计算机控制系统课程设计--直流伺服电机控制系统

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1、 目录 1 引言 2 2 单片机控制系统硬件组成 2 2.1 微控制器 . 2 2.2 电机驱动芯片 3 2.3 按键输入和显示模块 4 2.3.1 按键输入. 4 2.3.2 显示模块 4 2.4 直流伺服电动机 . 4 3.单片机控制系统软件设计 4 3.1 主程序 . 5 3.2 键盘处理子程序 . 6 4.控制系统原理图及仿真 6 4.1 控制系统方框图 . 6 4.2 控制系统电路原理图 7 5.Simulink 组件对直流伺服控制系统的仿真 7 5.1 直流伺服电机数学模型 7 5.2 系统 Simulink 模型及时域特性仿真 8 5.2.1 Simulink 建模及仿真. 8

2、5.2.2 单位负反馈系统 Simulink 建模及仿真 . 9 5.3 PID 校正 10 5.3.1 PID 参数的凑试法确定 . 10 5.3.2 比例控制器校正 11 5.3.3 比例积分控制器校正 13 5.3.4 PID 控制器校正 15 5小结 . 18 引用文献 18 直流伺服电机控制系统 2 1 引言引言 本设计的直流伺服电机控制系统是一个随动控制系统。以STM32核心板为控制器，通过 按键将设定值输入到单片机， 采用超声波传感器采集小车前方物体的距离， 单片机对设定值 与测量距离求差后输出控制信号， 双BTN7971大电流H桥驱动伺服电机工作， 进而控制电机向 着减小差值的

3、方向转动。同时单片机处理的数字信号通过LCD来显示，实时显示超声波传感 器的测量值。 另外本设计还利用了MATLAB软件， 利用Simulink构造直流电机控制系统模型， 通过对各 个单元部件的参数进行设定， 进而对直流伺服电机系统控制进行仿真， 就其仿真结果对系统 进行时域分析。 2 单片机控制系统硬件组成单片机控制系统硬件组成 本系统是由一片单片机、矩阵式键盘、超声波模块 HC-SR04、显示模块和一辆带有直流 伺服电机的车模组成，另外通过 Altinum Designer 软件进行电路设计。 2.1 微控制器微控制器 STM32 系列基于专为要求高性 能、低成本、低 功耗的嵌入式应用 专

4、门设计的 ARMCortex-M3 内 核 。按 性 能分 成 两个 不 同的 系 列： STM32F103“ 增强 型 ”系 列 和 STM32F101“基本型”系列。增强型系列时钟频率达到 72MHz，是同类产品中性能最高的产 品；基本型时钟频率为 36MHz，以 16 位产品的价格得到比 16 位产品大幅提升的性能，是 16 位产品用户的最佳选择。 两个系列都内置 32K 到 128K 的闪存， 不同的是 SRAM 的最大容量和 外设接口的组合。时钟频率 72MHz 时，从闪存执行代码，STM32 功耗 36mA，是 32 位市场上 功耗最低的产品。 以下是 STM32 系列的内部结构图： 直流伺服电机控制系统 3 2.2 电机驱动芯片电机驱动芯片 模块上的 EN 端为 H 桥的使能端，需要外接 5V 电压，EN 不可悬空，当 EN 都为高电平时 电机驱动模块开始工作，EN 端为低电平时，电机驱动停止工作。 直流伺服电机控制系统 4 2.3 按键输入和显示模块按键输入和显示模块 2.3.1 按键输入按键输入 采用自己设计的形如 44 矩阵式按键，按键用于设定某一数值。通过程序