《直流电动机转速控制系统设计【优秀毕业课程设计】.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《直流电动机转速控制系统设计【优秀毕业课程设计】.doc（47页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 第 II 页摘 要当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流驱动控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。特别是在直流电动机广泛应用的电气传动领域，起到至关重要的作用。直流电动机因为具有良好的调速性能和比较大的起动转矩，一直被应用在电气领域，尤其是在需要调速性能很高的场所。在制造业、工农业自动化、铁路与运输等行业都被广泛的应用，随着市场的竞争力，对直流电动机的需求也越来越高，同时对直流电动机的调速性能也有了更高的要求。因此，研究直流电动机转速控制系统的调速性能有着很重要的意义。在本次的设计中采用PWM控制直流电动机转速。PWM脉冲受到PID算法的控制，被用来控制
2、直流电动机的转速。同时利用安装在直流电动机转轴上的光电式传感器，将直流电动机的转速转换成脉冲信号，反馈到单片机，形成闭环反馈控制系统，改变不同占空比的PWM脉冲就可以实现直流电动机转速控制。本论文对每一个方案的选择都进行详细的论述，在软件和硬件部分都进行了模块化。硬件部分首先给出一个以AT89S52单片机为核心的整体结构图，并对驱动电路、显示电路等模块进行详细的阐述。在软件部分给出整体程序流程图，对PWM程序、PID算法程序、显示程序等模块详细的阐述。本次系统设计的具有抗干扰能力强、性价比高、维修简单方便等优点。关键词：PWM；单片机；直流电动机；转速控制AbstractNowadays, a
3、utomatic control system has been widely used and greatly developed in all walks of life. As the dominant part of electric drive, direct current (DC) control plays an important role in modern production, especially in the DC motor is widely used in the field of electric transmission. DC motor because
4、 of its good speed control performance and relatively large starting torque, has been applied in the electrical field, especially in the high speed performance requirements of the occasion. Is widely used in the manufacturing industry, industry and trade of agricultural automation, rail and transit
5、industry, with the competitiveness of the market, the demand of DC motor is also more and more high, also of the DC motor speed performance also has the higher requirements. Therefore, it is very important to study the speed control performance of the DC motor speed control system.In this design, us
6、ing PWM control DC motor speed. PWM pulse is controlled by the PID algorithm, PWM is used to control the speed of DC motor. At the same time, the hall sensor mounted on the rotational shaft of the DC motor, the DC motor speed is converted into a pulse signal, feedback to the microcontroller, form a
7、closed loop feedback control system, changing the duty ratio of the PWM pulse can realize DC motor speed control. In this paper, the choice of each program are discussed in detail, in both the software and hardware parts are modular. In the part of hardware, we first give a whole structure diagram w
8、ith AT89S52 single chip microcomputer as the core, and elaborate the driving circuit, display circuit and other modules in detail. In the software part gives the overall program flow chart, the PWM program, PID algorithm program, display program, and other modules are described in detail. The system
9、 design has the advantages of strong anti-interference ability, high cost performance, easy maintenance and so on.Key Words: PWM; microcomputer; DC motor; speed control 目录目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 课题背景11.2 课题研究的目的和意义21.3 本设计的内容及意义21.3.1本设计的内容21.3.2本设计的意义21.4 直流电动机转速控制系统原理31.5 PWM脉冲控制原理41.5.1 PWM调速原理
10、51.6 PID基本原理61.7 本章小结82 系统整体方案92.1 系统设计任务与设计要求92.1.1系统设计任务92.1.2系统设计要求92.2 系统方案论证92.2.1控制器模块设计方案92.2.2电动机驱动模块设计方案102.2.3速度采集模块设计方案102.2.4显示模块设计方案102.2.5键盘模块设计方案112.2.6电源模块设计方案112.3 系统的组成122.4 本章小结123 硬件系统设计133.1 单片机最小系统133.1.1 AT89S52单片机简介133.1.2 晶振电路143.1.3 复位电路153.2 独立式键盘电路153.3 液晶显示电路163.4 电源电路16
11、3.5 电动机驱动电路173.6 光电式传感器测速电路183.7 本章小结194 系统软件设计204.1 系统模块主程序设计214.1.1 初始化模块程序214.1.2 按键扫描模块程序234.1.3 液晶显示模块程序254.1.4 电动机调速模块程序264.2 本章小结295 样机硬软件调试305.1 样机硬件调试305.1.1 元件焊接与整板调试305.1.2样机软件调试305.2 硬件调试与硬件调试实验315.2.1调试方法315.2.2测试结果315.3 调试遇到的困难325.4 本章小结326 结论33致 谢34参考文献35附录一 直流电动机转速控制系统设计原理图36附录二 直流电动
12、机转速控制系统设计PCB图37附录三 直流电动机转速控制系统设计C语言原程序38附录四 元件清单43 第 42 页 共43页1 绪论1.1 课题背景近年来直流电动机飞速的发展。而今市场上有各类各样的直流电动机，场合不一样使用者不一样的电动机。大到如医疗器械、航空业、工农业自动化、制造业、加工业等；小到家庭里的家用电器和电子产品等，绝大部分都使用直流电动机。随着微机技术和电力电子技术的相结合，对自动控制系统的控制性能了提出了更高的要求，特别是在电气传动领域的直流电动机调速控制。对调速系统性能要求高的有汽车、电梯、车床、航空工业、高铁等领域，特别是国防领域中坦克、雷达、火炮、战斗机等应用很广泛。直
13、流电动机转速控制主要由四个部分构成：控制器部分、功率输出部分、反馈部分、电动机部分。为了满足工业生产、制作工艺、提高档次等需要，这些不同的部分组合，可以得到调速多样化的调速系统。近三十年来，直流电动机在电气传动方面发生了显著的改变。首先，出现了整流器的时代，可控硅整流装置取代了传统使用的直流发电动机、电动机组及水银整流装置使得直流电动机的发展又向前迈进了一大步。与此同时，控制电路已经发展成集成化，具有体积小，可靠性高，成本低的特点。这些技术的使用，使直流电动机调速系统的性能有明显的改善，应用范围变得更加广泛。直流电动机调速技术正在不停的改善，相信在将来会逐渐的变成一项极其重要的调速技术和重要的
14、研究课题。在直流电动机控制方面，微机控制器和专门的PWM控制芯片的使用也占有很重要的作用，它们是为了提高直流电动机调速性能被专门制造出来。整篇文章是对基于单片机的直流电动机转速控制进行了进一步的研究。从直流电动机的调速原理开始，逐渐的建立了一个以PWM调速系统的闭环反馈控制模型，同时结合PID控制算法，将微机技术和自动控制系统相结合并且应用在直流电动机调速系统中。微机有体积小、能耗低、功能强大等特点，并且还有很多的外接口来接外围电路，运算速度快等优势。将它们相联结就可以组成一个闭环反馈转速控制系统。运用微机技术时，分别对显示电路、测速原理、驱动电路等模块进行了硬件和软件上的阐述。随着电力电子技
15、术和计算机控制技术的突飞猛进，微机技术也据有更重要的作用。目前的发展趋势是以微机控制技术为核心的各种自动控制系统，利用计算机可以将复杂的控制规律简单化，更加能够容易的构建数学模型。以计算机为核心的微机控制技术，被广泛的应用在直流电动机转速控制系统中，不仅调高系统的可靠性、抗干扰能力、稳定性。1.2 课题研究的目的和意义在现代社会中，自动控制系统已经遍及到我们生活领域的各个方面，例如在医疗器械、汽车制造业、铁路运输业、煤矿业、轮船业、电力行业、加工业等多个领域。而这些设备的动力绝大部分都是由直流电动机提供，因此在工业领域中直流电动机的应用是非常广泛的。在那么多种类的电动机中，只有直流电动机有良好的起动性和调速性，所以在对起动性和调速性较高的场所被广泛的应用。因此在电气传动领域继续研究直流电动机调速这一课题依然很重要。该系统是基于单片机的直流电动机转速控制系统，它可以分为四大组成模块：单片机主控核心模块、转速数据采集模块、设定和显示模块、功率控制输出模块。本次的设计思路是：采用AT89S52单片机为主控核心，根据设定的转速产生PWM脉冲，控制电
