直流电机的调速与系统控制.

直流电机的控制电子工艺课程设计报告

姓名卢星星

专业汽车电子

班级T983—6

学号***********

课题直流电机调速与系统控制

直流电机的控制

一、系统绪论

1.1、设计思路

1.2、基本原理

1.3、实现功能

二、总体设计与分析

2.1、功能模块实现分析

2.2、A/D模块

2.3、PCA模块

2.4、控制模块

三、硬件设计

3.1、原理图设计

3.2、PCB图

3.3、电路原理图的分析

四、软件设计

4.1、设计流程图

4.2、实现程序

五、课程设计总结

六、问题回答

七、参考文献

直流电机的控制

一、系统绪论

1.1、设计思路

直流电机PWM控制系统的主要功能包括：直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，并且可以调整电机的转速，还可以方便读出电机转速的大小，能很方便实现电机的智能控制。本次课程设计可以实现直流电机的加速、减速和电机速度的调整使之能达到智能控制。

1)设计输入部分由带中断的独立式按键来实现；

2)设计控制部分主要由80C51单片机的外部中断拓展电路组成；

3)设计显示部分由LED数码管显示；LED数码显示部分由七段数码显示管组成；

4) 直流电机PWM控制部分由一些二极管、电机驱动模块组成。

1.2、基本原理

主体电路：即直流电机PWM控制模块。这部分电路主要由80C51单片机的I/O 端口、定时计数器、外部中断扩展等控制直流电机的加速、减速以及电机的正转和反转，并且可以调整电机的转速，还可以方便的读出电机转速的大小和了解电机的转向，能够很方便的实现电机的智能控制。其间，还包括直流电机的直接清零、启动（置数）、暂停、连续功能。其间是通过80C51单片机产生脉宽可调的脉冲信号并输入到L298驱动芯片来控制直流电机工作的。该直流电机PWM控制系统由以下电路模块组成：设计输入部分：这一模块主要是利用带中断的独立式键盘来实现。

设计控制部分：主要由80C51单片机的外部中断扩展电路组成。设计显示部分：包括液晶显示部分和LED数码显示部分。液晶显示部分由1602LCD液晶显示模块组成。直流电机PWM控制实现部分：主要由一些二极管、电机和L298直流电机驱动模块组成。

1.3、实现功能

开发板使用的是STC12C520系列1T 8051，STC12C5A60S2单片机，本次课程设计须

直流电机的控制实现电机的基本控制功能，设计的电机控制设计将实现的功能如下：

1、按键设计部分要起到可以调节速度，如加速（K1）、减速（K2），按键K5起到硬件重启作用。

2、利用AD转化让可调定位器把模拟电量转化成数字量，从而起到控制直流的转速，同时定位器也可以直接控制电机的转速。

3、LED显示设计部分，显示的是测量到的直流电机转速。

4、串行口通信可以将当前电机运行情况反馈到上位机，并且可以通过上位机窗口设定速度给电机，可以进行双向通信。

5、直流电机的速度控制采用增量式PID算法来调速。

二、总体设计与分析

系统组成：直流电机PWM调速方案：直流电机PWM调速系统以STC12C5A60S2单片机为控制核心，由命令输入模块、显示模块及电机驱动模块组成。采用带中断的独立式按键作为命令的输入，单片机在程序控制下，定时不断给直流电机驱动芯片发送PWM波形，以控制电机的转速，同时单片机不停的将从电机所反馈的数据送到显示模块去显示，从中读取其速度。

选择STC12C5A60S2作为本系统的控制芯, STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换，针对电机控制，强干扰场合。

根据系统设计的任务和要求，设计系统方框图如图所示。图中控制器模块为系统的核心部件，键盘和显示器用来实现人机交互功能，其中通过键盘将需要设置的参数和状态输入到单片机中，并且通过控制器显示到显示器上。在运行过程中控制器产生PWM 脉冲送到电机驱动电路中，经过放大后控制直流电机转速，同时利用速度检测模块将当前转速反馈到控制器中，控制器经过数字PID运算后改变PWM脉冲的占空比，实现电机转速实时控制的目的。

直流电机的控制

2.1 直流电机调速原理

图2.1所示电枢电压为Ua，电枢电流为Ia，电枢回路总电阻为Ra,电机常数Ca，励磁磁通量是￠。

根据KVL方程：电机转速n=(Ua-IaRa)/Ca￠,其中，对于极对数p，匝数为N，电枢支路数为a的电机来说：电机常数Ca=pN/60a,意味着电机确定后，该值是不变的。而在Ua-IaRa中，由于Ra仅为绕组电阻，导致IaRa非常小，所以Ua-IaRa约等于Ua。由此可见我们改变电枢电压时，转速n即可随之改变。

直流电机的控制

图2.1直流电机原理图

功能模块实现分析

首先控制电机转速需要用到PCA模块的PWM，测量转速也需要PCA模块，滑动变阻器控制转速的需要单片机的A/D模块的控制，串行口通信实现双向通信就需要串行口的控制寄存器设置等，因此从每个模块入手再将每个模块联系在一起，这就是本次课程设计思想。以下分别是各个模块详细的设置过程：

直流电动机转速控制系统的工作原理

直流电动机的转速与施加于电动机两端的电压大小有关。本系统用DAC0832控制输出到直流电动机的电压的方法来控制电动机的转速。当电动机转速小于设定值时，DAC0832芯片的输出电压增大，当大于设定值时则DAC0832芯片输出电压减小，从而使电动机以设定的速度恒速旋转。我们采用比例调节器算法。控制规律：

Y=KPe(t)+KI

式中：Y---比例调节器输出，KP---比例系数，KI ---积分系数