PWM波直流电机闭环调速系统设计--课程设计

洛阳理工学院 课程设计说明书 课程名称计控 设计课题PWM波直流电机闭环调速系统设计 专业自动化 班级 B100408 姓名 年月日 课程设计任务书 电气与自动化系自动化专业 学生姓名李恒班级B100408 学号 课程名称计算计控制技术 设计题目PWM波直流电机闭环调速系统设计 课程设计内容与要求 设计内容本系统以单片机为控制核心。通过PID算法，根据差值算出PWM 应该输出的占空比，以此来驱动电动机使其达到预定速度，并用光电编码器 为测速工具，构成速度控制闭环系统。 设计要求1.完成直流电机调速系统总体设计 2. 根据系统框图进行硬件选型 3. 调试并仿真 4. 分析仿真结果并得出结论 设计（论文）开始时期 年 月曰指导教师 设计（论文）完成日期年 月曰指导教师 年 月 日 课程设 计评语 系专业 学生姓名班级学号 课程名称 设计题目 课程设计篇幅 图纸张 说明书页 指导教师评语 指导教师 洛阳理工学院 洛阳理工学院 摘要I 第1章绪论1 1.1选题的背景与意义1 1.1.1设计背景1 1.1.2选题的目的和意义2 第2章 系统总体设计1 2.1方案的选择1 2.1.1晶闸管调速1 2.1.2 PWM 波调速2 2.2系统总体设计3 第3章硬件设计4 3.1硬件选型4 3.1.1单片机的选择4 3.1.2电机驱动的选择4 3.2硬件电路设计4 3.2.1微控制器4 3.2.2电源模块5 3.2.3电机驱动模块7 3.2.4测速模块2 3. 2. 5 液晶显不模块4 3.3系统硬件选型表6 第4章软件设计7 4.1系统流程7 4.1.1调速闭环方框图7 4.1.2系统程序流程图7 4. 2软件调试 8 第5章 系统的MATLAB仿真10 5.1系统的建模与参数设置10 5. 2 电机 Mat I ab 仿真10 5.3仿真结果分析 12 结论13 参考文献14 附录15 直流电机在社会生产中有着广泛的应用，本文给出了一种基于PWM波的直流 调速系统。直流电动机调速系统数字化已经走向实用化，伴随着电子技术的高度 发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用， 使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的 趋势。本系统以飞思卡尔16位微控制器MC9S12XS128为控制芯片，可通过设置相 应的寄存器达到想要的占空比波形，从而控制直流电机的转速。 关键词直流电动机PWM波单片机 第1章绪论 1.1选题的背景与意义 1.1.1设计背景 直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多 需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看, 直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础, 采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部 分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控 制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功 能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性， 并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降 低系统成本，从而有效的提高工作效率。 在实际应用中，电动机作为把电能转换为机械能的主要设备，一是要具有较 高的能量转换效率；二是应能根据生产工艺的要求调整转速。电动机的调速性能 如何对提高产品质量、提高劳动生产率和节省电能有着直接的决定性影响。因此， 调速技术一直是研究的热点直流电动机在冶金、矿山、化工、交通、机械、纺织、 航空等领域中已经得到广泛的应用。而以往直流电动机的控制只是简单的控制， 很难进行调速，不能实现智能化。传统的控制系统采用模拟元件，虽在一定程度 上满足了生产要求，但是因为元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响，并且 线路复杂、通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响，故系统的运 行可靠性及准确性得不到保证，甚至出现事故。如今，直流电动机的调速控制已 经离不开单片机的支持，单片机应用技术的飞速发展促进了自动控制技术的发展, 使人类社会步入了自动化时代，单片机应用技术与其他学科领域交叉融合，促进 了学科发展和专业更新，引发了新兴交叉学科与技术的不断涌现。现代科学技术 的飞速发展，改变了世界，也改变了人类的生活。由于单片机的体积小、重量轻、 功能强、抗干扰能力强、控制灵活、应用方便、价格低廉等特点，计算机性能的 不断提高，单片机的应也更加广泛特别是在各种领域的控制、自动化等方面。 目前，直流电动机调速系统数字化已经走向实用化，伴随着电子技术的高度 发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用， 使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的 趋势。 近年来，随着科技的进步，电力电子技术得到了迅速的发展，直流电机得到 了越来越广泛的应用。直流它具有优良的调速特性，调速平滑、方便,调速范围广； 过载能力大，能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动、制动和反转;需 要能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求，从而对直流电机的调速 提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速，改变电枢电压调速等技术已远远不 能满足要求，这时通过PWM方式控制直流电机调速的方法应运而生。 1.1.2选题的目的和意义 早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成 电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且 系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推 广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来 完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。 采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高 工作效率。 传统的控制系统采用模拟元件，虽在一定程度上满足了生产要求，但是因为 元件容易老化和在使用中易受外界干扰影响，并且线路复杂、通用性差，控制效 侈维殍Z厚陀课程设计用纸 果受到器件性能、温度等因素的影响，故系统的运行可靠性及准确性得不到保证， 甚至出现事故。 目前，直流电动机调速系统数字化已经走向实用化，伴随着电子技术的高度 发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用， 使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的 趋势。 第2章 系统总体设计 2.1方案的选择 2.1.1晶闸管调速 图2-1 a晶闸管供电的调速电路b晶闸管供电时调速系统的机械特性 有晶闸管变流器供电的调速电路如图2-1 a所示。通过调节触发器的控制电 压来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压，从而实现平滑调速。在此调速方 法下可得到与发电