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