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一种纳米材料搅拌机控制系统的设计

作　者: 石晋
导　师: 卢博友
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 搅拌机 扭矩测量 无线传输 LabVIEW 直流电机控制系统
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


某些高分子溶液通过搅拌混合,在反应过程中粘度会发生复杂的变化,为了使反应顺利进行,要求根据粘度变化及时调整搅拌速度。本文针对这一过程,设计了一种搅拌机控制系统,通过检测搅拌时溶液粘度的变化,自动调整搅拌机的搅拌速度,实现控制过程的自动化。本文根据溶液粘度的变化,会使搅拌机的负载转矩与搅拌速度的比值发生变化这一特性展开研究。研究方法为:通过传感器检测搅拌机主轴的负载转矩和转速,并将数据传输至计算机,使用软件处理,计算出扭矩和转速的比值,将其作为控制量生成电机控制信号,经数据采集卡输出由电机驱动电路控制搅拌机的转速。系统设计的重点在于准确测量轴在转动状态下所受的转矩及转矩信号的传输,和电动机的无级自动调速。文章首先通过对比目前常用的扭矩检测和电动机控制方法,确定了设计方案。选用应变式扭矩测量系统检测搅拌机主轴的扭矩信号,并通过放大器AD623组成的信号调理电路实现信号的稳定放大。使用单片机AT89S52及ADC0809组成的A/D转换电路对扭矩信号进行A/D转换后,以无线传输的方式将扭矩信号引出,再经串口电路传至计算机,通过LabVIEW程序处理得出扭矩值。使用红外传感器与单片机AT89S52组成的测速装置检测搅拌机主轴的转速,同样经串口发送至计算机LabVIEW程序。将扭矩与转速的比值作为控制量,使用LabVIEW编写电机控制程序,经数据采集卡输出作为电机驱动电路的控制信号,实现对电机的速度控制。系统创新性地将虚拟仪器技术应用到检测与控制中,不仅界面简单、操作方便,且控制灵活,用户通过在前面板中的输入控件调整相关参数,可使系统应用于不同的工况。为验证系统的控制性能,在设计完成后进行了软件和硬件的模拟测试。测试结果表明,系统扭矩和转速测量误差小,电机速度控制过程平稳,且时间延迟小,运行速度快,基本实现了预定目的,满足实际使用要求。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章 绪论  9-14
  1.1 课题来源及背景  9
  1.2 国内外研究现状  9-13
    1.2.1 转矩检测的研究概况  9-11
    1.2.2 电动机速度控制技术概况  11-13
  1.3 本文研究的主要内容  13-14
第二章 系统基本原理及方案设计  14-23
  2.1 搅拌机转矩检测  14-18
    2.1.1 转矩的概念和测量方式  14-16
    2.1.2 应变式扭矩传感器工作原理  16-18
  2.2 电动机转速控制  18-21
    2.2.1 电动机及转速控制方法选取  18-20
    2.2.2 脉宽调制技术（PWM）工作原理  20-21
  2.3 系统总体设计  21-22
    2.3.1 系统总体方案设计  21
    2.3.2 主要电路元件选择  21-22
  2.4 本章小结  22-23
第三章 系统硬件设计  23-38
  3.1 信号放大电路设计  23-25
    3.1.1 AD623 简介  23-24
    3.1.2 放大电路设计  24-25
  3.2 A/D 转换与无线发送电路设计  25-31
    3.2.1 ADC0809 简介  25-27
    3.2.2 单片机AT89S52 特点及引脚定义  27
    3.2.3 无线数传模块nRF24L01 简介  27-30
    3.2.4 电路设计  30-31
  3.3 无线数据接收及外围电路设计  31-33
    3.3.1 MAX232 简介  31
    3.3.2 电路设计  31-33
  3.4 直流电机驱动电路设计  33-36
    3.4.1 L298N 的结构及工作原理  33-35
    3.4.2 电机驱动电路设计  35-36
  3.5 电机测速电路设计  36-37
  3.6 本章小结  37-38
第四章 系统软件设计  38-59
  4.1 单片机软件设计  38-48
    4.1.1 A/D 转换子程序的设计  38-40
    4.1.2 无线收发子程序设计  40-44
    4.1.3 串行口通信子程序设计  44-46
    4.1.4 电机测速子程序设计  46-48
  4.2 虚拟仪器软件设计  48-58
    4.2.1 LabVIEW 开发环境简介  49-51
    4.2.2 扭矩信号采集程序设计  51-52
    4.2.3 数据存储设计  52-53
    4.2.4 直流电机控制程序设计  53-58
  4.3 本章小结  58-59
第五章 系统模拟测试与仿真  59-63
  5.1 A/D 转换、无线传输及串口通信测试  59-60
  5.2 电机控制系统占空比与转速线性拟合  60
  5.3 控制系统软、硬件仿真对比  60-62
  5.4 本章小结  62-63
第六章 结论与展望  63-65
  6.1 结论  63
  6.2 创新点  63
  6.3 展望  63-65
参考文献  65-68
致谢  68-69
作者简介  69

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统 > 计算机控制、计算机控制系统
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