1、 计算机控制技术计算机控制技术课课 程程 设设 计计 单闭环直流电机调速系统 1 设计目的 计算机控制技术课程是集微机原理、计算机技术、控制理论、电子电路、自动控制 系统、工业控制过程等课程基础知识一体的应用性课程，具有很强的实践性，通过这次 课程设计进一步加深对计算机控制技术课程的理解，掌握计算机控制系统硬件和软件的 设计思路，以及对相关课程理论知识的理解和融会贯通，提高运用已有的专业理论知识 分析实际应用问题的能力和解决实际问题的技能，培养独立自主、综合分析与创新性应 用的能力。 2 设计任务 2.1 设计题目 单闭环直流电机调速系统 实现一个单闭环直流电机调压调速控制，用键盘实现对直流电
2、机的起/停、正/反转控 制，速度调节要求既可用键盘数字量设定也可用电位器连续调节，需要有速度显示电路。 扩展要求能够利用串口通信方式在 PC 上设置和显示速度曲线并且进行数据保存和查看。 2.2 设计要求 2.2.1 基本设计要求 （1）根据系统控制要求设计控制整体方案；包括微处理芯片选用，系统构成框图， 确定参数测范围等； （2）选用参数检测元件及变送器；系统硬件电路设计，包括输入接口电路、逻辑电 路、操作键盘、输出电路、显示电路； （3）建立数学模型，确定控制算法； （4）设计功率驱动电路； （5）制作电路板，搭建系统，调试。 2.2.2 扩展设计要求 （1）在已能正常运行的微计算机控制系
3、统的基础上，通过串口与 PC 连接； （2）编写人机界面控制和显示程序；编写微机通信程序；实现人机实时交互。 3 方案比较 方案一：采用继电器对电动机的开或关进行控制。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。 方案二：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。 方案三：采用由电力电子器件组成的 H 型 PWM 电路。用单片机控制电力电子器件 使之工作在占空比可调的开关状
4、态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在电力电 子器件的饱和截止模式下，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、调整范围广、过载能力大，因此本设计采用 方案三。 4 单闭环直流电机调速系统设计 4.1 单闭环调速原理 4.1.1 闭环系统框图 4.1.2 调速原理 直流电机转速有： 常数 Ke Ka 不变，Ra 比较小。 所以调节 Ua 就能调节 n。 nnI K R K U K RIU n d d a ee d 0 aaaUIU 4.2 系统框图 4.3系统基本原
5、理 通过键盘按键控制电机的启停、正反转、加速和减速，单片机接收键盘信号与反馈 信号进行比较处理，也可以通过电位器调速，将模拟调节量转换为数字量后送给单片机 处理，电机的速度由传感器测量后回馈给单片机处理，单片机接收到各路信号后控制显 示器显示特定的内容，同时控制电机驱动电路工作，从而控制直流电机的转速。 5 系统硬件电路设计 5.1 电机驱动电路 电机驱动电路主要有 L298N 和四个二极管组成，其中 PWM 驱动原理如下 i. Ud 是有效值，调节占空比就能调节 Ud 进而调节 n. ii. PWM 驱动器由 L298 来实现的，L298 是 SGS 公司的产品，比较常见的是 15 脚 Mu
6、ltiwatt 封装的 L298N，内部同样包含 4 通道逻辑驱动电路。可以方便 的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。 3 iii 如图 4，L298 的封装和功能表。通过改变 C、D 的状态来改变电机的正反转 和急停和调节占空比进而调速；Ven 直接接高电位。是对 C、D 分别输出 0 和 PWM 波或者 PWM 波和 0 来进行的，初始化的占空比为 50%。 5.2 测速电路 测速电路用自制的光电编码盘，通过红外接收发射管和施密特触发器组 成。当接收管接收到发射管发出的低电平信号，再通过施密特整形送给单片 机的 INT0，进而通过程序进行计算速度。 图 5 测速整形电路 5.3 显示电路 LCD 1602 显示电路用于显示转速设定值与当前值。 5.4 键盘 0-9 按键为数值的设定，CLR 为后退按键，ENT 为确定键，KEY 为键盘输 入按键，REP 为电位器调速按键，RUN 为运行/正转按键，F 为运行/反转按键， STOP 为停止按键。 图 6 LCD 显示电路 图 7 键盘控制电路 5.5 模拟调速电路
