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1、数字空控制PWM双闭环直流调速系统设计目录1、 摘要. 22、 设计任务. 33、 系统的总体方案. 34、 单元电路的设计. 44.1电动机主电路设计. 44.2ACR模拟电流调节器（PID）具体设计. 44.3ASR数字调节器（PID）的具体设计. 74.4单片机与其接口电路的设计. 9 4.4.1 89C52简介. 9 4.4.2 8279键盘与其显示电路 . 9 4.4.3 89C52单片机产生PWM. 144.4.4 AD/DA设计. 15 4.5电源电路的设计. 175、 系统的运行过程简介. 196、 设计心得. 207、 参考文献. 21摘要 当今，自动化控制系统已经在各行各业
2、得到了广泛的应用和发展，而直流调速控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。本文主要研究基于数字控制的PWM双闭环直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制部分（89C52）、栓闭环、直流电动机。长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单、易于大围平滑调速、控制性能好等特点，在传动领域占有统治地位。 微机技术的快速发展，在控制领域得到广泛应用。本文对基于微机控制的闭环可逆直流PWM调速系统进行了研究，从直流调速系统原理出发，逐步建立了闭环直流PWM调速系统的数学模型，用微机硬件和软件编程实现电动机的准确控制，试图通过单片机来实现对电动机的控制，从而实现电气自动化，本文主要以
3、89C52单片机为基础研究，实现键盘输入、数码管显示、PWM生成等多种功能，还可以实现对码盘测速、DA的处理，通过一些外电路，实现对电动机的控制。关键词：直流调速，数字控制，PWM, 双闭环，89C52单片机，8279键盘显示一、 设计任务1、 设计目的：实现数字控制PWM双闭环直流调速2、 设计的主要电路：电动机运行主电路、双闭环控制器、89C52单片机最小系统与PWM产生电路、8279键盘与其显示电路、测速与其报警电路、AD/DA转换电路。3、 参数计算：电路中的电阻、电容的数值，电流调节器ACR中Ki和Ci的确定。4、 设计要求：直流电动机的基本数据如下：二、 系统设计的总体方案： 以电
4、动机运行主电路为基础，通过控制PWM的占空比实现电动机正转、翻转、速度的控制。双闭环包括电流环和转速环，通过不断的检测电流和转速，然后进行与给定值比较，实现对电动机的控制。单片机作为系统的控制核心，主要是对采集AD反馈过来的信息，还有就是码盘输入的信息以与按键的信息。然后，做出相应的应答。本设计主要是对89C52单片机的设计，双闭环的设计，电动机主电路的设计。三、单元电路的设计：1、 电动机的主电路的设计： 图一 电动机运行主电路此电路为三相桥式不可控整流电路，输入为三相交流AC1，AC2,AC3。通过桥式整流，转化为直流电，电路中的平波电抗器和电容主要起滤波作用以与电机在最低负载（Id=Id
5、im）下也能工作在连续段机械特性上。G1、G2、G3、G4为IGBT开关器件，通过对其的控制，实现对电动机的调速控制，而本设计中主要是用PWM实现对其的控制。其中，D7D10四个二极管为续流二极管，其作用为防止负载电流突变，起到平滑电流以与续流的作用。设计中选的IGBT管的型号是SGH80N60UFD,它的参数如下：管子类型：NMOS场效应管极限电压Vm：600V；极限电流Im：80 A；耗散功率P：195 W ；额定电压U：220V；额定电流I：45A2、 ACR模拟电流调节器（PID）具体设计：模拟调节器的控制规律：u(t)为调节器输出，e(t)为调节器误差输入，KP为调节器比例增为调节器
6、的积分时间常数，为微分时间常数。本设计只用PI调节器就能满足要求。A）电流环参数计算 1、 确定时间常数： 1）整流装置之后时间常数Ts，通过查表可得：Ts=0.0017s；2、 选择调节器的结构：3、 计算电流调节器参数：4、 校验近似条件：满足近似调节。满足设计要求。B)电流调节器设计电路图如下： 图二 电流环调节器3、ASR数字调节器（PID）的具体设计： PI调节器是电力拖动自动控制系统中最常用的一种控制器，在微机数字控制系统中，当采样频率足够高时，可以先按模拟系统的设计方法设计调节器，然后再离散化，就可以得到数字控制器的算法，这就是模拟调节器的数字化。 PI调节器时域表达式：其中 K
7、p= Kpi 为比例系数 ，KI =为积分系数 将上式离散化成差分方程，其第 k 拍输出为：（*）式中 Tsam为采样周期 数字PI调节器有位置式和增量式两种算法： 位置式算法即为式(*)表述的差分方程，算法特点是：比例部分只与当前的偏差有关，而积分部分则是系统过去所有偏差的累积。位置式PI调节器的结构清晰，P和I两部分作用分明，参数调整简单明了，但需要存储的数据较多。 增量式PI调节器算法：PI调节器的输出可由下式求得：只要在计算机中多保存上一拍的输出值就可以了。 与模拟调节器相似，在数字控制算法中，需要对 u 限幅，这里，只须在程序设置限幅值Um，当 u(k) Um 时，便以限幅值 Um作
8、为输出。不考虑限幅时，位置式和增量式两种算法完全等同，考虑限幅则两者略有差异。增量式PI调节器算法只需输出限幅，而位置式算法必须同时设积分限幅和输出限幅，缺一不可。 算法流程： 图三 数字PI调节器程序框图 4、单片机与其接口电路的设计（1）89C52简介 ：本设计使用89C52单片机作为控制芯片，其功能丰富，且使用简单，具体功能如下： 兼容MCS51指令系统 8k可反复擦写(1000次）Flash ROM 32个双向I/O口 256x8bit部RAM 3个16位可编程定时/计数器中断 时钟频率0-24MHz 2个串行中断 可编程UART串行通道 2个外部中断源 共6个中断源 2个读写中断口线
9、 3级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能（2）8279键盘与其显示电路： 图四 8279键盘与其显示电路A）8279的功能：DB0DB7：双向数据总线。在CPU与8279间做数据与命令的传送。CLK：8279的系统时钟，100KHz为最佳选择。RESET：复位信号，输入线，当RESET=1时，8279复位，其复位状态为：16字符显示，编码扫描键盘双键锁定，程序时钟编码1。CS：芯片选择信号，低电平有效。A0：区分信息的特征位。A0=1时，读取状态标志位或写入命令；A0=0时， 读写一般数据。：读取控制线。RD=0，8279会送数据至外部总线。：写入控制线。WR=0，8279会
10、从外部总线捕捉数据。IRQ：中断请求输出线，高电平有效。在键盘工作方式中，当FIFO传感器RAM中有数据时为“1”，CPU每读一次就变为0，如果RAM中仍有数据则IRQ又变为“1”。在传感器工作方式中，传感器矩阵无论哪里发生变化都会使IRQ为“1”。SL0SL3：扫描按键开关或传感器矩阵与显示器，可以是编码模式或解码模式。RL0RL7：回复输入线，它们是键盘或传感器的列（或行）信号输入线；平时保持为“1”，当矩阵结点上有键（开关）闭合时变为“0”。SHIFT：移位信号输入线，高电平有效。通常用来扩充键开关的功能，可以用作键盘上、下档功能键。在传感器方式和选通方式中，SHIFT无效。CNTL/S
11、TB：控制/选通输入线，高电平有效。通常用来扩充键开关的控制功能，作为控制功能键用。在选通输入方式时，该信号的上升沿可把来自RL0RL7的数据存入FIFO/RAM中；在传感器方式下，该信号无效。OUTA0OUTA3：动态扫描显示的输出口（高四位）。OUTB0OUTB3：动态扫描显示的输出口（低四位）。BD：消隐输出线,低电平有效，当显示器切换或使用显示消隐命 令时，将显示器消隐。B）8279与89C52的连接8279与89C52的许多信号是兼容的，可直接连接，十分方便。8279的8位数据线（DB0DB7）直接接89C52的P0口。RD、WR与89C52的读写信号（RD、WR）直接连接。89C5
12、2的地址锁存信号ALE接8279的CLK，在部分频后产生其部时钟信号。8279的中断请求信号（IRQ）经一个反相器反相后接89C52的 。8279的三个可寻址的寄存器只需两个地址，即：命令/状态寄存器地址和数据寄存器地址。8279中与地址有关的信号为A0和CS，它们的连接情况直接决定着寄存器的地址，一旦硬件电路确定，寄存器的地址也就确定下来了。C)74LS154：为 4 线16 线译码器，当选通端（G1、G2）均为低电平时，可将地址端（ABCD）的二进制编码在一个对应的输出端，以低电平译出。 如果将G1和G2中的一个作为数据输入端，由ABCD对输出寻址，74LS154还可作1线-16线数据分配器。引脚功能介绍：A、B、C、D 译码地址输入端(低电平有效)G1、G2 选通端(低电平有效)015 输出端(低电平有效)74LS154对应真值表： 图五 74LS154真值表D）键盘工作原理：键盘采用的是行列式键盘，通过扫描的方式进行判断键的按下
