效率电机”。在我国也非常有必要考虑超高效率电机的发展和应用。
国外的直流电动机发展比国内的发展起步早，所以在直流电动机应用的前几十年中国一直都是借鉴而创新的东西很少。在国外单纯从直流电动机上讲从技术以及工艺上都超过了国内，虽然国内理论认识非常充足，但是实践上的问题还是不少。2009年直流电机行业企业受到金融风暴冲击，状况不稳定。直流电机行业竞争手段将更为多样化，市场环境更为复杂化，产品更新快速化。
对于直流电机企业，有更多难以控制的风险，也有更难把握的机遇。我国直流电机行业影响也是巨大，金融危机下直流电机行业的宏观经济环境并不是非常乐观，但是不是不可救药的，应该在险峻的形势下发展新的产品，从工艺上以及技术上不断创新，这样应得更好的市场。
参考文献
[1] 王之道,周靖,刘旭,一种基于AT89C2051单片机的直流电机调速装置, [J]机械工程与自动化2009(5)
[2] 茹占军,谢家兴,基于AT89S52单片机直流电机调速系统的设计, [J].软件导刊2010, 9(8)
[3] 赵鸿图,基于单片机AT89C51的直流电机PWM调速系统[J].电子技术 ，2008, 45(10)
[4] 周润景,张丽娜.基于Proteus的电路及单片机系统设计与仿真[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.
[5] 宁成军,张江霞.基于Proteus和Keil接口的单片机外围硬件电路仿真[J].现代电子技术,2006,29(18):142-143,146.
[6] 陈良光，管聪慧.由数字式传感器 DS18B20 构成的多点测温系统[J].传感器世界, 1999, 9.
[7] 杜洋,DS18B20温度传感器应用解析,2007.3.16
[8] 马忠梅，张凯，等.单片机的C语言应用程序设计(第四版).北京航空航天大学出版社
本课题的主要研究内容（提纲）和成果形式：
研究内容：
通过按键及上位机输入电动机的转速，输入后单片机能够根据PID控制算法控制电动机的速度稳定在该速度值运行，且能够通过数码管实时显示当前的速度值；通过上位机界面实时绘制电动机当前的转速曲线；PID控制算法的参数能够通过按键及上位机界面进行设定；设计串口通信程序；基于LabWindows/CVI进行上位机界面设计，要求：（1）能够对转速及各种控制参数进行设定；（2）能够绘制电机转速的实时速度曲线。
成果形式：上机位设计代码及论文一份
拟解决的关键问题：
上位机系统软件是LabWindows/CVI开发的，设计包括操作提示部分(自动发送、手动发送、串口选择、奇偶校验、波特率、数据位等)、接收回显部分(接收数据位、电机转速、电机正反转等)以及发送内容部分(电机转速设定、过压、过流保护值等)。
研究思路、方法和步骤：
本文利用LabWindows/CVI软件，通过编程实现直流电机转速PID算法(Proportion，Integral，Differential coefficient arithmetic)控制。计算机控制是一种采样控制，在计算机PID控制系统中，使用的是数字PID控制器，数字PID控制算法又分为位置式PID控制算法和增量式PID控制算法，本系统采用位置式PID控制算法。
本课题的进度安排：
起讫日期 工作内容
第一周--第二周 前期调研
第三周--第四周 原理设计
第五周--第六周 熟悉、训练LabWindows/CVI程序设计
第七周--第八周 程序设计
第九周--第十周 系统联调
第十一周--第十二周 功能完善
第十三周 撰写论文
第十四周 毕业答辩
参考文献：
[1]邓焱，王磊等．LabWindows/CVI测试技术与仪器应用[M]．北京：机械工业出版社，2004．
[2]陶永华．新型PID控制及其应用[M]．北京：机械工业出版社，2000．
[3]王仲生，陈东．智能检测与控制技术[M]．西安：西北工业大学出版社，2002．
[4]李邓化，彭书华等．智能检测技术及仪表[M]．北京：科学出版社，2007．
[5] 马忠梅编著. 单片机的C语言应用程序设计(第4版)[M].北京：北京航空航 天大学出版社，2008
[6] 张毅刚编著. 单片机原理与应用设计[M]. 北京：电子科学出出版社，2008
[7] 马晓云等编著. 基于LabWindows/CVI的虚拟仪器设计与应用[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2010
[8] 马忠梅，张凯，等.单片机的C语言应用程序设计(第四版).北京航空航天大学出版社
[9] 王之道,周靖,刘旭,一种基于AT89C2051单片机的直流电机调速装置, [J]机械工程与自动化2009(5)
[10] 茹占军,谢家兴,基于AT89S52单片机直流电机调速系统的设计, [J].软件导刊2010, 9(8)
[11] 赵鸿图,基于单片机AT89C51的直流电机PWM调速系统[J].电子技术 ，2008, 45(10)
[12] 周润景,张丽娜.基于Proteus的电路及单片机系统设计与仿真[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.
[13] 宁成军,张江霞.基于Proteus和Keil接口的单片机外围硬件电路仿真[J].现代电子技术,2006,29(18):142-143,146.
[14] 陈良光，管聪慧.由数字式传感器 DS18B20 构成的多点测温系统[J].传感器世界, 1999, 9.
[15] 杜洋,DS18B20温度传感器应用解析,2007.3.16
指导老师意见：
指导老师（签名）：
年 月 日
系（部）意见：
系（部）主任（签名）：
年 月 日
