毕业设计--基于单片机的直流电机调速系统

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1、 摘摘 要要 本文主要研究了利用 MCS-51 系列单片机控制 PWM 信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。 文章中采用了专门的芯片组成了 PWM 信号的发生系统，并且对 PWM 信号的原理、产生方法以及如何通过软 件编程对 PWM 信号占空比进行调节，从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。此外，本文中还采用 了芯片 IR2110 作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块， 并且把它与延时电路相结合完成了在主电 路中对直流电机的控制。另外，本系统中使用了测速发电机对直流电机的转速进行测量，经过滤波电路后， 将测量值送到 A/D 转换器，并且最终作为反馈值输入到单片机进行 PI 运算

2、，从而实现了对直流电机速度的 控制。在软件方面，文章中详细介绍了 PI 运算程序，初始化程序等的编写思路和具体的程序实现。 关键词关键词： PWM 信号，测速发电机，PI 运算 1. 1. 引言引言 1.11.1 开发背景开发背景 现代工业生产中，电动机是主要的驱动设备，目前在直流电动机拖动系统中已大量采用晶闸管(即可控 硅)装置向电动机供电的 KZD 拖动系统，取代了笨重的发电动一电动机的 FD 系统，又伴随着电子技术 的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速 技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。直流电机调速基本原

3、理是比较简单 的（相对于交流电机） ，只要改变电机的电压就可以改变转速了。改变电压的方法很多，最常见的一种 PWM 脉宽调制，调节电机的输入占空比就可以控制电机的平均电压，控制转速。 PWM 控制的基本原理很早就已经提出，但是受电力电子器件发展水平的制约，在上世纪 80 年代以前一 直未能实现。直到进入上世纪 80 年代，随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展，PWM 控制技术才真正 得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法，如现代控制理 论、非线性系统控制思想的应用，PWM 控制技术获得了空前的发展，到目前为止，已经出现了多种 PWM 控 制技术。 1.

4、21.2 选题的目的和意义选题的目的和意义 直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的 电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电 动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统 的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和 应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直 流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节

5、约 人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。 传统的控制系统采用模拟元件，虽在一定程度上满足了生产要求，但是因为元件容易老化和在使用中 1 1 易受外界干扰影响，并且线路复杂、通用性差，控制效果受到器件性能、温度等因素的影响，故系统的运 行可靠性及准确性得不到保证，甚至出现事故。 目前，直流电动机调速系统数字化已经走向实用化，伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速 逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智 能化、高可靠性已成为它发展的趋势。 1.31.3 研究方法研究方法 本文主要研究了利用 MCS-51 系列单片机，通过 PWM

6、 方式控制直流电机调速的方法。PWM 控制技术以其 控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。 由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将 会成为 PWM 控制技术发展的主要方向之一。 本文就是利用这种控制方式来改变电压的占空比实现直流电机速度的控制。文章中采用了专门的芯片 组成了 PWM 信号的发生系统，然后通过放大来驱动电机。利用直流测速发电机测得电机速度，经过滤波电 路得到直流电压信号，把电压信号输入给 A/D 转换芯片最后反馈给单片机，在内部进行 PI 运算，输出控制 量完成闭环控制，实现电机的调速控制。 2. 2. 总体设计概述总体设计概述 单片机直流电机调速简介：单片机直流调速系统可实现对直流电动机的平滑调速。PWM 是通过控制固 定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。在 PWM 驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断 开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上