缠绕机主轴控制系统设计设计.doc

毕业论文(设计)题目名称： 缠绕机主轴控制系统设计 题目类型： 毕业设计 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 目录长江大学毕业设计(论文)任务书I毕业设计(论文)开题报告III长江大学毕业论文(设计)指导教师评审意见VIII长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语IX长江大学毕业论文(设计)答辩记录及成绩评定X中文摘要XI英文摘要XII1 绪论11.1 前言11.2 课题背景11.3 毕业设计任务与系统总体方案设计31.3.1 任务目标41.3.2 系统总体方案的设计与论证41.3.3 毕业设计的实现情况与不足52 缠绕机主轴控制系统主要元器件的选型62.1 系统工作的原理框图62.2 速度传感器的选用及参数特性62.3 微处理芯片的选用及参数特性82.3.1 AT89C51简介82.3.2 管脚说明82.3.3 振荡器特性112.3.4 芯片擦除112.4 D/A转换器的选用及参数特性112.5 显示器的选用及参数特性122.6 变频器的选用及参数特性133 硬件部分的设计173.1 主轴控制系统总体设计原理框图183.2 系统主回路的设计183.3 系统控制回路的设计193.3.1 速度检测电路的设计203.3.2 速度控制电路的设计213.4 人机交互功能的设计223.4.1 键盘输入电路的设计223.4.2 报警电路的设计233.4.3 显示电路的的设计234 软件部分的设计244.1 主程序流程框图244.2 速度检测子程序流程框图264.3 速度控制及D/A转换子程序流程框图275 毕业设计结果分析与心得285.1 系统功能与性能指标测试结果285.2 系统的不足之处与解决方案285.3 毕业设计心得28参考文献29致谢30附录31长江大学毕业设计(论文)任务书学院（系） 电子信息学院 专业 电气 班级 学生姓名 指导教师/职称 1.毕业设计(论文)题目：缠绕机主轴控制系统设计2.毕业设计（论文）起止时间：2012年2月21日 2012年 6月10日3毕业设计(论文)所需资料及原始数据（指导教师选定部分）缠绕机是指连续纤维或带经过树脂浸胶后，按照一定规律缠绕到芯模上，然后在加热或常温下固化，制成一定形状的制品。缠绕机在缠绕纤维的过程中，需要控制好固定在主轴上芯模的转速，这样随着芯模厚度的不断增加，以及绕层的均匀性要求，对主轴的转速要求很高，必须对主轴转速加以严格控制。整个过程进行智能化的处理。所需资料：微型计算机技术；传感技术与应用教程；现代检测技术；电子线路与电子技术。4毕业设计(论文)应完成的主要内容 1要求用WORD进行文档编辑。 2画出相应的硬件电路图。 3、附有相应的软件。 4、编写计算说明。 5有关电路工作原理进行说明。6、查阅相关参考资料。 5毕业设计(论文)的目标及具体要求 1设计主轴速度的检测电路。要求主轴的速度范围为30300r/min。 2画出控制系统的原理图。 3有相应软件实现流程图 4写出相关的实现软件。 5. 要求所设计的系统能用PRETOUS进行仿真。 6对所设计的电路有相应的工作过程说明。7论文字数不少于1.5万字。6、完成毕业设计(论文)所需的条件及上机时数要求要求学生具有较为扎实的电路系统设计，单片微型计算机原理，水处理方面的知识，测试与检测技术等方面的基础知识。准备相关技术资料，同时具有一定的计算机方面的基础知识。需上机学时为50学时。任务书批准日期 2012 年 1 月 13 日 教研室(系)主任(签字) 任务书下达日期 2012年 1 月 13 日 指导教师(签字) 完成任务日期 2012年 6 月 10 日 学生（签名） 长江大学毕业设计(论文)开题报告题 目 名 称 缠绕机主轴控制系统 题 目 类 别 毕业设计 院 （系） 电子信息学院 专 业 班 级 学 生 姓 名_ _ _ 指 导 教 师_ _辅 导 教 师_ _ 开题报告日期 2012年3月10日 缠绕机主轴控制系统设计 学 生： 电子信息学院 指导教师： ，电子信息学院1 题目来源来源于实际生产/实践2 研究目的和意义随着科技的高速发展，纤维缠绕管的使用也越来越普遍，其中一个用途就是逐步取代化学腐蚀严重的石油部门的金属管道，延长管道系统的使用寿命，降低生产成本。与同类产品相比具有安装方便，耐腐蚀、强度高、质量稳定等显著优点。为进一步扩大商用领域、提高劳动生产率，解决纤维缠绕管形状和结构复杂、规格系列多，机械化生产难度大的问题成为一个极其有实际意义的课题。目前国内外制作玻璃钢缠绕机的技术日渐提升，对缠绕机主轴转速的控制也越来越精密，工业用控制主轴电机转速稳定的方法很多，随着单片机的不断推陈出新，特别是高性价比的单片机的涌现，转速控制普遍采用了以单片机及变频器为核心的数字化、智能化的系统以达到低功耗低成本的目的。3 阅读的主要参考文献及资料名称1陈伯时，电力拖动自动控制系统. 机械工业出版社，2007.9第二版2徐爱均.，8051单片机实践教程. 北京：电子工业出版社，2005.33浣喜明，姚为正. 电力电子技术. 北京：高等教育出版社，2004.84康华光，电子技术基础数字部分. 高等教育出版社，2006.15孙传友 翁惠辉，现代检测技术及仪表. 高等教育出版社，2006.56李军华，玻璃钢缠绕控制系统的研究与应用天津：河北工业大学， 20027张崇巍 李汉强，运动控制系统武汉：武汉理工大学出版社，20028陈静，纤维缠绕机计算机控制系统的设计及实现天津：天津工业大学，20059吴皓莹，FRP纤维缠绕机多轴运动控制的三维动态仿真武汉：武汉理工大学，2002 10岳博，数控纤维缠绕机控制系统的软件开发哈尔滨：哈尔滨工业大学，200611李金伟，玻璃钢贮罐缠绕机控制系统设计方法【J】电气传动自动化，200012徐东亮，纤维缠绕张力微机控制系统【J】武汉理工大学学报，2003， 25(10)：71-7313赵海军 徐家宁 孙旭东，基于嵌入式运动控制器的缠绕机控制系统【J】信息技术，2007，(6)：43-4514马丽，大口径玻璃钢加砂管缠绕机微机控制系统研究【J】塑胶工业，2006：33-3415夏青 封士玉，单片微机控制纤维缠绕机【J】自动化技术与应用，2003，22(9)：49-5216冷兴武，纤维缠绕基本原理的应用【J】纤维复合材料，1998，(4)：10-124 现状和发展趋势与研究的主攻方向80年代以前，缠绕机都是机械控制的。但是随着计算机技术和微电子技术的飞速发展，自动化控制系统己成为数控系统技术发展的最新潮流。如今多转轴多运动轴缠绕机己成为标准，提高劳动生产率，进一步扩大商用领域已置于首要地位。缠绕机亦上了一个台阶，研制出了计算机控制的六轴缠绕机，从而结束了用手糊、半手糊生产常用管道配件如弯管和三通T形管的历史。充分利用微机的软硬件资源和计算机工业所提供的先进技术，使得缠绕形状更为复杂的产品成为了可能。现今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，采用先进控制系统控制的玻璃钢缠绕工艺已成为发展趋势。计算机控制纤维缠绕机的控制功能是靠事先存放在存储器里的系统程序来完成的，改变系统程序就改变了控制逻辑。其特点是采用系统程序先计算出纤维的轨迹，然后求解出缠绕机各坐标轴的成型轨迹。由于采用计算机控制伺服电机的传动，因此缠绕精度大幅度提高。缠绕机采用计算机控制后，用软件代替了齿轮、链条的调整和凸轮的加工。另外，计算机还可以存储多种多样的零件缠绕程序，这就大大增加了缠绕机的灵活性和适应性，缠绕效率也大大提高。在纤维缠绕机中，主轴是机床里的一个非常重要的部分，对于它的控制的好坏一定程度上反应一个机床的控制柔性的程度。主轴驱动系统控制车床主轴，保证主轴旋转速度的稳定，既为缠绕制品提供一个均匀稳定的线性缠绕环境。近年来，微处理器及变频器在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势是其它工控产品难以比拟的。随着微控技术的发展, 它在位置控制、过程控制、数据处理等方面的应用也越来越多。在此基础上，本课题主要研究基于微控制器的缠绕机的主轴控制系统，设计出严格控制主轴上芯模转速的自动控制系统，使纤维缠绕管的绕层均匀，达到产品成本低、强度高、耐腐蚀的要求。5 主要研究内容、需重点研究的关键问题及解决思路1、 主要研究内容纤维缠绕机的主轴控制系统，要求主轴的转速稳定，即要求主轴系统无静态误差，动态恢复过程短，另外还涉及到瞬时最大电流(即电流环堵转电流，代表了伺服电机所允许承受的最大冲击)，故在主轴的控制中采用速度闭环控制系统。对主轴交流伺服电机的转速进行实时检测，与微控制器采集的给定转速信号进行比较分析，速度控制器根据适当的算法使用本身的调速环节，再将给定的电压信号送至电机驱动，通过电机驱动电路实时控制主轴电机的转速。转速的控制规律可以通过外部给定值的修改来实现，比较灵活，易于达到理想的控制性能。2、 重点研究的关键问题a) 设计主轴速度检测电路b) 设计速度控制器电路c) 速度闭环控制环节设计d) 速度控制器与电机驱动的连接电路3、 解决思路设计框图如下：输入信号速度信号微控制器AT89C51驱动电路显示电路电机系统的工作原理如下：速度信号采集主轴速度由霍尔传感器测量后，转变为脉冲信号，经脉冲计数后转化为数字信号传递给微控制器进行数据处理。微控制器是整个装置的控制核心，89C51内带4K字节的Flash ROM，用户程序存放在这里。单片机对速度信号进行处理，在被测速度超过设定值时，单片机主控机发出指令调整速度。速度控制器在基于89c51的微处理器中，霍尔传感器采集到的主轴转速与输入信号设定的转速值进行比较分析，若相同则直接显示输出，若不同则通过程序的编写调节输出的值。通过对驱动电路实时调节电机的转速。调整电机转速单片机输出的信号经过转换后，通过驱动电路调节主轴电机的转速，达到控制主轴转速稳定的目的。6 完成毕业设计（论文）所需具备的工作条件工作条件：电脑1台，相关书籍资料，相关器件。计算机辅助软件：Proteus6.0 （Protel99se）a) 数字电路设计 数模信号转换b) 模拟电子设计 信号处理 相关程序设计 c) 过程控制 反馈环节的控制方法7 工作的主要阶段、进度与时间安排主要阶段进度主要任务准备阶段2月19号-3月10号拟划毕业设计的整体方案并完成开题报告收集信息阶段3月11号-4月10号查找相关资料并做好记录设计及调式阶段4月11号-5月14号按照设计方案进行设计调试并接受中期检查完善阶段5月15号-6月5号检查、修改错误并优化设计，完成论文定稿论文答辩阶段6月6号-6月12号8 指导教师审查意见长江大学毕业论文(设计)指导教师评审意见学生姓名专业班级毕业论文(设计)题目缠绕机主轴控制系统设计指导教师职 称评审日期评审参考内容：毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生的学习态度和组织纪律，学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文(设计)是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。评审意见： 指导教师签名： 评定成绩（百分制）：_分长江大学毕业论文(设计)评阅教师评语学生姓名专业班级毕业论文(设计)题目缠绕机主轴控制系统设计评阅教师职 称高工评阅日期评阅参考内容：毕业论文(设计)的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量，质量和水平，存在的主要问题与不足。学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能力，毕业论文(设计)是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩。评语：评阅教师签名： 评定成绩（百分制）：_分长江大学毕业论文(设计)答辩记录及成绩评定学生姓名专业班级毕业论文(设计)题目缠绕机主轴控制系统设计答辩时间 年 月 日 时答辩地点一、答辩小组组成答辩小组组长：成 员：二、答辩记录摘要答辩小组提问（分条摘要列举）学生回答情况评判三、答辩小组对学生答辩成绩的评定（百分制）：_分 毕业论文(设计)最终成绩评定(依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业论文(设计)评分的相关规定)等级(五级制)：_答辩小组组长(签名) ： 秘书(签名)： 年 月 日院(系)答辩委员会主任(签名)： 院(系)(盖章)缠绕机主轴控制系统设计 学 生：，电子信息学院 指导教师：，电子信息学院【摘要】玻璃钢管道是指连续纤维经过树脂浸胶后，按照一定规律缠绕到芯模上，然后在加热或常温下固化，脱模后形成的产品。具有重量轻、强度高、耐腐蚀性能好、使用寿命长等优点，主要应用于国防、航空航天领域及建筑和能源等一般产业。本课题所研究的纤维缠绕机就是生产纤维缠绕制品的主要设备, 缠绕机在缠绕纤维的过程中，需要控制好固定在主轴上芯模的转速，这样随着芯模厚度的不断增加，以及绕层的均匀性要求，对主轴的转速要求很高。本设计采用霍尔传感器测量主轴转速，基于低功耗低成本的AT89C51单片机平台，将测量的转速与给定值比较处理后，通过DAC0832将信号输出到MM430变频器，驱动变频器调节电机的转速，再将该转速反馈给霍尔传感器，构成一个闭环控制系统。达到自动修正被控速度量偏离给定速度值的作用，抑制内部干扰和外部干扰引起的误差，达到转速稳定的目的。系统硬件包括速度采集电路、速度控制电路、速度转化电路和报警、显示电路。软件编写采用C语言编程，通过仿真测试电机转速信号，结果表明该方法具有简单、精度高、稳定性好的优点。【关键词】主轴控制、AT89C51、霍尔传感器、变频器Control system design in Spindle of Winding machineStudent: , School of Electronic InformationGuidance teacher: , School of Electronic InformationAbstractFiber glass pipeline is the product of resin-impregnated infinite fiber, which is wound to the mandrel according to certain laws, then solidified at room temperature or heat, and finally demoulded. Fiber glass pipeline has many advantages of light weight, high strength, good corrosion resistance, and longevity. Because it is a flexible composite pipe strongly promoted at home and abroad, it is now mainly used in the general industries of national defense, aviation and aerospace, and construction and energy. This subject focuses on fiber winding machine, the main equipment in the production of the filament-wound products. In the process of winding fiber, we need to control the speed of mandrel on the main axle. As increasing the thickness of the mandrel and the layer uniformity requirements, we need to speed up the main axle.This design uses a Hoare sensor to measure the rotating speed of the main axis with low-power and low-cost AT89C51. The signal was output through the DAC0832 to the MM430 transducer, which can automatically adjust the speed of the motor after a comparison with the internally-set value, and then feedback the speed to the Hall sensor to form a closed loop control system. It can automatically correct the deviation of the actual speed from the set speed, reduce the error caused by the internal and external interference, and achieve stable speed. The system hardware includes speed data acquisition circuit, the speed conversion circuit and alarm, and the display module. The software is written with the C programming language, and tests the signal of motor speed. The results show that the method is simple, highly precise, and greatly stable.【Keywords】: spindle-controlling,AT89C51, Hoare sensors, frequency converter第XIII页（共XII页）附录1 绪论1.1 前言目前国内外制作玻璃钢缠绕机的技术日渐提升，对缠绕机主轴转速的控制也越来越精密，工业用控制主轴电机转速稳定的方法很多，随着单片机的不断推陈出新，特别是高性价比的单片机的涌现，转速控制普遍采用了以单片机及变频器核心的数字化、智能化的系统。本文介绍了一种由单片机AT89C51作为速度控制器，使用霍尔传感器，变频器实时调控主轴电机的转速，最终达到转速恒定的控制系统。1.2 课题背景我国玻璃钢工业自改革开放以来，已经取得了长足的发展，玻璃钢产品的产量和品种已经有了显著的增长，产品质量也有了显著的提高，并且成功地应用到国民经济各个部门，为我国国民经济发展做出了较大贡献。据有关统计资料， 2000年我国的玻璃钢产量己超过40万吨，2003年玻璃钢总产量比2002年增长17达94万吨，2004年达160万吨，到“十五”末期2005年达到185万吨。现在我国玻璃钢产量已超过德国、日本居世界第二位，接近居世界首位的美国水平。我国玻璃钢最主要的应用领域为石油化工、冶金、给排水等行业，主要产品有冷却塔、储罐和管道，占玻璃钢产品的39。在汽车、化工防腐、建筑与环保、渔业(渔船)等四大领域也将取得进一步的应用。近年来，在全国各地新建许多生产各类玻璃钢管道及容器的生产厂家，这将进一步推动该类产品的应用。由于玻璃钢管形状和结构复杂、规格系列多，机械化生产难度大，我国目前生产的管道配件仅适用于中低压管道工程，且几乎均以手糊加工而成，管件外观粗糙、强度低、成本高、性能分散性大，质量难以保证。对于中高压管体的石油，化工用管道仍采用过渡管件的方式，少量采用模压，由于模压制品同样存在着强度差的缺点，从而限制了其应用场合，因此中高压管的配套问题一直未能解决。目前，全国有占30的玻璃钢制品是通过缠绕工艺进行生产的纤维缠绕是玻璃钢制品的重要成型工艺之一，它是将玻璃钢增强材料玻璃纤维，通过特定装置浸上一定量的树脂糊，然后依据特定的运动规律，将浸胶后的增强材料缠绕在旋转着的芯模上，形成柔性玻璃钢半成品，最后经固化、修整等工序获得玻璃钢成品。其中纤维缠绕机是玻璃钢管、罐等纤维缠绕制品生产中的主要设备。玻璃钢管道缠绕机的设计和生产就世界范围而言属于机械制造中的一个年轻行业。加之缠绕制品形体类型的多样性和复杂性，以及它在不同领域的应用，线型精密度和质量要求方面差异很大，因此目前玻璃钢缠绕机控制系统的通用化、标准化和系列化程度还不高。我国在这方面的研究和生产起步较晚，仍处于非定型和非标准设计、生产阶段。现在国内有很多开发和研制微机控制纤维缠绕机的科研院校和厂家。哈尔滨工业大学研制出了我国第一台微机控制纤维缠绕机，在微机数控纤维缠绕技术方面具有国内先进性。而浙江大学研究纤维缠绕的数学模型和计算方法已有数年，在理论上对轴对称纤维缠绕模式做了深入的研究。当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，采用先进的控制系统控制玻璃钢缠绕工艺己日益成为发展趋势。纤维缠绕机有多种类型，以制品规格分，可分为大、中、小、微型缠绕机；以结构形式分，可分为卧式、立式、环绕式等；以制品长度分，可分为连续式和定长式；以运动自由度分，可分为 二、三、四、五、六轴等；以控制水平来分，可分为机械式、液压伺服式、微机控制式。机械式纤维缠绕机纤维缠绕技术是由一个电动机拖动主轴和小车组成，主轴与小车之间采用齿轮和链条传动，齿轮间的传动比决定了主轴和小车的速比，链条长度决定了小车的行程，链条的布局决定了超越长度和小车的速度。由于机械式缠绕机受单纯靠齿轮、链条布局进行控制的局限性，使得许多计算不能够精确实现，缠绕精度较低。数字程序控制纤维缠绕机特点是采用了液压伺服马达，这类缠绕机是将芯模的角位移量和小车的线位移量都转换位电脉冲形式的数字量进行控制。这类缠绕机的缺点在于：非线性缠绕时仍需要设计加工凸轮，而且拨码开关只能存储少量信息，数字程序控制系统没有编程和运算的功能，因此改变纤维制品时准备工作量很大，还不能满足缠绕复杂制品的要求。计算机控制纤维缠绕机的控制功能是靠事先存放在存储器里的系统程序来完成的，改变系统程序就改变了控制逻辑。其特点是采用系统程序先计算出纤维的轨迹，然后求解出缠绕机各坐标轴的成型轨迹。由于采用计算机控制伺服电机的传动，因此缠绕精度大幅度提高。缠绕机采用计算机控制后，用软件代替了齿轮、链条的调整和凸轮的加工。另外，计算机还可以存储多种多样的零件缠绕程序，这就大大增加了缠绕机的灵活性和适应性，即具有良好的柔性，缠绕效率也大大提高。玻璃钢缠绕系统主要由两部分组成如图1，一是主轴系统，拖动制品芯模围绕主轴旋转。二是小车系统，小车在床身上沿轴线使导丝头作直线往复运动。二者按一定速比要求同时运动，完成纤维在芯模上的缠绕，达到制品的技术要求。在纤维缠绕机中，主轴是机床里的一个非常重要的部分，对于它的控制的好坏一定程度上反应一个机床的控制柔性的程度。主轴驱动系统控制车床主轴，保证主轴旋转速度的稳定，既为缠绕制品提供一个均匀稳定的线性缠绕环境。近年来，微处理器及变频器在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势是其它工控产品难以比拟的。随着微控技术的发展, 它在位置控制、过程控制、数据处理等方面的应用也越来越多。图1 基本的玻璃钢缠绕机1.3 毕业设计任务与系统总体方案设计缠绕机主轴控制系统主要运用在数控机床的工业控制场合，为保证芯模绕层的均匀性，要求主轴的速度稳定控制在30-300r/min。总体设计方案是通过对电机工作原理及各种类型功能的了解，设计控制电路，完成一套完整的主轴转速控制系统。首先通过速度传感器将采集的速度信号发送给速度控制电路，达到输出转速值稳定在设定的范围内。设计方案有运用单片机控制，运用PLC控制。我的设计方案是选用一款单片机，实现控制转换电路的设计。控制电路的输出电路一路接变频器，通过调节变频器的频率控制主轴电机的工作速度，从而达到主轴速度的自动控制。控制电路的输出电路一路接报警电路，对转速过高过低的异常情况进行报警提示。1.3.1 任务目标 1设计速度检测电路，要求实时反馈主轴的转速 2设计速度控制电路，要求速度稳定控制在30-300r/min3供热水系统异常报警电路设计，如转速超高或超低等报警4设计电机工作速度可调的实现电路 1.3.2 系统总体方案的设计与论证总体设计方案是通过对电机工作原理及各种类型功能的了解，设计控制电路，完成一套完整的主轴转速控制系统。首先通过速度传感器将采集的速度信号发送给速度控制电路，与键盘设定值分析比较，控制输出转换电路，通过变频器驱动电机频率的改变，达到控制电机转速值稳定在设定的范围内的目的。设计方案有运用单片机控制，运用PLC控制。我的设计方案是选用一款单片机，实现控制转换电路的设计。其实现的总体原理框图如图2所示。控制器AT89C51速度传感器报警电路输出转换电路变频器主轴电机显示电路键盘输入图2 主轴控制系统总体工作原理框图控制电路的输出一路接变频器，通过调节变频器的频率控制主轴电机的工作速度，从而达到主轴速度的自动控制。控制电路的输出电路一路接报警电路，对转速过高过低的异常情况进行报警提示。控制电路的输出电路一路接显示电路，对检测的转速实时显示。霍尔传感器是利用霍尔效应原理来测量转速的一种磁敏传感器。由于输出电压信号稳定，大小与转速无关，抗干扰能力强，即使是在发动机起动的低转速状态下，仍能够获得较高的检测准确度。所以在工业控制领域运用广泛。 把电压和频率固定不变的交流电变换为电压或频率可变的交流电的装置称作“变频器”。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把三相或单相交流电变换为直流电（DC）。然后再把直流电（DC）变换为三相或单相交流电（AC），我们把实现这种转换的装置称为“变频器”（inverter）。 通过传感器对转速的信号转换，控制器对检测速度的比较分析处理，以及变频器对电机工作速度的驱动，设计转速控制电路的功能可以达到设计目的。本着工业运用中降低成本的要求，选用AT89C51单片机，其作为优化的8051内核单片机可以满足主轴转速控制电路的设计要求。通过组成系统各元件的功能分析，满足设计要求。1.3.3 毕业设计的实现情况与不足因为缠绕机主轴控制系统仅在工业现场运用，无法完全模拟工业现场的设备，在我设计的过程中无法参照相应的实物，通过查阅相关书籍和搜索网上相关信息，得到的资料非常有限，仅仅是理论性的研究与分析阶段。对于设计出的系统，仅在理论上就其功能实现做定性定量的分析和设计，无法从实际应用的角度考虑。此系统规模很大，虽然在设计过程中得到了导师的指导，但是有些设计细节，例如：变频器的具体选型及其参数设置，则无法根据实际应用确定。整个设计结果，我仅能给出按照自己设计思路做出的理论工作原理框图，以及相关控制电路的电路图，当然在整个系统设计中难免有很多欠缺的地方，自己还没有发现和完善。如果能在参考和研究实物的基础上，再进行相关的设计，相信会达到更好的效果。2 缠绕机主轴控制系统主要器件的选型2.1 系统工作的原理框图根据缠绕机的工作原理，实现其控制过程的原理框图如图3所示。整个系统的工作原理是：速度传感器检测主轴电机的转速，产生脉冲信号送入控制器AT89C51转换为数字值，与键盘输入的设定值进行比较分析后，将输出信号一路经过转换电路，变为模拟信号接入变频器，使变频器能根据输出转速值的变化实时调节主轴电机的转速，最终达到转速恒定的目的。输出一路接报警电路，当速度超出设定范围时会有报警提示；另一路接显示电路，将速度传感器检测的主轴速度实时显示出来。控制器AT89C51速度传感器报警电路输出转换电路变频器主轴电机显示电路键盘输入图3 主轴控制系统总体工作原理框图实现系统工作所选用的器件有：速度传感器，微处理器，变频器，主轴电机。整个系统的硬件部分由键盘输入电路，速度检测电路，基于AT89C51单片机的速度控制及转换电路，报警及显示电路构成。2.2 速度传感器的选用及参数特性主轴速度必须经过速度传感器转换为可被测量的数字信号才能传输给单片机进行数据的分析及处理。转速测量的方案选择，一般要考虑传感器的结构、安装以及测速范围与环境条件等方面的适用性；再就是二次仪表的要求，除了显示以外还有控制、通讯和远传方面的要求。常用的转速测量方法有:霍尔传感器转速测量和光电式转速测量。霍尔传感器式：霍尔传感器是利用霍尔效应原理制成的一种磁敏传感器。使用霍尔传感器获得脉冲信号，其机械结构也可以做得较为简单，只要在转轴的圆周上粘上一粒磁钢，磁钢用来提供霍尔能感应的磁场, 当霍尔元件以切割磁力线的方式相对磁钢运动 时, 在霍尔输出端口就会有电压输出,转轴旋转时，就会不断地产生脉冲信号输出。如果在圆周上粘上多粒磁钢，可以实现旋转一周，获得多个脉冲输出。将脉冲进行计数，即可获得转速的信息。通常情况下，整个的测量过程就是将霍尔传感器的输出信号加以适当放大后，再通过计数器和CPU的共同作用形成有效可靠的被数字化的转子转动的信息。编码器式：目前基于编码器的电动机转子位置和转速的检测装置多涉及到光电轴角编码器，又称轴编码器或光电角位置传感器。光电轴编码器以高精度计量圆光栅为检测元件，通过光电转换，将输入的角位置信息转换成相应的数字代码，并与计算机等控制器及显示装置相连按，实现数字测量、数字控制与数字显示。光电轴编码器具有较高的性能价格比，已普遍应于诸多领域，是电动机等自动化设备理想的角度和速度传感器。轴编码器又分为增量式、绝对式与混合式3种，其中增量式轴编码器主要用于测量转子速度，绝对式轴编码器主要用于测量转子的空间位置，混合式轴编码器是增量式轴编码器与绝对式轴编码器的组合。后端加入处理芯片之后，3种轴编码器都具有测量转子速度与空间位置的功能。这里我们选用了霍尔式传感器，由于霍尔效应式转速传感器输出的信号是矩形脉冲信号，很适合于数字控制系统，抗干扰能力强。传感器输出电压信号稳定，只要存在磁场，霍尔元件总是产生相同的电压，并且输出信号电压的大小与转速无关，即使是在发动机起动的低转速状态下，仍能够获得较高的检测准确度。本设计选用了市场上应用较多的3000系列霍尔开关传感器3010T，由稳压器A、硅霍尔片B、差分放大器C、施密特触发器D和OC门输出E五部分组成，如图4所示。从输入端1输入电压Vcc，经稳压器A稳压后加在硅霍尔片B的两端，以提供恒定不变的工作电流在垂直于霍尔片的感应面方向施加磁场，产生霍尔电势差Vw，该n信号经差分放大器c放大后送至施密特触发器D整形当磁场达到“工作点”(即B。)时，触发器D输出高电压(相对于地电位)，使三极管E导通，输出端V。输出低电位，此状态称为“开”。当施加的磁场达到“释放点”(即B。)时，触发器D输出低电压，使三极管E截止，输出端y。输出高电位，此状态称为“关”。这样2次高低电位变换，使霍尔传感器完成了1次开关动作。开关型霍尔传感器构成如图4所示：