目录 1.引言2 1.1选题的依据及课题的意义2 1.2国内外的研究概况3 1.3单片机控制系统的发展概况4 1.4 PID控制算法的发展概况5 1.5设计要求及工作内容6 1.6目标、主要特色及工作进度7 2．机械结构与液压传动系统设计7 2.1系统结构分析7 2.2千斤顶零部件分析9 2.3油缸与螺纹的校验12 2.3.1油缸的壁厚校验12 2.3.2锁母螺纹牙剪切强度校验13 2.3.3锁母螺纹牙的弯曲强度校验14 2.4液压系统分析14 2.5液压泵与电动机的选择15 2.6超高压泵站简介16 3 .单片机控制系统设计17 3.1单片机的选用及功能介绍17 3.2片外存储器功能简介18 3.3显示部分设计21 3.4键盘部分设计25 3.5交流异步电动机变频调速系统27 3.5.1交流异步电动机变频调速原理28 3.5.2主电路和逆变电路工作原理28 3.5.3变频与变压32 3.6位移检测部分的设计38 3.6.1位移检测传感器的选用38 3.6.2光栅位移传感器与单片机的接口设计40 3.7位移传感器部分的设计43 3.7.1 A/D转换器的选择43 3.7.2压力传感器与单片机的接口设计47 4．系统的PID控制算法48 4.1 PID控制原理48 4.2数字PID控制算法50 4.2.1位置式PID控制算法50 4.2.2增量式PID控制算法51 4.3智能自适应PID控制器52 5.系统模拟仿真57 5.1 SIMULINK概述58 5.2 SIMULINK的窗口和菜单58 5.3用SIMUINK创建模型60 5.4用SIMULINK进行系统仿真与分析61 5.4.1建立控制系统模型61 5.4.2系统模块参数设置与仿真参数设置62 5.4.3系统仿真与分析64 6.结论67 7.致谢68 8.参考文献68 3.5交流异步电动机变频调速系统 交流异步电动机因为结构简单、体积孝重量轻、价格便宜、维护方便的特点，在生产和生活中得到广泛应用。与其他种类电动机相比，交流异步电动机的市场占有量始终第一位。 然而，长期以来，交流异步电动机的调速始终是一个不好解决的难题。直到20世纪70年代，由于计算机的产生，以及近20年来新型快速的电力电子原件的出现，才使得交流异步电动机调速成为可能，并得到迅速的普及。目前，交流异步电动机调速系统已广泛用于数控机床、风机、泵类、传带机、给料系统、空调器等设备的动力源或运动源，并起到节约电能、提高设备自动化、提高产品产量和质量的良好效果。因此，交流异步电动机调速技术是现代自动控制专业技术人员必须要掌握的知识。现代流行的交流异步电动机调速控制方法是变频变压法（VVVF）。这种调速方法的原理比较简单，而且有20多年比较成熟的发展经验，因此应用得较多，市场上也有较多的相关产品。 3.5.2主电路和逆变电路工作原理 变频调速实质上是向交流异步电动机提供一个频率可控的电源。能实现这一功能的装置称为变频器。变频器由两部分组成：主电路和控制电路，其中主电路通常采用交-直-交方式，即先将交流电转变成直流电（整流、滤波），再将直流电转变成频率可调的矩形波交流电（逆变）。图3.5.2-1是主电路的原理图，它是变频器常用的最基本的格式。 在t1时间段,T1、T3、T5这3只逆变管导通，电机线圈电流的方向是从R到Y和从B到Y（设从R到Y、从Y到B、从B到R为正方向），得到线电压为URY和-UYB。 在t2时间段，T1、T5、T6这3只逆变管导通，电机线圈电流的方向是从R到Y和从R到B，得到的线电压为URY和-UBR。 在t3时间段，T1、T2、T6这3只逆变管导通，电机线圈电流的方向是从R到B和从Y到B，得到的线电压为-UBR和UYB。 在t4时间段，T2、T4、T6这3只逆变管导通，电机线圈电流的方向是从Y到R和从Y到B，得到的线电压为-URY和UYB。 在t5时间段，T2、T3、T4这3只逆变管导通，电机线圈电流的方向是从Y到R和从B到R，得到的线电压为-URY和UBR。 在t6时间段，T3、T4、T5这3只逆变管导通，电机线圈电流的方向是从B到R和从B到Y，得到的线电压为UBR和-UYB。 线电压URY、UYB、UBR的波形见图3.5.2-3。从图中可以看出，三者之间互差120，它们的幅值是U。 3.5.4电动机与单片机的接口 在调制波的频率、幅值和载波的频率这3项参数中，不论哪一项发生变化时，都使得载波与调制波的交点发生变化。因此，在每一次调整时，都要重新计算交点的坐标。显然，单片机的计算能力和速度不足以胜任这项任务。过去通常的作法是：对计算做一些简化，并事先计算出交点坐标，将其制成表格，使用时进行查表调用。但即使这样，单片机的负担也很重。 为了使单片机从这一沉重的负担中解脱出来，近些年来，一些厂商推出了专用于生成三相或单项SPWM波控制信号的大规模集成电路芯片，如HEF4752、SLE4520、SA4828等。采用这样的集成电路芯片，可以大大地减轻单片机的负担，使单片机可以空出大量的时间用于检测和监控。在本次设计中，我们采用的便是SA4828三相SPWM波控制芯片。 SA4828时MITEL公司推出的一种专用于三相SPWM信号发生和控制的集成芯片。它既可以单独使用，也可以与大多数型号的单片机接口。该芯片的主要特点为：全数字控制；兼容INTEL系列和MOTOROLA系列单片机；输出调制波频率范围0～4kHz；16位调速分辨率；载波频率最高可达24kHz；内部ROM固化3种可选波形；可选最小脉宽和延迟时间（死区）；可单独调整各相输出以适应不平衡负载；看门狗定时器。 SA4828采用28脚的DIP和SOIC封装。其引脚如图3.5.4-1所示。 SA4828的各引脚功能如下： AD0～AD7：地址或数据输入通道。 SETTRIP：通过该引脚，可以快速关断全部SPWM信号输出，高电平有效。 RESET：硬件复位引脚，低电平有效。复位后，寄存器的INH、CR、WTE和RST各位为0。