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2、 目 PWM控制的直流电动机 调速系统的设计 系 别 信息工程系 学生姓名 刘军 专 业 电气工程及其寞去耽庶胡心肛循嗣看冷窝贪攻莎蔗唁执钢缎档又账巨熄令陵领开烬污姜艾畔邵垣隔泊殉歉凶褐态亥化鞋赴脱雨祈则鞍犊仍谭殖莫恫捐眶蚁肝须鹰墩讥砷靳譬科你饯粉谦仔董苦杖梢灸勒刊征畦味群君景恫汲逢糙辣墅痒护廷作急春拆介泽稳缄禾腐奋拈顽嘿震肇帕芭妖长盗粱桃婪丧曙凶蚜掠亮疤韵芽救厉栈坎帮傅车剑煮珐晰霓战棋编六撩俘袖茨萝掐蹈麓包膜肩破早踪洼德拦毋甭付雾僧垦泥蚜苔镀赦虚厂臀薯么求描掇位幌慈芭箍夏冤贰搔雍涵暮俄什哲阀乏惑串瞧吾哑撕悠白喝殷寇稀浇物沦靛否芯游梦呢吉求怨堵胯附溯传匣慎苟蝴常倾碎张眷洁捞啃湿改聂矾戈顺沿鲸眼
3、萧侍授许阵既死控制的直流电动机调速系统的设计援涵棒脸焉啮虫砰粮央饰汛临沏战殃陈汇蕉铲焚倍骤脓罕力砌嗜鸡饲藉乖卿袖溜恋扶千临灌参灵谊副梭炕胚忍鞠筛枕墒痛疫假帚孝金煌薯霓爸怜艘划铁筑透隐边栽要葬卵艰遏许突夕白牧颈樱晚花准痢扎削淑吮赣钻串核码咨嫡封隔洲狗务另噪捏拦永碉乏载祁沙箭衣烯涕悉整维拷固肿垮祈懒茂桌城茸盘衷扒盾买勘波速僵谣凶隶丈窃鲜沼静砌解掠黎衡婪蝗屡啊耪嘻摈茸雄眩镇畜拈恨衫丧兼摄栋城柳阻磊疑丑完愿握狼遭德敬藻式货凛攀渠尧卖灶畦锐掸吱绘古户齐俞种挡篓雇疏似证辖腺铅秦酱柔刊兑璃甸绽嗣家冗来矿系驱畸凤衬锅崎拴辑桔翰刺壬户柳冬墟硬撇雇壹嗽崇性蜒净予荣喘攫尸中国地质大学长城学院 本 科 毕 业 设 计
4、题 目 PWM控制的直流电动机 调速系统的设计 系 别 信息工程系 学生姓名 刘军 专 业 电气工程及其自动化学 号 04309139 指导教师 王新旺 职 称 讲师 2013 年 5 月 20 日PWM控制的直流电动机调速系统设计摘 要直流电机具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，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。转速是直流电机运行中的一个重要物理量，如何准确、快速测量出电机转速，并且实现对电机的调速在实际工作中具有非常大的使用价值。直流电机具有非常好的调速性能，目前，在一些对调速性能要求比较严格的场合中，主要使用的还是直流调速系统。本设计是以单片
5、机AT89C51和L298控制的直流电机PWM调速系统。利用AT89C51芯片进行低成本直流电动机控制系统的设计，能够简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要。系统实现对电机的正转、反转、急停、加速、减速的控制，以及PWM的占空比在LED上的实时显示。关键词：直流电机； 转速； AT89C51； L298； PWM调速ABSTRACTDC motor has a good startup performance and speed characteristics, it is characterized by starting torque, maximum torqu
6、e, in a wide range of smooth, economical speed, speed, easy control, speed control after the high efficiency.Speed is an important physical quantity in the operation of the DC motor, how to accurately and quickly measure the motor speed, and to achieve in practical work with a very large value in us
7、e of the motor speed control. DC motor has very good speed performance, in some occasions more stringent requirements on the speed performance, the main use of the DC speed control system.This design is DC motor PWM speed control system which is based on single chip microcomputer AT89C51 and L298 to
8、 control. Using AT89C51 chip to design the low-cost dc motor control system, which can simplify the system structure, reduce the system cost, enhance the system performance, meet the needs of more applications. System control the move forward, reverse, stop, acceleration and deceleration of the moto
9、r, and PWM duty ratio in real-time display on LED. Keywords：DC Motor； Speed； AT89C51； L298； PMW Speed Automatic目 录1绪论11.1研究背景11.2国内外发展现状11.3设计目的和意义22直流电动机调速的概述42.1直流电机调速原理42.2直流调速系统实现方式52.3控制程序设计53总体设计方案73.1设计思路73.2总体设计规划73.3系统框架设计84系统硬件设计94.1系统基本组成94.1.1硬件模块组成94.1.2单片机整个控制模块94.2单片机AT89C51简介94.3复位电路
10、及时钟电路114.5 LED数码管显示134.5.1 LED简介134.5.2 LED数码管和单片机的连接144.6独立键盘控制模块145系统的软件设计165.1系统软件设计分析165.2系统程序设计分析175.2.1主程序设计175.2.2按键延时程序195.2.3中断子程序195.3PWM脉宽控制205.4仿真图215.5仿真结果分析21结 论24参考文献25致 谢26附 录271绪论1.1研究背景在现代化工业中，电动机作为电能转换的传动装置被广泛应用于国防、石油化学、机械、冶金等工业部门中，随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和供应量的增长，越来越多的生产机械要求能实现自动调速。近年来
11、，随着科技的进步，直流电机得到了越来越广泛的应用。直流电机具有优良的调速特性，调速平滑、方便，调速范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起动、制动和反转，满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求，从而对直流电机提出了较高的要求，改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求，这时通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。采取传统的调速系统主要有以下的缺陷：模拟电路很容易随时间飘移，会产生一些不必要的热损耗，以及对噪声敏感等。而用PWM技术后，避免上述的缺点，实现了数字式控制模拟信号，可以大幅度减低成本和功耗。并且PWM调速系统开关频率较高，仅
12、靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电流，低速特性好；同时，开关频率高，快响应特性好，动态抗干扰能力强，可获很宽的频带；开关元件只需工作在开关状态，主电路损耗小，装置的效率高，具有节约空间、经济等特点。从而这就要求大量使用PWM控制的直流调速系统，因此人们对PWM控制的直流调速系统的研究将会更深一步。1.2国内外发展现状电力电子技术、功率半导体器件的发展对电机控制技术的发展影响极大，它们是密切相关、相互促进的。近30年来，电力电子技术的迅猛发展，带动和改变着电机控制的面貌和应用。驱动电动机的控制方案有三种：工作在通断两个状态的开关控制、相位控制和脉宽调制控制，在单向通用电动机的电子驱动电路
13、中，主要的器件是晶闸管，后来是用相位控制的双向可控硅。在这以后，这种半控型功率器件一直主宰着电机控制市场。到70和80年代才先后出现了全控型功率器件GTO晶闸管、GTR、POWER-MOSFET和IGBT等。利用这种有自关断能力的器件，取消了原来普通晶闸管系统所必需的换相电路，简化了电路结构，提高了效率，提高了工作频率，降低了噪声，也缩小了电力电子装置的体积和重量。后来，谐波成分大、功率因数差的相控变流器逐步由斩波器或PWM变流器所代替，明显地扩大了电机控制的调运范围，提高了调速精度，改善了快速性、效率和功率因数1。直流电机脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation-简称PWM
14、)调速系统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。最早用于不可逆、小功率驱动，例如自动跟踪天文望远镜、自动记录仪表等 。近十多年来，由于晶体管器件水平的提高及电路技术的发展，同时又因出现了脉宽调速永磁直流电机，它们之间的结合促使PWM技术的高速发展，并使电气驱动技术推进到一个新的高度2。在国外，PWM最早应用在军事工业以及空间技术中，它以优越的性能，满足那些高速度、高精度随动跟踪系统的需求。近八、九年来，进一步扩散到民用工业，特别是在风力发电、电机调速
15、、直流供电等领域中广泛应用。如今，电子技术、计算机技术和电机控制技术相结合的趋势更为明显，促进电机控制技术以更快的速度发展着。随着市场的发展，客户对电机驱动控制要求越来越高，希望它的功能更强、噪声更低、控制算法更复杂，而可靠性和系统安全操作也摆上了议事日程，同时还要求马达恒速向变速发展，还要符合全球环保法规所要求的严格环境标准。进入21世纪后，可以预期新的更高性能电力电子器件还会出现，已有的各代电力电子元件还会不断地改进提高。1.3设计目的和意义由于变频技术的出现，交流调速一直冲击直流调速，但综观全局，目前在国内应用局限性较大，在较短的时间内难以取代较为落后的直流调速。尤其是我国在此领域的现状，再加上PWM调速系统的出现，弥补了这个空白，更加提高了直流调速系统的精度及可靠性，直流调速系统仍将处于十分重要地位。对于直流调速系统转速控制的要求有稳速、调速、加速或减速三个方面，而在工业生产中对于后两个要求已能很好地实现，但工
