基于单片机的直流电机

基于单片机的直流电机
基于单片机的直流电机

摘要

本课程主要是设计一个基于单片机的直流电机 PWM 控制系统。PWM 控制提高了调速范围,提高了调速精度,改善了快速性能、功率和功率因数。系统在设计中被控对象采用 5V 的直流电机,以 MCS-51 单片机为控制核心,采用 LCD12864 液晶作为显示元件,进行软硬件的设计。硬件电路由protel 设计制作,主要设计了液晶显示电路、键盘控制电路、复位电路、测速电路和驱动电路。软件设计在 Keil 开发平台用 C 语言编写,程序采用模块化设计方案,包括液初始化程序、晶显示程序、键盘控制程序。

本系统 PWM 控制直流电机采用调压调速的方法,整体设计包括软件和硬件两个部分。通过利用单片机产生 PWM 控制信号控制直流电机,详细介绍脉宽调制 ( PWM) 控制原理,直流电机的工作原理和数学模型以及用 H型桥电路基本原理设计的驱动电路。通过硬件电路的模拟情况,说明系统运行正常,各个功能模块实现是可行的,控制精度比较高,能够满足系统的基本要求。

关键词:单片机;PWM;直流电机;L298N;LCD12864;

目录

一、设计任务 (1)

二、设计方案 (1)

三、系统硬件设计 (3)

1、 STC52最小系统 (3)

2、电机模块 (8)

3、 L298N模块 (9)

4、测速模块 (11)

5、测压模块 (12)

6、液晶模块 (13)

7、按键模块 (15)

8、灯光信号模块 (16)

四、系统软件设计 (17)

1、软件流程图 (17)

2、 PWM程序设计 (18)

3、测压程序设计 (18)

4、测速程序设计 (19)

5、液晶驱动程序设计 (20)

6、菜单程序设计 (21)

7、按键程序设计 (23)

8、电机反电动势系数计算程序 (24)

9、电机力矩系数计算程序 (25)

10、逼近算法控制程序 (25)

11、比例控制程序 (25)

12、 PID控制程序 (26)

五、直流调速系统动态数学模型的建立 (28)

六、调速数据 (32)

1、比例调速数据 (32)

2、 PID调速数据 (33)

3、逼近算法调速数据 (34)

4、反电动势系数和电机力矩系数数据 (34)

七、心得体会 (34)

参考文献 (36)

附录一硬件原理图 (37)

附录二硬件PCB图 (38)

附录三程序清单 (39)

一、设计任务

本课题设计主要的目的是为了能够准确及时的控制直流电动机的正转、反转、停止、加速和减速功能可以准确调节控制直流电机的转速。同时,本设计可以自动测量计算直流电机的反电动势系数以及马达的力矩系数。直流电机的转速控制分别采用的调速方案:PID控制调速。本系统采取了上位机,人机交流界面更加人性化。

二、设计方案

1、任务分析

本设计要求中央控制芯片具有定时计数的功能,一定的程序存储空间,还要有足够的IO外接端口。由于本设计以LCD12864作为人机交流的显示界面,所以要求中央控制芯片具有一定的电流驱动能力。LCD、电机控制信号、LED指示灯、独立按钮,电压采集这些都需要占用大量IO接口,所以要求中央控制芯片要有足够多的外部接口以满足需要。

本设计要求能准确控制电机的转向以及转速,所以要求电机的控制芯片就有较强的调速控制功能以及转向控制功能。

本设计要求所采用的的直流电机转速具有一定的可调空间以及足够的灵敏度。

本设计涉及直流电机转速的采集,电机输出电压的测量,所以要求本系统具有测量电机转速和采集电压的功能。

2、方案流程图

3、系统结构框图

显示器

A/D变换器单片机核心键盘和开关电平转换 H桥隔离和驱动电源

测速马达马达

一、系统硬件设计

1、STC89C52

1、电源

(1) VCC-芯片电源,接+5V,

(2) VSS-接地端;

注意:用万用表测试单片机引脚电流表一般为0V或者5V,这是标准的TTL电平,但有时候在单片机程序正在工作时候测试结果并不是这个值而是介0V-5V之间,其实这只是万用表反映没这么快而已,在某一瞬间单片机引脚电流不是保持在通常情况下0V或者5V的。

2、时钟:XTAL1、XTAL2-晶体振荡电路反相输入端和输出端。

3、控制线:控制线共有4根

(1)ALE/PROG:地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲

①ALE功能:用来锁存PO口送出的低8位地址

②PROG功能:片内有EPROM的芯片,在EPROG编程期间,此引脚输入编程脉冲。

(2)PSEN:外ROM读选通信号。

(3)RST/VPD:复位/备用电源。

① RST(Reset)功能:复位信号输入端。

② VPD功能:在VCC掉电情况下,接备用电源。

(4)EA/VPP:内外ROM 选择/片内EPROM编程电源。

①EA功能:内外ROM选择端。

②VPP功能:片内有EPROM的芯片,在EPROM编程期间,施加编程电源VPP。

4、I/O线

89C51共有4个8位并行I/O端口:P0、P1、P2、P3口,共32个引脚。P3口还具有第二功能,用于特殊信号输入输出和控制信号(属控制总路线)。

RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

STC89C52单片机的引脚如图1所示

图1 STC89C52单片机引脚图

(1)系统时钟电路

本系统采用11.0592MKZ的外部石英晶振作为单片机的时钟脉冲输入。电路图如图2所示。

图2 时钟电路

(2)复位电路

本系统采用的是上电复位方式。如图3所示。

图3 复位电路

2、电机模块

直流电机是指能将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机,将电能转换为机械能;作发电机运行时是直流发电机,将机械能转换为电能。本系统采用带M130直流电机。其实物图如图5所示。

图5 电机

3、L298N模块

(1)ADC结构图如6所示

采用7.5V可充电两节干电池对EnA供电

图6 ADC的结构(2)引脚说明见表3-1:

表3-1 L298N引脚说明表

MW.15Name Function

1;15 Sense A; Sense B 在这个引脚和低之间可以接感应电阻用于控

制负载电流

2;3 Out 1; Out 2 A桥的输出端口;流经这两个端子连接的负载

电流在端子1被检测

4 VS 用于驱动负载的功率输出电源电压。在这个引

脚和地之间必须接一个100nf的无极性电容5;7 Input 1; Input 2 A桥TTL输入端

6;11 Enable A; EnableB TTL使能输入端:低电平使桥A或桥B无效

8 GND 地

9 VSS 逻辑模块的电源供应。引脚与地间必须接一个

100nF的电容

10; 12 Input 3; Input 4 B桥TTL输入端

13; 14 Out 3; Out 4 B桥的输出;流经这两个端子连接的负载电流

在端子15被检测

4、按键模块

本系统设计了5个独立按键,低电平有效。分别用作电机正转按键、电机反转按键、电机加速按键、电机减速按键,电机停止

按键。其电路原理图如图12所示。

图12 按键电路图

5、液晶模块

(1)概述

带中文字库的128X64是一种具有4位/8位并行、2线或3线串行多种接口方式,内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块;其显示分辨率为128×64, 内置8192个16*16点汉字,和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令,可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16点阵的汉字也可完成图形显示低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比,不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多,且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。

(2)基本特性

(1)、低电源电压(VDD:+3.0--+5.5V)

(2)、显示分辨率:128×64点

(3)、内置汉字字库,提供8192个16×16点阵汉字(简繁体可选)

(4)、内置 128个16×8点阵字符

(5)、2MHZ时钟频率

(6)、显示方式:STN、半透、正显

(7)、驱动方式:1/32DUTY,1/5BIAS

(8)、视角方向:6点

(9)、背光方式:侧部高亮白色LED,功耗仅为普通LED的1/5

6、光电测速模块

光电测速传感器,包括传感器和码盘两部分

二、系统软件设计

1、软件流程图

开始

初始化

串口连接函数

按键动作函数上位机控制函数

正反,加减控制

液晶显示

注释:初始化定时器,中断,串口中断,初始化12864,初始化PWM的值。按键动作函数和上位机控制包括正、反、加减,停止函数。液晶显示包括电流显示函数、转速显示函数。

2、测速程序设计

#include

#include

#include"jianpan.h"

#include"12864.h"

#include"cesu.h"

#include"uart.h"

sbit INA=P1^0; //正转

sbit INB=P1^1; //反转

sbit ENA=P1^2; //控制通断

unsigned char tt=0;

unsigned int ttcs=0;

unsigned char num=0;

unsigned char p;

bit ttflag=0;

void add_dec(); //声明加减速函数

(1)系统主程序

void main()

{

init(); //初始化定时器,中断,串口中断

main12864(); //初始化12864

单片机控制直流电机分解

1.设计思路 1.1方案对比 1.1.1电机调速控制模块: 方案一:采用电阻网络或数字电位器调整电动机的分压,从而达到调速的目的。但是电阻网络只能实现有级调速,而数字电阻的元器件价格比较昂贵。更主要的问题在于一般电动机的电阻很小,但电流很大;分压不仅会降低效率,而且实现很困难。 方案二:采用继电器对电动机的开或关进行控制,通过开关的切换对小车的速度进行调整。这个方案的优点是电路较为简单,缺点是继电器的响应时间慢、机械结构易损坏、寿命较短、可靠性不高。 方案三:采用由达林顿管组成的H型PWM电路。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态,精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下,效率非常高;H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制;电子开关的速度很快,稳定性也极佳,是一种广泛采用的PWM调速技术。 兼于方案三调速特性优良、调整平滑、调速范围广、过载能力大,因此本设计采用方案三。

1.2.1 PWM调速工作方式: 方案一:双极性工作制。双极性工作制是在一个脉冲周期内,单片机两控制口各输出一个控制信号,两信号高低电平相反,两信号的高电平时差决定电动机的转向和转速。 方案二:单极性工作制。单极性工作制是单片机控制口一端置低电平,另一端输出PWM信号,两口的输出切换和对PWM的占空比调节决定电动机的转向和转速。 由于单极性工作制电压波开中的交流成分比双极性工作制的小,其电流的最大波动也比双极性工作制的小,所以我们采用了单极性工作制。 1.2.2 PWM调脉宽方式: 调脉宽的方式有三种:定频调宽、定宽调频和调宽调频。我们采用了定频调宽方式,因为采用这种方式,电动机在运转时比较稳定;并且在采用单片机产生PWM 脉冲的软件实现上比较方便。 1.2.3 PWM软件实现方式: 方案一:采用定时器做为脉宽控制的定时方式,这一方式产生的脉冲宽度极其精确,误差只在几个us。 方案二:采用软件延时方式,这一方式在精度上不及方案一,特别是在引入中断后,将有一定的误差。但是基于不占用定时器资源,且对于直流电机,采用软件延时所产生的定时误差在允许范围,故采用方案二。

pic单片机控制直流电机

实用标准文案 目录 1 总体设计框 架 (3) 2 硬件电路设 计 (4) 2.1 芯片介 绍 (4) 2.2 驱动电 路 (9) 2.3 按键控制电 路 (10) 3 程序编写 ................................................. 10 3.1 工作原 理 (10) 21程序书写过程 3.2 ...................................................... 参考资 料 (16) 精彩文档. 实用标准文案 直流电机驱动 Abstract 摘要:本文主要内容是利用PIC18F452单片机来控制直流电机,通过L293NE来驱动电机,通过按键来使其正转,反转。Keywords 关键词:直流电机,PWM,L293NE 精彩文档. 实用标准文案

总体设计框架1硬件电路利用驱动芯片L293D来驱动直流电机,按键则是单独引出。如图1所示。软件则是C语言编程。 PI驱C直动1流8电电F路机452 图1硬件设计框精彩文档. 实用标准文案 2硬件电路设计 2.1 芯片介绍 首先,总体说明硬件电路设计,如图2 原理图,图3 PCB图以及图4板子的图所示。三个输入信号,如图分别为RD4,RD5,RD6连上光耦的2脚,然后通过光耦的4脚引入L293D的使能引脚(12EN)以及输入引脚(1A,2A),然后L293D的输出引脚(1Y,2Y)通过H-桥型控制电路与直流电机连接。 图2 直流电机控制部分原理图 精彩文档. 实用标准文案 PCB图图3直流电机控制部分 成品板图4 其中红线圈表示直流电机控制部分。下面详细介绍各个芯片。PIC18F452

基于单片机的直流电机控制器的设计

目录 摘要............................................................................................................................................................... I I ABSTRACT ................................................................................................................................................. III 1系统论述 (5) 1.1设计思路 (5) 1.2基本原理 (5) 1.3总体设计框图 (5) 2直流电机单元电路设计与分析 (6) 2.1直流电机驱动模块 (6) 2.2直流电机的中断键盘控制模块 (11) 2.31602LCD液晶显示模块 (13) 3直流电机PWM控制系统的实现 (15) 3.1总电路图 (15) 3.2总电路功能介绍 (16) 3.3直流电机控制程序 (16) 4系统仿真 (23) 5结束语 (26) 参考文献资料 (27)

摘要 本文是对直流电机PWM调速器设计的研究,主要实现对电机的控制。本课程设计主要是实现PWM调速器的正转、反转、加速、减速、停止等操作。并实现电路的仿真。为实现系统的微机控制,在设计中,采用了AT89C51单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分,配以各种显示、驱动模块,实现对电动机转速参数的显示和测量;由命令输入模块、光电隔离模块及H型驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命令的输入,单片机在程序控制下,不断给光电隔离电路发送PWM 波形,H型驱动电路完成电机正反转控制.在设计中,采用PWM调速方式,通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压,进而实现对电动机的调速。设计的整个控制系统,在硬件结构上采用了大量的集成电路模块,大大简化了硬件电路,提高了系统的稳定性和可靠性,使整个系统的性能得到提高。 关键词:AT89C51单片机;PWM调速;正反转控制;仿真。

基于单片机对直流电机的控制

基于单片机对直流电机的控制 第十五组 姓名:吴代露20131325010 张鹏飞20131325012 金静丽20131325014 周敏20131325015 胡会华20131325017 顾蓉20131325018 专业:2013级信息工程(系统工程方向) 指导老师:周旺平 2014.12.22

基于单片机对直流电机的控制 内容摘要 电动机作为最主要的动力源,在生产和生活中占有重要地位。电动机的调速控制过去多用模拟法,随着计算机的产生和发展以及新型电力电子功率器件的不断涌现,电动机的控制也发生了深刻的变化。 关键字:电动机飞思卡尔 PWM控制 一、引言 (一)直流电机的定义 直流电机(direct current machine):是指能将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机,将电能转换为机械能;作发电机运行时是直流发电机,将机械能转换为电能。 (二)直流电机的基本结构 由直流电动机和发电机工作原理示意图可以看到,直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子,定子的主要作用是产生磁场,由机座、主磁极换向极、端盖、轴承和电刷装置等组成。运行时转动的部分称为转子,其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势,是直流电机进行能量转换的枢纽,所以通常又称为电枢,由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器和风扇等组成。 (三)直流电机工作原理

直流电机里边固定有环状永磁体,电流通过转子上的线圈产生安培力,当转子上的线圈与磁场平行时,再继续转受到的磁场方向将改变,因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触,从而线圈上的电流方向也改变,产生的洛伦兹力方向不变,所以电机能保持一个方向转动。直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势,靠换向器配合电刷的换向作用,使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。感应电动势的方向按右手定则确定(磁感线指向手心,大拇指指向导体运动方向,其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向)。导体受力的方向用左手定则确定。这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩,这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩,转矩的方向是逆时针方向,企图使电枢逆时针方向转动。如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩(例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩),电枢就能按逆时针方向旋转起来。 (四)直流电机的分类 直流电动机按结构及工作原理可划分:无刷直流电动机和有刷直流电动机。(1)无刷直流电动机:无刷直流电动机是将普通直流电动机的定子与转子进行了互换。其转子为永久磁铁产生气隙磁通:定子为电枢,由多相绕组组成。在结构上,它与永磁同步电动机类似。无刷直流电动机定子的结构与普通的同步电动机或感应电动机相同.在铁芯中嵌入多相绕组(三相、四相、五相不等).绕组可接成星形或三角形,并分别与逆变器的各功率管相连,以便进行合理换相。由于电动机本体为永磁电机,所以习惯上把无刷直流电动机也叫做永磁无刷直流电动机。 (2)有刷直流电动机:又可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。 永磁直流电动机划分:稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。稀土永磁直流电动机:体积小且性能更好,但价格昂贵,主要用于航天、计算机、井下仪器等;铁氧体永磁直流电动机:由铁氧体材料制成的磁极体,廉价,且性能良好,广泛用于家用电器、汽车、玩具、电动工具等领域;铝镍钴永磁直流电动机:需要消耗大量的贵重金属、价格较高,但对高温的适应性好,用于环境温度较高或对电动机的温度稳定性要求较高的场合。 电磁直流电动机划分:串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。 (1)串励直流电动机:电流串联,分流,励磁绕组是和电枢串联的,直流串励电

51单片机PWM控制直流电机正反转

//程序说明:使用内部时//PWM0=P3^7PWM1=P3^5 PWM2=P2^0 PWM3=P2^4 #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit PWM0=P3^7; sbit PWM1=P3^5; sbit PWM2=P1^2; sbit PWM3=P1^3; uint i,j; void PWM_init() { CMOD=0x00;//PCA计数脉冲选择内部时钟fosc/12(0x02:fosc/2) CL=0x00;//PCA赋初值 CH=0x00; CR=1; //开始计数 } void zheng(uchar ZKB) { CCAP0L=255*(40-ZKB)/100;//占空比设置 CCAP0H=255*(40-ZKB)/100;//CL由ff-00溢出时,CCAP0H的值装入CCAP0L CCAPM0=0x42;// 8位PWM模式 CCAP1L=255*(40-0)/100;//占空比设置 CCAP1H=255*(40-0)/100;//CL由ff-00溢出时,CCAP0H的值装入CCAP0L CCAPM1=0x42;// 8位PWM模式 CR=1; //开始计数 } void fan(uchar ZKB) { CCAP0L=255*(40-0)/100;//占空比设置 CCAP0H=255*(40-0)/100;//CL由ff-00溢出时,CCAP0H的值装入CCAP0L CCAPM0=0x42;// 8位PWM模式 CCAP1L=255*(40-ZKB)/100;//占空比设置 CCAP1H=255*(40-ZKB)/100;//CL由ff-00溢出时,CCAP0H的值装入CCAP0L CCAPM1=0x42;// 8位PWM模式 CR=1; //开始计数 } void Delay(uint t) //延时函数

单片机PWM控制直流电机的速度

用单片机控制直流电机的速度 直流调速器就是调节直流电动机速度的设备,上端和交流电源连接,下端和直流电动机连接,直流调速器将交流电转化成两路输出直流电源,一路输入给直流电机砺磁(定子),一路输入给直流电机电枢(转子),直流调速器通过控制电枢直流电压来调节直流电动机转速。同时直流电动机给调速器一个反馈电流,调速器根据反馈电流来判断直流电机的转速情况,必要时修正电枢电压输出,以此来再次调节电机的转速。 直流电机的调速方案一般有下列3种方式: ?1、改变电枢电压; ?2、改变激磁绕组电压; ?3、改变电枢回路电阻。 使用单片机来控制直流电机的变速,一般采用调节电枢电压的方式,通过单片机控制PWM1,PWM2,产生可变的脉冲,这样电机上的电压也为宽度可变的脉冲电压。根据公式 U=aVCC 其中:U为电枢电压;a为脉冲的占空比(0

电动机的电枢电压受单片机输出脉冲控制,实现了利用脉冲宽度调制技术(PWM)进行直流电机的变速。 因为在H桥电路中,只有PWM1与PWM2电平互为相反时电机才能驱动,也就是PWM1与PWM2同为高电平或同为低电平时,都不能工作,所以上图中的实际脉冲宽度为B, 我们把PWM波的周期定为1ms,占空比分100级可调(每级级差为10%),这样定时器T0每0.01ms产生一次定时中断,每100次后进入下一个PWM波的周期。上图中,占空比是60%,即输出脉冲的为0.6ms,断开脉冲为0.4ms,这样电枢电压为5*60%=3V。 我们讨论的是可以正转反转的,如果只按一个方向转,我们就只要把PWM1置为高电平或低电平,只改变另一个PWM2电平的脉冲变化即可,,如下图(Q4导通,Q3闭合,电机只能顺时针调整转动速度)

51单片机直流无刷电机控制

基于MCS-51单片机控制直流无刷电动机 学号:3100501044 班级:电气1002 :王辉军

摘要 直流无刷电机是同步电机的一种,由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。其定子绕组一般制成多相(三相、四相、五相不等),转子由永久磁钢按一定极对数(2p=2,4,…)组成。电机转子的转速受电机定子旋转磁场的速度及转子极数(P)影响: N=120.f / P。在转子极数固定情况下,改变定子旋转磁场的频率就可以改变转子的转速。直流无刷电机即是将同步电机加上电子式控制(驱动器),控制定子旋转磁场的频率并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正,以期达到接近直流电机特性的方式。也就是说直流无刷电机能够在额定负载围当负载变化时仍可以控制电机转子维持一定的转速。 MCS-51单片机是美国英特尔公司生产的一系列单片机的总称,是一种集成电路芯片,采用超大规模技术把具有数据处理能力的微处理器(CPU)、随机存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入输出接口电路、定时计算器、串行通信口、脉宽调制电路、A/D转换器等电路集成到一块半导体硅片上,这些电路能在软件的控制下准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。 本论文将介绍基于MCS-51单片机控制直流无刷电动机的设计,它可以实现控制直流无刷电动机的启动、停止、急停、正反转、加减速等功能。 关键词:单片机,直流无刷电动机,控制系统

直流无刷电动机是在直流电动机的基础之上发展而来的,它是步进电动机的一种,继承了直流电动机的启动转矩大、调速性能好等特点克服了需要换向器的缺点在交通工具、家用电器及中小功率工业市场占有重要的地位。直流无刷电动机不仅在电动自行车、电动摩托车、电动汽车上有着广泛的应用,而且在新一代的空调机、洗衣机、电冰箱、吸尘器,空气净化器等家用电器中也有逐步采用的趋势,尤其是随着微电子技术的发展,直流无刷电动机逐渐占有原来异步电动机变频调速的领域,这就使得直流无刷电动机的应用围越来越广。 本设计就是基于MCS-51系列单片机控制直流无刷电动机,利用所学的知识实现单片机控制直流无刷电动机的启动、停止、急停、正反转,加减速等控制,并对直流无刷电动机运行状态进行监视和报警。详细介绍单片机的种类、结构、功能、适用领域和发展历史、未来前景及其直流无刷电动机的工作原理、控制结构等容,既着重单片机的基本知识、功能原理的深入阐述,又理论联系实际详细剖析单片机控制直流无刷电动机的过程。 1.直流无刷电动机的基本组成 直流无刷电动机是在直流电动机的基础上发展而来的,直流无刷电动机继承了直流电动机启动转矩大、调速性能好的优点,克服了直流电动机需要换向器的缺点,在交通工具、家用电器等生活的方方方面面占有重要的地位。 由于直流无刷电动机既具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点,又具备直流电动机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点,故在当今国民经济各领域应用日益普及。 直流无刷电动机主要由电动机本体、位置传感器和电子开关线路三部分组成。其定子绕组一般制成多相(三相、四相、五相不等),转子由永久磁钢按一定极对数(2p=2,4,…)组成。图3-1所示为三相两极直流无刷电机结构。 三相定子绕组分别与电子开关线路中相应的功率开关器件联结,A、B、

基于单片机的直流电机

摘要 本课程主要是设计一个基于单片机的直流电机 PWM 控制系统。PWM 控制提高了调速范围,提高了调速精度,改善了快速性能、功率和功率因数。系统在设计中被控对象采用 5V 的直流电机,以 MCS-51 单片机为控制核心,采用 LCD12864 液晶作为显示元件,进行软硬件的设计。硬件电路由protel 设计制作,主要设计了液晶显示电路、键盘控制电路、复位电路、测速电路和驱动电路。软件设计在 Keil 开发平台用 C 语言编写,程序采用模块化设计方案,包括液初始化程序、晶显示程序、键盘控制程序。 本系统 PWM 控制直流电机采用调压调速的方法,整体设计包括软件和硬件两个部分。通过利用单片机产生 PWM 控制信号控制直流电机,详细介绍脉宽调制 ( PWM) 控制原理,直流电机的工作原理和数学模型以及用 H型桥电路基本原理设计的驱动电路。通过硬件电路的模拟情况,说明系统运行正常,各个功能模块实现是可行的,控制精度比较高,能够满足系统的基本要求。 关键词:单片机;PWM;直流电机;L298N;LCD12864;

目录 一、设计任务 (1) 二、设计方案 (1) 三、系统硬件设计 (3) 1、 STC52最小系统 (3) 2、电机模块 (8) 3、 L298N模块 (9) 4、测速模块 (11) 5、测压模块 (12) 6、液晶模块 (13) 7、按键模块 (15) 8、灯光信号模块 (16) 四、系统软件设计 (17) 1、软件流程图 (17) 2、 PWM程序设计 (18) 3、测压程序设计 (18) 4、测速程序设计 (19) 5、液晶驱动程序设计 (20) 6、菜单程序设计 (21) 7、按键程序设计 (23) 8、电机反电动势系数计算程序 (24) 9、电机力矩系数计算程序 (25) 10、逼近算法控制程序 (25) 11、比例控制程序 (25) 12、 PID控制程序 (26) 五、直流调速系统动态数学模型的建立 (28) 六、调速数据 (32) 1、比例调速数据 (32) 2、 PID调速数据 (33) 3、逼近算法调速数据 (34) 4、反电动势系数和电机力矩系数数据 (34) 七、心得体会 (34) 参考文献 (36) 附录一硬件原理图 (37) 附录二硬件PCB图 (38) 附录三程序清单 (39)

一个基于51单片机控制直流电机的设计

今天做的一个基于51单片机控制直流电机的设计 2010-09-12 18:47 可以实现的功能是: 按下左转键则开始向左转动 按下右转键则向右转动 按下停止键则开始逐渐停止转动 按下调速键一次则会加速一档 按下调速键二次则会加速二档 按下调速键三次则会加速三档 按下调速键四次则会加速四档 按下调速键五次则会回到最初速度重新记档位 设计思路: 直流电机只要能提供一定的直流就可以转动,改变电压极性可以改变转动方向,可以通过给直流电机提供脉冲信号来驱动它,脉冲信号的占空比可以影响到直流电机的平均速度,因此可以通过调整占空比从而能实现调速的目的。直流电机的驱动电路要有过流保护作用,图中的二极管就直到这个作用,另外电机的驱动电流是比较大的所以需要用三极管来放大电流。程序的关键就是如何实现占空比的调整,这个可以通过对51单片机定时器重装初值进行改变,从而改变时间。用51实现PWM信号的输出,相对麻烦点,要是AVR就可以方便地实现PWM 信号,由见51单片机的局限性与AVR单片机的优势。 原理图

详细程序: #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit PW1=P2^0 ; sbit PW2=P2^1 ; //控制电机的两个输入 sbit accelerate=P2^2 ; //调速按键 sbit stop=P2^3 ; //停止按键 sbit left=P2^4 ; //左转按键 sbit right=P2^5 ; //右转按键 #define right_turn PW1=0;PW2=1 //顺时针转动 #define left_turn PW1=1;PW2=0 //逆向转动 #define end_turn PW1=1;PW2=1 //停转 uint t0=25000,t1=25000; //初始时占空比为50% uint a=25000; // 设置定时器装载初值 25ms 设定频率为20Hz uchar flag=1; //此标志用于选择不同的装载初值 uchar dflag; //左右转标志 uchar count; //用来标志速度档位 void keyscan(); //键盘扫描 void delay(uchar z); void time_init(); //定时器的初始化 void adjust_speed(); //通过调整占空比来调整速度 void main() {

基于单片机STC89C52的直流电机PWM调速控制系统

第一章:前言 Pwm 电机调速原理对于电机的转速调整,我们是采用脉宽调制(PWM)办法,控制电机的时候,电源并非连续地向电机供电,而是在一个特定的频率下以方波脉冲的形式提供电能。不同占空比的方波信号能对电机起到调速作用,这是因为电机实际上是一个大电感,它有阻碍输入电流和电压突变的能力,因此脉冲输入信号被平均分配到作用时间上,这样,改变在始能端EN1 和EN2 上输入方波的占空比就能改变加在电机两端的电压大小,从而改变了转速。此电路中用微处理机来实现脉宽调制,通常的方法有两种:(1)用软件方式来实现,即通过执行软件延时循环程序交替改变端口某个二进制位输出逻辑状态来产生脉宽调制信号,设置不同的延时时间得到不同的占空比。 (2)硬件实验自动产生PWM 信号,不占用CPU 处理的时间。这就要用到STC89C52的在PWM模式下的计数器1,具体内容可参考 相关书籍。 51 单片机PWM 程序 产生两个PWM,要求两个PWM 波形占空都为80/256,两个波形之间要错开,不能同时为高电平!高电平之间相差48/256, PWM 这个功能在PIC 单片机上就有,但是如果你就要用51 单片机的

话,也是可以的,但是比较的麻烦.可以用定时器T0来控制频率,定时器T1 来控制占空比:大致的的编程思路是这样的:T0 定时器中断是让一个I0口输出高电平,在这个定时器T0的中断当中起动定时器T1,而这个T1 是让IO 口输出低电平,这样改变定时器T0 的初值就可以改变频率,改变定时器T1 的初值就可以改变占空比。 前言: 直流电机的定义:将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。 近年来,随着科技的进步,直流电机得到了越来越广泛的应用,直流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,需要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,这是通过 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、经济好等特点。 随着我国经济和文化事业的发展,在很多场合,都要求有直流电机 PWM 调速系统来进行调速,诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。 本设计任务: 任务: 单片机为控制核心的直流电机PWM 调速控制系统 设计的主要内容以及技术参数: 功能主要包括: 1) 直流电机的正转; 2) 直流电机的反转; 3) 直流电机的加速; 4) 直流电机的减速; 5) 直流电机的转速在数码管上显示; 6) 直流电机的启动; 7) 直流电机的停止; 第二章:总体设计方案

基于单片机的直流电机控制设计性实验报告

设计题目:直流电机控制电路设计 一设计目得 1掌握单片机用PWM实现直流电机调整得基本方法,掌握直流电机得驱动原理。 2学习模拟控制直流电机正转、反转、加速、减速得实现方法. 二设计要求 用已学得知识配合51单片机设计一个可以正转、反转或变速运动得直流电机控制电路,并用示波器观察其模拟变化状况。 三设计思路及原理 利用单片机对PWM信号得软件实现方法.MCS一51系列典型产品8051具有两个定时计数器。因为PWM信号软件实现得核心就是单片机内部得定时器,所以通过控制定时计数器初值,从而可以实现从8051得任意输出口输出不同占空比得脉冲波形。从而实现对直流电动机得转速控制。 .AT89C51得P1、0—P1、2控制直流电机得快、慢、转向,低电平有效.P3、0为PWM波输出,P3、1为转向控制输出,P3、2为蜂鸣器。PWM控制DC电机转速,晶振为12M,利用定时器控制产生占空比可变得PWM波,按K1键,PWM值增加,则占空比增加,电机转快,按K2键,PWM值减少,则占空比减小,电机转慢,当PWM值增加到最大值255或者最小值1时,蜂鸣器将报警 四实验器材 DVCC试验箱导线若电源等器件

PROTUES仿真软件KRIL软件 五实验流程与程序 #include 〈 reg51、h > sbitK1 =P1^0;增加键 sbit K2 =P1^1 ; 减少键 sbit K3 =P1^2;转向选择键 sbit PWMUOT =P3^0; PWM波输出?? sbitturn_around =P3^1 ;?转向控制输出 sbit BEEP =P3^2 ;蜂鸣器 unsigned int PWM; void Beep(void); void delay(unsigned int n); void main(void) { TMOD=0x11;//设置T0、T1为方式1,(16位定时器) TH0=0 ; 65536us延时常数{t=(65536—TH)/fose/12} ?TL0=0; TH1=PWM; //脉宽调节,高8位 ? TL1=0; EA=1;? //开总中断 ET0=1; //开T0中断? ET1=1;??//开T1中断

51单片机控制直流电机PWM调速C语言程序

#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit KEY1 = P3^4; sbit KEY2 = P3^5; sbit KEY3 = P3^6; sbit IN1 = P1^0; sbit IN2 = P1^1; sbit ENA = P1^2; sfr ldata=0x80; sbit dula=P2^6; sbit wela=P2^7; //sbit lcden=P3^4; //uchar timer,ms,t_set = 1; uchar T_N=100; uchar T_N1=100; uchar T_H_N=50; uchar T_H_N1=50; void msplay(uchar,uchar); uchar code x1[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x27,0x7f,0x6f,0x77,0x7c,0x39,0x5e,0x79,0x71}; //uchar code x2[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xd8,0x80,0x90,0x88,0x83,0xc6,0xa1,0x86,0x8e}; uchar code x3[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf}; //uchar code x4[]={0x01,0x02,0x04,0x08,0x10,0x20}; void delay(uint z) //延时函数 { uint x; for(x=z;x>0;x--); }

基于51单片机控制直流电机的设计

可以实现的功能是: 按下左转键则开始向左转动 按下右转键则向右转动 按下停止键则开始逐渐停止转动 按下调速键一次则会加速一档 按下调速键二次则会加速二档 按下调速键三次则会加速三档 按下调速键四次则会加速四档 按下调速键五次则会回到最初速度重新记档位 设计思路: 直流电机只要能提供一定的直流就可以转动,改变电压极性可以改变转动方向,可以通过给直流电机提供脉冲信号来驱动它,脉冲信号的占空比可以影响到直流电机的平均速度,因此可以通过调整占空比从而能实现调速的目的。直流电机的驱动电路要有过流保护作用,图中的二极管就直到这个作用,另外电机的驱动电流是比较大的所以需要用三极管来放大电流。程序的关键就是如何实现占空比的调整,这个可以通过对51单片机定时器重装初值进行改变,从而改变时间。用51实现PWM信号的输出,相对麻烦点,要是AVR就可以方便地实现PWM信号,由见51单片机的局限性与AVR单片机的优势。 原理图

详细程序: #include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int sbit PW1=P2^0 ; sbit PW2=P2^1 ; //控制电机的两个输入 sbit accelerate=P2^2 ; //调速按键 sbit stop=P2^3 ; //停止按键 sbit left=P2^4 ; //左转按键 sbit right=P2^5 ; //右转按键 #define right_turn PW1=0;PW2=1 //顺时针转动 #define left_turn PW1=1;PW2=0 //逆向转动 #define end_turn PW1=1;PW2=1 //停转 uint t0=25000,t1=25000; //初始时占空比为50% uint a=25000; // 设置定时器装载初值 25ms 设定频率为20Hz uchar flag=1; //此标志用于选择不同的装载初值 uchar dflag; //左右转标志 uchar count; //用来标志速度档位 void keyscan(); //键盘扫描 void delay(uchar z); void time_init(); //定时器的初始化 void adjust_speed(); //通过调整占空比来调整速度 void main()

基于单片机的直流电机调速系统的课程设计

一、总体设计概述 本设计基于8051单片机为主控芯片,霍尔元件为测速元件, L298N为直流伺服电机的驱动芯片,利用 PWM调速方式控制直流电机转动的速度,同时可通过矩 阵键盘控制电机的启动、加速、减速、反转、制动等操作,并由LCD显示速度的变化值。 二、直流电机调速原理 根据直流电动机根据励磁方式不同,分为自励和它励两种类型,其机械特性曲线有所不同。但是对于直流电动机的转速,总满足下式: 式中U——电压; Ra——励磁绕组本身的内阻; ——每极磁通(wb ); Ce——电势常数; Ct——转矩常数。 由上式可知,直流电机的速度控制既可以采用电枢控制法也可以采用磁场控制法。磁场控制法控制磁通,其控制功率虽然较小,但是低速时受到磁场和磁极饱和的限制,高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制,而且由于励磁线圈电感较大,动态响应较差,所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。 电枢控制法在励磁电压不变的情况下,把控制电压信号加到电机的电枢上来控制电机的转速。传统的改变电压方法是在电枢回路中串连一个电阻,通过调节电阻改变电枢电压,达到调速的目的,这种方法效率低,平滑度差,由于串联电阻上要消耗电功率,因而经济效益低,而且转速越慢,能耗越大。随着电力电子的发展,出现了许多新的电枢电压控制法。如:由交流电源供电,使用晶闸管整流器进行相控调压;脉宽调制(PWM)调压等。调压调速法具有平滑度高、能耗低、精度高等优点,在工业生产中广泛使用,其中PWM应用更广泛。脉宽调速利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开,并通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短,即改变直流电机电枢上的电压的“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”。如 果电机始终接通电源是,电机转速最大为Vmax,占空比为D=t1/t,则电机的平均转速:Vd=Vmax*D,可见只要改变占空比D,就可以调整电机的速度。平均转 速Vd与占空比的函数曲线近似为直线。 三、系统硬件设计

单片机控制直流电机正反转资料

目录 第1章总体设计方案 (1) 1.1 总体设计方案 (1) 1.2 软硬件功能分析 (1) 第2章硬件电路设计 (2) 2.1 单片机最小系统电路设计 (2) 2.2直流电机驱动电路设计 (2) 2.3 数码管显示电路设计 (4) 2.4 独立按键电路设计 (5) 2.5 系统供电电源电路设计 (5) 2.5.1直流稳压电路中整流二极管的选取: (6) 2.5.2直流稳压电路中滤波电容的选取: (6) 第3章系统软件设计 (7) 3.1 软件总体设计思路 (7) 3.2 主程序流程设计 (7) 附录1 总体电路图 (10) 附录2 实物照片 (11) 附录3 C语言源程序 (12)

第1章总体设计方案 1.1 总体设计方案 早期直流传动的控制系统采用模拟分离器件构成,由于模拟器件有其固有的缺点,如存在温漂、零漂电压,构成系统的器件较多,使得模拟直流传动系统的控制精度及可靠性较低。随着计算机控制技术的发展,微处理器已经广泛使用于直流传动系统,实现了全数字化控制。由于微处理器以数字信号工作,控制手段灵活方便,抗干扰能力强。所以,全数字直流调速控制精度、可靠性和稳定性比模拟直流调速系统大大提高。所以,本次实习采用了驱动芯片来驱动直流电机,并运用单片机编程控制加以实现。 系统设计采用驱动芯片来控制的,所以控制精度和可靠性有了大幅度的提高,并且驱动芯片具有集成度高、功能完善的特点,从而极的大简化了硬件电路的设计。 图1.1 直流电机定时正反转方案 1.2 软硬件功能分析 本次实习直流电机控制系统以STC89C52单片机为控制核心,由按键输入模块、LED显示模块及电机驱动模块组成。采用带中断的独立式键盘作为命令的输入,单片机在程序控制下,定时不断给L293D直流电机驱动芯片发送PWM波形,H型驱动电路完成电机正,反转控制;同时单片机不停的将变化的定时时间送到LED数码管完成实时显示。

基于单片机的直流电机转速测量与显示-精品

目录 绪论 (2) 第1章参数计算与设备选型 (3) 1.1控制芯片 (3) 1.2测速发电机 (4) 1.3模数转化器件——ADC0809 (6) 第2章系统设计 (9) 2.1 系统方框图 (9) 2.2 硬件设计 (10) 2.2.1 直流测速发电机 (10) 2.2.2 ADC0809与单片机连接 (10) 2.2.3 数码管 (11) 2.2.4 综合接线图 (11) 2.3 软件设计 (12) 2.3.1 程序设计思路说明 (12) 2.3.2 总程序控制流程图 (13) 2.3.3 ADC0809工作流程图及程序 (14) 2.3.4显示部分工作流程图及程序 (15) 第3章结论 (18) 参考文献 (19)

绪论 在现代工业自动化高度发展的时期,几乎所有的工业设备都离不开电机,形形色色的电机在不同领域发挥着很重要的作用。与之而来的问题是,如何更好地控制电机,对于不同的场合,对电机的控制要求是不同的,但大部分都会涉及到直流电机的转速测量,从而利用转速来实施对直流电机的控制。 直流电机转速作为直流电机的一项重要技术指标,在各个应用场合都有重要的研究价值,例如在发动机,电动机,机床主轴等旋转设备的试验运转和控制中,常需要分时或连续测量,显示其转速及瞬时速度等,转速是其他大部分技术参数的计算来源,因此,准确测量直流电动机的转速具有重要的研究意义和理论价值。 目前,对直流电动机的速度检测方法很多,从整体上可分为模拟检测和数字检测方法。 模拟检测:即利用测速电机作为发电机,通过检测反电势E的大小和极性可得到转速N和电机转向,采用这种方法直接可以得到转速N和输出电压的特性曲线,直观,但也有很多不足,比如在高速和低速情况下实际输出偏离理想特性。 数字检测技术:即通过分析数字信号产生的一系列脉冲间接获取电机转速。如光电旋转编码器是将检测圆盘划分为等距的三个同心圆,最外环和次外环分别用等距的黑白条纹分开,且最外环和次外环的缝隙位置相位差为90度,用于判断电机的转速,最内环只有一个黑条纹,用作定位脉冲或者是复位脉冲,利用光电编码器输出的脉冲可以计算转速,具体的又可分为M法,T法和M\T法。 此外,市场上已经有了技术成熟的电机测速装置,如利用霍尔元件设计制作的直流电机测速仪等,凭借其精度高,稳定性好等优势占有重要的一席之地。 而本次微机控制原理课程设计的任务是直流电机速度的测量与显示。主要要求是通过测速直流发电机作为传感器,检测直流电机的转速,并输出与转速相关的电压,通过ADC0809芯片将测速发电机输出电压转换成电压的数字信号。控制芯片采用AT89C51将采集转换后的数字信号进行处理,得到转速,并通过四位数码管予以显示。整体上能够完成从转速检测到数据处理到显示的一整套功能。

无刷直流电动机PWM 控制方案

第三章、用EL-DSPMCKIV实现无刷直流电动机PWM 控制方案 实验概述: 本实验是一个无刷直流电动机的PWM控制系统。结构简单,用到的模块也较少。下面给出每个模块的输入与输出量名称及其量值格式 (一)、无刷直流电动机PWM 控制原理简介 无刷直流电动机从结构上讲更接近永磁同步电动机(我们在下一章节中做详细介绍),控制方法也很简单,主要是通过检测转子的位置传感器给出的转子磁极位置信号来确定励磁的方向,从而保证转矩角在90 度附近变化,保证电机工作的高效率。定子换相是通过转子位置信号来控制,转矩的大小则通过PWM的方法控制有效占空比来调控。 我公司提供过两种直流无刷电机,一种以前提供过的57BL-02直流无刷电机的额定电压为24V,额定转速为1600rpm,转子极数为4,也就是2 极对,还有一种是现在提供的57BL-0730N1直流无刷电机,该电机额定转速为3000rpm,转子极数为10,也就是5极对,这两种电机的转子位置都由霍尔传感器提供,同时由此计算出电机的转速,控制程序样例没有电流环。 (二)、系统组成方案及功能模块划分 本实验为开环和闭环实验,通过几个模块信号处理最终用BLDCPWM模块产生IPM 驱动信号来控制直流无刷电机转动。

下图为一个开环控制的系统功能框图,参考占空比信号经由RMP2CNTL 模块处理,变成缓变信号送到PWM产生模块。霍尔传感器的输出脉冲信号,经由DSP的CAP1、CAP2、CAP3端口被DSP获取。通过霍尔提供的转子位置信息HALL3_DRV模块判断转子位置,并将该转子位置信息通过计数器传递给BLDC_3PWM_DRV 模块,该模块通过占空比输入、设定开关频率以及转子的位置信息产生相应的PWM 信号作用于逆变器中的开关管,从而驱动电动机旋转。

基于89C51单片机直流电机控制及其程序

课程设计说明书 院系:船舶工程学院 班级: 姓名: 学号:

机电综合课程设计 设计题目:直流电机控制系统 立体目的:通过本次课程设计,达到培养学生综合应用所学知识,分析和解决实际工程问题,锻炼创造能力的目的。 技术要求:设计直流电机控制系统,包括:机械装配图,控制原理图和接线图,并编制相应的控制程序。 完成基于89C51单片机开发板的直流电机速度控制,启停 及正反转控制。 一.机械系统 由直流电机驱动滚珠丝杠实现滑台的平移。将电机的旋转运动通过滚珠丝杠转换为平台的直线运动。 系统组成:直流电机,底板,支座,光杠,滚珠丝杠,平台等。

二.电气系统 1. 直流电机 电机采用无刷直流电机,型号为:BL-2203C。其特点是调速范围宽,低速力矩大,运行平稳,低噪声,高效率。 电机接线,两股线,一股为电机线,一股为电机霍尔线。 2.驱动器 驱动器采用无刷直流电机驱动器。接线端子说明:

驱动器由220V交流供电。 驱动器调速方式 (1)内部电位器调速:逆时针旋转驱动器控制面板上的电位器,电机速度减小,顺时针则转速增大:由于测速需 要响应时间,速度显示会滞后。 (2)外部输入调速:将外接电位器的两端分别接于驱动器的“+12”和“COM”端上,将调解段接于“AVI”上 即可使用外接电位器调速,也可以通过其他控制单元 输入模拟电平信号到“AVI”端实现调速。 (3)多段速度选择:通过控制驱动器上的CH1—3三个端子的状态可以选择内部预先设定的几种转速。 电机运行/停止控制(R/S) 通过控制端子“R/S”相对于“COM”的通、断可以控制电机的运行和停止。端子“R/S”内部以电阻上 拉到+12,可以配合无源触点开关使用,也可以配合集电极开路的PLC 等控制单元;当“R/S”与端子“COM”断开时电机运行,反之电机停止。使用运行/停止端控制电机停止时,电机为自然停车,其运动规律与负载惯性有关;

对直流无刷电机的pid控制

PID闭环速度调节器采用比例积分微分控制 闭环速度调节器采用比例积分微分控制(简称PID控制),其输出是输入的比例、积分和微分的函数。PID调节器控制结构简单,参数容易整定,不必求出被控对象的数学模型,因此PID 调节器得到了广泛的应用。 PID调节器虽然易于使用,但在设计、调试无刷直流电机控制器的过程中应注意:PID调节器易受干扰、采样精度的影响,且受数字量上下限的影响易产生上下限积分饱和而失去调节作用。所以,在不影响控制精度的前提下对PID控制算法加以改进,关系到整个无刷直流电机控制器设计的成败。 2速度设定值和电机转速的获取 为在单片机中实现PID调节,需要得到电机速度设定值(通过A/D变换器)和电机的实际转速,这需要通过精心的设计才能完成。 无刷直流电机的实际转速可通过测量转子位置传感器(通常是霍尔传感器)信号得到,在电机转动过程中,通过霍尔传感器可以得到如图2所示的周期信号。 由图2可知,电机每转一圈,每一相霍尔传感器产生2个周期的方波,且其周期与电机转速成反比,因此可以利用霍尔传感器信号得到电机的实际转速。为尽可能缩短一次速度采样的时间,可测得任意一相霍尔传感器的一个正脉冲的宽度,则电机的实际转速为:但由于利用霍尔传感器信号测速,所以测量电机转速时的采样周期是变化的,低速时采样周期要长些,这影响了PID 调节器的输出,导致电机低速时的动态特性变差。解决的办法是将三相霍尔传感器信号相“与”,产生3倍于一相霍尔传感器信号频率的倍频信号,这样可缩短一次速度采样的时间,但得增加额外的硬件开销。直接利用霍尔传感器信号测速虽然方便易行,但这种测速方法对霍尔传感器在电机定子圆周上的定位有较严格的要求,当霍尔传感器在电机定子圆周上定位有误差时,相邻2个正脉冲的宽度不一致,会导致较大的测速误差,影响PID调节器的调节性能。若对测速精度要求较高时,可采用增量式光电码盘,但同样会增加了电路的复杂性和硬件的开销。 电机速度设定值可以通过一定范围内的电压来表示。系统中采用了串行A/D(如ADS7818)来实现速度设定值的采样。但在电机调速的过程中,电机控制器的功率输出部分会对A/D模拟输入电压产生干扰,进行抗干扰处理。 3非线性变速积分的PID算法 (1)PID算法的数字实现 离散形式的PID表达式为: 其中:KP,KI,KD分别为调节器的比例、积分和微分系数;E(k),E(k-1)分别为第k 次和k-1次时的期望偏差值;P(k)为第k次时调节器的输出。 比例环节的作用是对信号的偏差瞬间做出反应,KP越大,控制作用越强,但过大的KP会导致系统振荡,破坏系统的稳定性。积分环节的作用虽然可以消除静态误差,但也会降低系统的响应速度,增加系统的超调量,甚至使系统出现等幅振荡,减小KI可以降低系统的超调量,但会减慢系统的响应过程。微分环节的作用是阻止偏差的变化,有助于减小超调量,克服振荡,使系统趋于稳定,但其对干扰敏感,不利于系统的鲁棒性。 (2)经典PID算法的积分饱和现象 当电机转速的设定值突然改变,或电机的转速发生突变时,会引起偏差的阶跃,使|E(k)|增大,PID的输出P(k)将急剧增加或减小,以至于超过控制量的上下限Pmax,此时的实际控制量只能限制在Pmax,电机的转速M(k)虽然不断上升,但由于控制量受到限制,其增长的速度减慢,偏差E(k)将比正常情况下持续更长的时间保持在较大的偏差值,从而使得PID 算式中的积分项不断地得到累积。当电机转速超过设定值后,开始出现负的偏差,但由于积分项已有相当大的累积值,还要经过相当一段时间后控制量才能脱离饱和区,这就是正向积分饱和,反向积分饱和与此类似。解决的办法:一是缩短PID的采样周期(这一点单片机往往达不到),

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