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数字化PWM可逆直流调速系统设计DigitalPWMReversibleDcSpeedControlSystemDesign运动控制原理课程设计I摘要直流电机具有良好的启动性能和调速特性，它的特点是启动转矩大，能在宽广的范围内平滑、经济地调速，转速控制容易，调速后效率很高。本文设计的直流电机调速系统，主要由51单片机、电源、H桥驱动电路、LED液晶显示器、霍尔测速电路以及独立按键组成的电子产品。电源采用78系列芯片实现+5V、+15V对电机的调速采用PWM波方式，PWM是脉冲宽度调制，通过51单片机改变占空比实现。通过独立按键实现对电机的启停、调速、转向的人工控制，LCD实现对测量数据（速度）的显示。电机转速利用霍尔传感器检测输出方波，通过51单片机对1秒内的方波脉冲个数进行计数，计算出电机的速度，实现了直流电机的反馈控制。关键词：直流电机调速；H桥驱动电路；lCD显示器；51单片机运动控制原理课程设计IIABSTRACTDCmotorhasagoodstartupperformanceandspeedcharacteristics,itischaracterizedbystartingtorque,maximumtorque,inawiderangeofsmooth,economicalspeed,speed,easycontrol,speedcontrolafterthehighefficiency.ThisdesignofDCmotorspeedcontrolsystem,mainlybythemicrocontroller51,powersupply,H-bridgedrivercircuits,LEDliquidcrystaldisplay,theHallvelocityandindependentkeycomponentcircuitsofelectronicproducts.Powersupplywith78serieschip+5V,+15VformotorspeedcontrolusingPWMwavemode,PWMisapulsewidthmodulation,dutycyclebychangingtheMCU51.Achievedthroughindependentbuttonsstartandstopthemotor,speedcontrol,turningthemanualcontrol,LEDrealizethemeasurementdata(speed)ofthedisplay.MotorspeedusingHallsensoroutputsquarewave,by51secondsto1microcontrollersquarewavepulsesarecountedtocalculatethespeedofthemotortoachieveaDCmotorfeedbackcontrol.Keywords：DCmotorspeedcontrol；Hbridgedrivercircuit；LCDdisplay运动控制原理课程设计目录摘要.................................................................................................................IABSTRACT...............................................................................................................II第一章绪论..................................................................................................11.1选题背景与意义.....................................................................................11.2设计任务和要求.....................................................................................21.4设计目的与意义....................................................................................3第二章系统的硬件选择及设计..........................................................................42.1单片机的选择........................................................................................42.2模拟数字转换芯片.................................................................................52.3数字模拟转换芯片................................................................................72.4显示器................................................................................................10第三章系统的软件设计....................................................................................123.1系统初始化模块...................................................................................123.2数据采样...............................................................................................123.3主程序...................................................................................................14第四章仿真图4.1全图...................................................................................17第五章心得体会................................................................................................19参考文献..............................................................................................................20附录......................................................................................................................21运动控制原理课程设计1第一章绪论1.1选题背景与意义现代工业的电力拖动一般都要求局部或全部的自动化，因此必然要与各种控制元件组成的自动控制系统联系起来，而电力拖动则可视为自动化电力拖动系统的简称。在这一系统中可对生产机械进行自动控制。随着近代电力电子技术和计算机技术的发展以及现代控制理论的应用，自动化电力拖动正朝着计算机控制的生产过程自动化的方向迈进。以达到高速、优质、高效率地生产。在大多数综合自动化系统中，自动化的电力拖动系统仍然是不可缺少的组成部分。另外，低成本自动化技术与设备的开发，越来越引起国内外的注意。特别对于小型企业，应用适用技术的设备，不仅有益于获得经济效益，而且能提高生产率、可靠性与柔性，还有易于应用的优点。自动化的电力拖动系统更是低成本自动化系统的重要组成部分。在如今的现实生活中，自动化控制系统已在各行各业得到广泛的应用和发展，其中自动调速系统的应用则起着尤为重要的作用。虽然直流电机不如交流电机那样结构简单、价格便宜、制造方便、容易维护，但是它具有良好的起、制动性能，宜于在广泛的范围内平滑调速，所以直流调速系统至今仍是自动调速系统中的主要形式。现在电动机的控制从简单走向复杂，并逐渐成熟成为主流。其应用领域极为广泛，例如：军事和宇航方面的雷达天线、火炮瞄准、惯性导航等的控制；工业方面的数控机床、工业机器人、印刷机械等设备的控制；计算机外围设备和办公设备中的打印机、传真机、复印机、扫描仪等的控制；音像设备和家用电器中的录音机、数码相机、洗衣机、空调等的控制。随着电力电子技术的发展，开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成为主流，脉宽调制技术表现出较大的优越性：主电路线路简单，需要用的功率元件少；开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗和发热都较小；低速性能好，稳速精度高，因而调速范围宽；系统快速响应性能好，动态抗扰能力强；主电路元件工作在开关状态，导通损耗小，装置效率较高；近年来运动控制原理课程设计2微型计算机技术发展速度飞快，以计算机为主导的信息技术作为一崭新的生产力，正向社会的各个领域渗透，直流调速系统向数字化方向发展成为趋势。1.2设计任务和要求电动机控制电源采用H型PWM功率放大器，其占空比变化为0～0.5～1时，对应输出电压为-264V～0～264V，为电机提供最大电流25A。速度检测采用光电编码器（光电脉冲信号发生器），且其输出的A、B两相脉冲经光电隔离辩相后获得每转1024个脉冲角度分辨力和方向信号。电流传感器采用霍尔电流传感器，其原副边电流比为1000：1，额定电流50A。采用转速、电流双闭环控制方式。已知：（1）直流电动机：PN=3kW，nN=1500r/min，UN=220V，IN=17.3A，电枢回路总电阻R=2.5Ω，电磁时间常数Tl=0.017s，机电时间常数Tm=0.076s，电动势系数Ce=0.1352V/（r.min-1)；（2）H型PWM功率变换器：工作频率为2kHz，采用单极性/双极性工作方式；（3）直流电源电压：264V；（4）主要技术指标：调速范围为0-1500r/min，电流过载倍数为1.5倍，速度控制精度0.1%（额定转速时）。3．内容（1）完成系统理论与仿真分析1）进行系统参数计算，完成转速、电流调节器的结构和参数设计；2）利用Matlab/Simulink建立系统的仿真模型，对整个调速系统的动态性能（给定输入的跟随性能和负载与电网电压扰动下的抗扰性能）进行仿真分析。（2）完成系统电气原理图的设计（包括电路原理图设计、参数计算、元器件选型）1）主电路的设计；2）单片机控制电路的设计a.单片机基本系统；b.A/D接口电路；运动控制原理课程设计3c.编码器脉冲输入接口电路；d.开关量输入输出电路；e.电压、电流采样电路；h．给定输入通道（拨码开关、模拟旋钮和串行通信接口电路等）。（3）PCB板的设计、制作与调试（根据时间选做）（4）控制算法设计大学设计1）电流控制器结构和参数设计；2）转速控制器结构和参数设计；3）采样周期选择；4）控制算法和运算流程图。（5）系统软件设计a．系统初始化程序模块；b．主程序模块；c．编码脉冲—中断服务程序模块；d．给定通道串行