论文总字数：18357字

摘 要

自从感应电机发展以来出现了很多对电机的转速控制的方法，我们都知道传统方法的感应电机的转速控制系统存在着各种各样的问题，比如，噪声控制不理想、电流采样精度低、电压采样精度低，以及其他故障检测都会出现不准确等问题。故本次实验需要对传统的电机转速控制系统进行优化，解决相应问题，为解决相应问题设计了感应电机的转速自适应控制系统，本次设计选取的电机为三相异步感应电机，本次实验通过TMS320LF2407A当作硬件部分的主控芯片，虽然工业发展也有二环内多年了，但是时至今日，实际上我们都知道无论是国内的还是国外的感应电机在转速控制方面都没能够达到一个令人满意的一个状态，尤其国外的感应电机相关行业发展一直都比中国好，所以在这方面，我国也很有必要加大其中的投入力度，从而尽快赶上西方国家，甚至反超，我们都知道当今时代感应电机的转速控制由很多的方法，但是不管是那种方法都需要我们继续去探究，所以对与感应电机的转速控制自适应的探究也就变的尤其的重要。

关键词：异步电机；转速；自适应；控制

Abstract

Since the development of induction motor, there have been many methods to control the speed of the motor. We all know that there are various problems in the speed control system of the traditional induction motor, such as the noise control is not ideal, the current sampling accuracy is low, the voltage sampling accuracy is low, and other fault detection will be inaccurate. Therefore, this experiment needs to optimize the traditional motor speed control system and solve the corresponding problems. In order to solve the corresponding problems, the speed adaptive control system of induction motor is designed. The motor selected in this design is three-phase asynchronous induction motor. In this experiment, TMS320LF2407A is used as the main control chip of the hardware part. Although the industrial development has been in the second ring for many years, up to now Today, in fact, we all know that both domestic and foreign induction motors have not been able to achieve a satisfactory speed control state, especially the development of foreign induction motor related industries has always been better than China, so in this regard, China is also very necessary to increase its investment, so as to catch up with Western countries as soon as possible, or even anti super, we It is known that there are many ways to control the speed of induction motor in today's era, but no matter which way we need to continue to explore, so it is particularly important to explore the adaptive speed control of induction motor.

Key words: Asynchronous motor；Speed；Control；self-adaption

目录

第1章 绪论 1

1.1引言 1

1.2感应电机转速控制国内发展概况 1

1.3感应电机转速控制国外发展概况 2

第2章 系统功能分析及各结构选型 3

2.1系统功能分析 3

2.2转速控制结构设计 3

2.3系统方案选择 3

2.3.1 电机选型 4

2.3.2主控芯片模块选型 4

2.3.3速度检测法选型 4

2.3.4自适应选型 5

第3章 电机转速控制原理 7

3.1感应电机的数学模型 7

3.1控制器的设计 7

3.1.1模糊系统的离线学习和在线学习 8

第4章 硬件部分设计 10

4.1系统硬件框图 10

4.2.1芯片情况说明 12

4.2.2、CY7C1021 12

4.3.3、MAX811 13

4.4.4、TPS7333Q 13

4.5.5、74HC08 13

4.3系统功率驱动电路设计 15

4.4转子位置检测电路设计 15

4.5相电流采样电路 16

4.5.1电源电压检测电路 16

4.5.2电压电流信号调理电路 17

第5章 软件设计 17

第6章 结果与展望 19

6.1结果与分析 19

6.2总结 21

致谢 22

参考文献 23

第1章 绪论

1.1引言

我们常说的感应电机分为同步电机和异步电机，而同步电机与异步电机最大的区别在于两者的转子速度和定子的旋转磁场是否保持一致，若转子速度与磁场保持一致，那么该电机就是同步电机，反之，如果不一致则该电机是异步电机，而除了这个最大区别之外，同步电机与异步电机他们的定子绕组都是相同的，区别在于电子的结构而已，另外关于异步电机和同步电机的用途也是有一定的不同的，同步电机更多时候会因为电机转速与电磁转速同步，而异步电机的电机转速则会低于电磁转速，因次，异步电机更多运用与大型的发电机，而异步电机的适用性更广，适用于所有场合的电机使用。异步电机是指一种将转子放在旋转磁场内，通过旋转磁场的作用，从而得到转动力矩，进而使转子转动的机器^[1]。到目前为止，性能高且非常使用的异步感应电机基本都是进口电机，而进口异步电机的成本比较高，并且会严重的影响国内异步电机的相关行业的一个发展^[2]。所以，为了提高我国异步感应电机的发展，同时在国产异步电机的生产以及性能提高上有很大的进展，我们需要同时完成控制成本和保持电机的稳定运转的功能。^[3]。同时人工消耗的问题比较严重，为了解决这一问题，国内外都出现了大批科学家和学者对异步电机的转速控制以及电机的自适应控制进行了研究，并且在一定程度上已经取得了一定成果。

因为异步电机广泛使用性，所以这次的实验也选用了异步感应电机作为本次设计的一个对象，而不用去考虑三相换相的时候其他表现了。我们知道传统的异步电机实际上已经有了一定的发展历史，在很多国家包括中国在内的很多国家对于异步电机的转速控制都有了一定的自己的经验，包括已经上传到网络的各种经验，但是有一个问题就是我们只了解异步电机的转速，以及转速的控制，但是实际上还有其他的很多问题，比如我们对异步电机的源电压，电流的采样方面会存在这很大的误差，导致采样的电流电压精确度比预计的低^[4]，这就导致我们这些年的转速控制都存在着很大的一个误差，同时对于异步电机的转速的自适应^[17]方法也有很多种在文中我选取了最适合本文的一种自适应法，相信能够通过这样的方式实现真正的异步电机的转速自适应的功能。

1.2感应电机转速控制国内发展概况

到目前为止，我国依旧非常依赖国外的的数字化控制主流调速装置，我们的机械设备包括各种电机设备和电路都是从简单到复杂，从开环到闭环的过程慢慢发展起来的，直流调速系统有很多种方法，第一种是电枢回路串电阻调速，中，当我们的串电阻越大，我们会发现机械特性就会变得越来越软，转速也会越来越不稳定，效率低，调速范围不够，第二种是降低电枢电压调速，基速以下的调速，降低电枢电压调速的方法需要电枢回路当中必须有可以调速是通过改变直流电动机电枢回路中的电阻来实现调速。同时电枢回路以及历励磁回路的电阻都要尽可能的小。第三种就是弱磁调速，而弱磁调速部分一般都是直流电动机，而且为了保活电路，防止电路过饱和，所以一般都是弱磁调速，而不是强磁，点去电压保持额定值，电枢回路串接电阻保持最小，然后在调节刺痛，通过磁通来调节电机的转速，不过，直流电机这些调速方法设备制造方便、价格低廉、简单易行。

不过他的特点也非常的明显，串电阻调速的时候的可调速范围很窄，弱磁调速的特性软，不过随着各种单片机的出现，转让我们可以利用单片机来完成我们之前很多的控制功能，使得我们不仅为电动机的调速提供了很多的可能，但是实际上直流电动记得很多弊端依旧无法改变，所以在更多的时候我们会选择异步电机而非直流电机，异步电机相对于同步电机的使用性更加的广泛，也在更多的实验和生活当中都得到了更多的使用。目前在生活中的各个场景我们都可以看到不同的感应电机，交流电机在很大程度上具有更好的机械性能，避免了换相等一系列操作，目前为止很多时候都是通过异步电机就行实验和生活中的机械厂的使用。

1.3感应电机转速控制国外发展概况

长期以来直流电动机的转速控制都是一个很大的问题，在过往的时间里，常常因为电机的转速的调控时所产生的一些噪声以及采样的精度往往成为传统电机的一个很大的痛点，在之后的研究里，出现了很多种方法来优化传统电机的一个噪声控制和精度的提高，随着智能网络的发展模糊控制和神经网络控制成为了其中的一些尝试解决控制转速所产生的一系列的问题，另外对感应电机的一个矢量控制也成为了一国内外所研究的一个目标，利用单片机来踩空电机转动实现自适应的一个过程也成为国内外研究电机转速控制的一个方向，在转速控制方面存在的问题一直都存在，目前来说国外的方法领先于国内的方法，国外国内的共同问题也一直都有，这也是需要我们一起去探讨的方向，提高国内的相关行业的发展进度。

第2章 系统功能分析及各结构选型

由于系统的总体方案设计将直接影响该系统的可行性与可实施性。因此系统各模块的选型也至关重要。本章的主要内容包括对所设计系统进行功能分析，根据相关功能确定各个部分的各个模块。然后对各模块设计方案进行了比较和选择。

2.1系统功能分析

本文所要设计的事感应电机的转速自适应控制系统的一个设计，所需要实现的一个基本功能是：固定功能包括，给定感应电机一定的转速，在感应电机转动的过程当中会出现多种干扰因素导致感应电机的转速会出现一定的误差，本文需要做到对感应电机的转速进行一定的控制，并且使得感应电机的转速稳定在一定的范围内。实现感应电机的转速自适应能力，同时在此基础上我们需要做到的是提高电流电压的采集的精确度减小噪声，较小误差。通过主控芯片给定感应电机一定的初始转速，通过检测电路进行转速检测，检测电路检测完之后发崩溃给主控芯片，主控芯片根据反馈结果进行模糊自适应控制，通过速度控制器进行反复离线学习和在线学习，最终使得系统的转速达到一个动态平衡的一个水准即可。。

2.2转速控制结构设计

根据机器人所要完成的功能，将系统划分为三大部分。第一部分是主控制电路模块，第二部分为检测与反馈模块，第三部分为自适应调节模块。本段将会简单介绍三大部分的基本模块构成，在后续章节会更加详细的介绍的细节部分。

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