基于霍尔传感器的电机转速测量与调速系统设计和研究

发布时间：2017-04-25 21:09

  本文关键词：基于霍尔传感器的电机转速测量与调速系统设计和研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着新器件和新的控制技术的使用,在控制系统中对电机的转速测量及控制提出了更高的要求,本文提出了基于MSP430为核心的最小化系统。通过霍尔传感器实现了对电机的转速测量,通过放大与滤波电路后经过MSP430单片机数字量接口完成脉冲计数,经过换算成真实的转速值后实现LED显示及串口的发送的功能。如果电机转速超速,则系统报警。单片机上完成了电机转速的设定值及不同功能的按键输入,通过串口实现与上位机的通讯功能。本文详细介绍了霍尔传感器在电动机上测速的原理及实现方法;介绍了对电动机设定值条件下的自动调速方法,分别分析了PID控制、模糊PID控制、神经网络PID控制方法,给出了相应的仿真图形。详细介绍了系统的总体硬件电路设计,主要对霍尔传感器电机测量系统的整体硬件电路概述,以及针对霍尔传感器电机测量系统的硬件电路的总体设计。设计了以MSP430单片机为核心的硬件电路,包括滤波电路,放大电路,电源电路,RS485电路等,并对MSP430单片机的片上系统做了概述。本文详细介绍了单片机数字量采集的软件实现方法,单片机的整体工作流程,单片机串口数据交互流程,报警功能,按键功能等整体流程。对模糊PID控制功能的实现做了详细的说明。设计了MATLAB GUI上的上位机界面速度显示与调速系统,完成了上位机界面的整体流程图的说明。通过试验验证,满足了控制设计要求。本项目将传感器技术和微控制器有效结合起来,进行基于霍尔传感器的电机测速系统设计和开发,实现对电机转速的高精度、非接触式测量和性能监控,对电动机、机床主轴等旋转设备在日常工农业生产中的检测及其进一步性能优化具有重要的意义和应用价值。本研究通过了解最新有价值的电机测速发展动态,以MSP430单片机为主控制器,使用霍尔传感器实现对电机转速测量;同时将传感器技术和微控制器有效结合起来,实现非接触测量和LED显示,如果电机超速则报警同时继电器切断开关,实现高性能的电机测速系统控制。经过试验表明所设计的硬件电路及软件程序是正确的,满足设计要求。
【关键词】：电机转速测量 霍尔传感器 MSP430单片机 MATLAB GUI
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212;TM306
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 电机调速系统9
• 1.2 转速测量在调速系统中的应用研究9
• 1.3 霍尔传感器的应用以及局限性9-10
• 1.4 论文研究的目的和意义10-11
• 1.5 本论文所研究的主要工作11-13
• 第二章 电机转速测量与调速系统研究13-33
• 2.1 电机转速测量系统13-23
• 2.1.1 电机转速测量方式介绍13-15
• 2.1.2 电机转速测量方法介绍15-17
• 2.1.3 霍尔传感器测量原理及应用介绍17-19
• 2.1.4 霍尔传感器的特点19
• 2.1.5 霍尔传感器的温度补偿19-23
• 2.2 电机调速系统23-32
• 2.2.1 常规PID控制调速系统23-24
• 2.2.2 模糊PID控制调速系统24-29
• 2.2.3 神经网络PID控制调速系统29
• 2.2.4 BP网络介绍29-32
• 2.3 本章小结32-33
• 第三章 系统硬件电路整体设计33-48
• 3.1 硬件电路整体框图33-34
• 3.2 MSP430单片机34-37
• 3.2.1 MSP430单片机的选取34
• 3.2.2 MSP430单片机的特点34-35
• 3.2.3 MSP430单片机与51单片机的比较35-36
• 3.2.4 MSP430单片机在本课题中的应用36-37
• 3.2.5 JTAG技术37
• 3.3 霍尔传感器37-39
• 3.3.1 霍尔元件37-39
• 3.4 供电电源设计39-40
• 3.5 信号放大电路40-41
• 3.6 键盘电路41-42
• 3.7 信号A/D转换实现42
• 3.8 串行通讯的实现42-44
• 3.8.1 RS-485 介绍43
• 3.8.2 RS485硬件电路实现43-44
• 3.9 输出显示的实现44
• 3.10 电机控制电路设计44-47
• 3.11 本章小结47-48
• 第四章 基于霍尔传感器的电机转速测量与调速系统软件设计48-66
• 4.1 软件设计整体框架48-50
• 4.2 MSP430软件开发工具的介绍50-51
• 4.3 MSP430定时功能的应用51-53
• 4.4 MSP430单片机程序设计53-59
• 4.4.1 上电初始化子程序53-54
• 4.4.2 温度信号采集子程序54-55
• 4.4.3 PID控制子程序55-56
• 4.4.4 数据处理子程序56-57
• 4.4.5 PWM输出子程序57-58
• 4.4.6 LED显示子程序58
• 4.4.7 串口通讯子程序58
• 4.4.8 按键子程序58-59
• 4.5 上位机软件设计59-65
• 4.5.1 MATLAB GUI59-60
• 4.5.2 上位机软件总体功能60-61
• 4.5.3 MATLAB GUI上数据采集61-62
• 4.5.4 MATLAB GUI上对下位机数据发送62-64
• 4.5.5 数据的保存与载入64-65
• 4.6 本章小结65-66
• 第五章 实验结果与分析66-69
• 5.1 初步调试66-67
• 5.2 试验验证67-68
• 5.3 本章小结68-69
• 第六章 结论和展望69-71
• 6.1 研究总结69
• 6.2 本文创新点69-70
• 6.3 前景展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-76
• 攻读硕士学位期间发表的论文76-77
• 附录77-78

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本文编号：327080