4430毕业设计基于单片机的直流电机调速系统

毕业设计论文设计（论文）题目：基于单片机的直流电机调速系统设计下达日期：2014年月日开始日期：2014年月日完成日期：2014年月日指导教师：高文华学生专业：电气自动化班级：自动化1207班学生姓名：王瑞瑞教研室主任：王永康电气工程学院毕业论文陕西工业职业技术学院毕业设计（论文）任务书一、设计（论文）内容及要求：（一）设计（论文）内容本设计采用PWM控制技术，利用斩波原理改变脉冲宽度，改变直流电动机两端的直流平均电压的大小，来实现对直流电动机的速度控制。（二）要求1．PWM控制器（或单片机）为核心。2．运用PWM控制器（单片机）为核心，构建控制系统电路。3.利用PWM控制器（单片机）、大功率开关器件、隔离电路、驱动芯片等硬件，设计建立直流电动机PWM控制系统，力求实用、简单、经济。4.保护电路二、技术指标：1、采用速度、电流双闭环控制以提高系统控制精度；2、输出信号稳定，以此来驱动大功率开关器件；3、控制信号通过PWM控制器（单片机）对功率开关进行控制，使其满足按要求进行速度调节的要求。4、电动机额定数据为：10kW、220V、55A、1000r/min，电枢电阻Ra为0.5Ω，Ce=0.122V·min/r时间常数：Tl=0.02s,Tm=0.16s。5、调速范围D=10。6、稳态指标：无静差。7、动态指标：电流超调量不大于5%；转速超调量不大于10%。三、主要参考资料：1电机控制专用集成电路谭建成主编机械工业出版社2电气传动的脉宽调制控制技术吴守箴主编机械工业出版社3电力电子技术王兆安黄俊主编机械工业出版社4电力拖动自动控制系统陈伯时主编机械工业出版社5自动控制原理与系统孔凡才主编机械工业出版社6单片机原理与应用王津主编重庆大学出版社陕西工业职业技术学院毕业设计（论文）任务书进程计划表序号起止日期计划完成内容实际完成情况检查签名123456第一周第二周第三周第四周第五周第六周任务下达，查阅资料控制方案确定控制系统设计参数计算及绘制系统图编写论文资料并完善整理资料答辩摘要本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。此外，本文中还采用了芯片IR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块，并且把它与延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的控制。另外，本系统中使用了测速发电机对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后，将测量值送到A/D转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算，从而实现了对直流电机速度的控制。在软件方面，文章中详细介绍了PI运算程序，初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。关键词：PWM信号，测速发电机，PI运算目录1.引言...................................................11.1开发背景.....................................................11.2选题的目的和意义.............................................11.3研究方法.....................................................22.总体设计概述............................................22.1总体硬件电路设计.............................................22.1.1系统总体设计框图.......................................22.1.28051单片机简介........................................32.1.3单片机系统中所用其他芯片选型...........................42.2PWM信号发生电路设计.........................................72.2.1PWM的基本原理.........................................72.2.2PWM信号发生电路设计...................................82.2.3PWM发生电路主要芯片的工作原理.........................92.3功率放大驱动电路设计........................................102.3.1芯片IR2110性能及特点.................................102.3.2IR2110的引脚图以及功能...............................112.4主电路设计..................................................112.4.1延时保护电路..........................................112.4.2主电路................................................112.4.3输出电压波形..........................................132.4.4系统总体电路图........................................142.5测速发电机..................................................152.6滤波电路....................................................152.7A/D转换....................................................152.7.1芯片选型..............................................152.7.2ADC0809的引脚及其功能................................163.系统软件部分的设计......................................163.1PI转速调节器原理图及参数计算...............................163.2系统中的部分程序设计........................................173.2.1主程序设计............................................173.2.2PI控制算法子程序设计.................................184.系统调试..............................................194.1软件调试....................................................194.2系统仿真....................................................20结论....................................................21致谢....................................................21参考文献.................................................22附录....................................................2311.引言1.1开发背景现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备，目前在直流电动机拖动系统中已大量采用晶闸管(即可控硅)装置向电动机供电的KZ—D拖动系统，取代了笨重的发电动一电动机的F—D系统，又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。直流电机调速基本原理是比较简单的（相对于交流电机），只要改变电机的电压就可以改变转速了。改变电压的方法很多，最常见的一种PWM脉宽调制，调节电机的输入占空比就可以控制电机的平均电压，控制转速。PWM控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪80年代以前一直未能实现。直到进入上世纪80年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM控制技术才真正得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用，PWM控制技术获得了空前的发展，到目前为止，已经出现了多种PWM控制技术。1.2选题的目的和意义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。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。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，2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。1.3研究方法本文主要研究了利用MCS-51系列单片机，通过PWM方式控制直流电机调速的方法。PWM控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。本文就是利用这种控制方式来改变电压的占空比实现直流电机速度的控制。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统，然后通过放大来驱动电机。利用直流测速发电机测得电机速度，经过滤波电路得到直流电压信号，把电压信号输入给A/D转换芯片最后反馈给单片机，在内部进行PI运算，输出控制量完成闭环控制，实现电机的调速控制。2.总体设计概述单片机直流电机调速简介：单片机直流调速系统可实现对直流电动机的平滑调速。PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。本系统以89C51单片机为核心，通过单片机控制，C语言编程实现对直流电机的平滑调速。系统控制方案的分析：本直流电机调速系统以单片机系统为依托，根据PWM调速的基本原理，以直流电机电枢上电压的占空比来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速为依据，实现对直流电动机的平滑调速，并通