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基于L298芯片PWM控制直流電機的閉環調速系統方案.docx

'基于L298芯片PWM控制直流電機的閉環調速系統方案.docx'
?運動控制系統課程設計題 目: 基于L298芯片PWM控制直流電機的閉環調速系統 院系名稱: 電氣工程學院 摘 要 近年來,隨著科技的進步,直流電機得到了越來越廣泛的應用,直流具有優良的調速特性,調速平滑,方便,調速圍廣,過載能力強,能承受頻繁的沖擊負載,可實現頻繁的無極快速起動、制動和反轉,為滿足生產過程自動化系統各種不同的特殊要求,對直流電機調速提出了較高的要求,改變電樞回路電阻調速、改變電壓調速等技術已遠遠不能滿足實際應用的要求,通過PWM方式控制直流電機調速的方法就應運而生。 本論文主要研究了利用MC51單片機控制PWM信號從而實現對電壓改變最后控制直流電機進行調速,并且通過單元模塊電路分析了整個系統的工作原理。以C語言進行軟件編寫,通過軟件編程對PWM信號占空比進行調節,單片機根據程序進行操作,進一步控制了H橋電路的輸入信號,而測速系統把電機轉速反饋給單片機通過按鍵控制其轉速,LCD把轉速顯示出來,從而實現電動機的調速、變向等功能,這種設計方法的電路簡單,具有操作簡單、非常實用前景和價值。 關鍵詞:直流電機;MC51;PWM調速;L298;LCD1602目 錄引言 1一、調速系統總體設計 21.1系統總體設計說明 21.2系統總體設計框圖 2二、調速系統的硬件電路的設計與原理 22.1基于單片機的電機控制設計 22.1.1單片機簡介 22.1.2單片機在電機控制方面的應用 42.2電機驅動電路設計 52.2.1驅動電路原理介紹 52.2.2驅動電路的專用芯片選用及設計 62.2.3調速系統驅動電路設計及分析 72.3電機轉速采集電路設計 82.3.1速度采集的原理及方法 82.3.2電機轉速采集電路設計 92.4顯示模塊設計 92.4.1顯示模塊的原理與方法 92.4.2顯示模塊電路設計 112.5鍵盤輸入模塊設計 122.5.1鍵盤輸入模塊的原理與方法 122.5.2鍵盤輸入模塊電路設計 12三、調速系統數字部分的設計與原理 133.1 PID控制器 133.1.1 PID控制的原理與方法 133.1.2數字PID算法的實現 133.2數字測速模塊 143.2.1數字測速模塊的設計思想與算法 143.2.2數字測速系統流程圖 153.3 12864LCD顯示模塊 153.3.1 12864LCD顯示器的控制方法 153.4行列式鍵盤輸入模塊 173.4.1行列式鍵盤輸入模塊的設計思想 173.4.2 行列式鍵盤輸入模塊的程序流程圖 183.5.PWM調速方法設計 183.5.1對PWM控制的介紹 183.5.2 PWM脈沖的產生 193.5.3 PWM脈沖產生模塊的程序流程圖 19設計心得 20參考文獻 21附錄1(完整電路圖) 22附錄2(程序源碼) 23引言 對直流電機轉速的控制方法可分為兩類:勵磁控制與電樞電壓控制。勵磁控制調速法是通過控制磁通,從而控制電機轉速。這類方法,控制功率??;轉速較低時,收到磁飽和的限制;當轉速較高時,收到換向火花和換向器結構強度的限制;而且,由于勵磁線圈存在較大電感,導致了系統動態響應較差。所以,此法應用較少。電樞電壓控制方式也可分為兩種:一為調節電壓,二為調節電流。過去傳統的調速系統是采用模擬電子電路來實現其功能,這種電路優勢在于響應快,但是靈活性較差,難易維修。然而單片機作為一種可編程控制器,已經得到成熟的應用。本課題設計是以51系列單片機為控制核心,產生占空比由數字PID算法控制的PWM脈沖信號實現對直流電機轉速的控制。同時利用光電編碼器將電機轉速轉換成脈沖信號反饋到單片機中,形成轉速閉環控制系統,以達到轉速無靜差調節。人機界面采用12864LCD顯示器顯示電機當前的參數、正反轉狀態、轉速以及運行時間,通過44鍵盤實現:數字PID參數設置、電機正反轉、加速、減速、啟動、停止。一、調速系統總體設計1.1系統總體設計說明 本文設計了一個直流電機的調速控制系統,以MC51單片機為控制核心產生PWM信號對直流電機的供電電源進行控制從而達到調速目的。采用閉環結構實現轉速無靜差,以軟件編程方式實現數字PID,系統可以實現可逆調速,應具備必要的人機界面可對電機轉速進行設置,并可以手動調整控制器的PID參數,具備堵轉保護等必要的保護手段。其中總體設計中設計如下模塊:PWM產生及控制、功率放大及驅動電路、電機測速、閉環速度反饋電路、PID控制器、速度顯示、鍵盤控制、保護性電路。1.2系統總體設計框圖二、調速系統的硬件電路的設計與原理2.1基于單片機的電機控制設計2.1.1單片機簡介 單片機是指CPU、RAM、ROM、定時器/計數器以及基本輸入/輸出(I/O)接口電路等部件集成在一塊芯片上,這樣組成的芯片及微型計算機,稱之為單片微型計算機,簡稱為單片微機或單片機。因為單片機的硬件結構與指令系統都是按工業控制的要求設計制作的,常用作于工業的檢測、控制裝置中,因此也稱作微控制器或嵌入式控制器。 我國目前廣泛使用的MCS-51系列單片機,性價比較好,8031、8051都屬于51系列。其部結構包括:中央處理器、只讀存儲器、隨機存取存儲器、并行輸入/輸出口、定時/計時器、中斷系統。圖2.2-1 MCS-51單片機的結構框圖MCS-51系列單片機為哈佛結構,就是程序存儲器和數據存儲器分開,相互獨立。它的性能特點有:1部程序存儲器:4KB;2部數據存儲器:128KB;3外部程序存儲器:可擴展到64KB;4外部數據存儲器:可擴展到64KB;5輸入/輸出口線:32根(4個端口,每個端口8根);6定時/計數器:2個16位可編程的定時/計數器;7串行口:全雙工,2根;8寄存器區:在部數據寄存器的128B中劃出一部分作為寄存器區,分為4個區,每個區8個通用寄存器;9中斷源:5個中斷源,2個優先級;10堆棧:最深128B;11布爾處理器:就是處理器,對某些單元的某位做單獨處理;12指令系統(系統時鐘為12MHz時):大部分指令執行時間為1us,少部分指令執行時間為2us,只有乘、除指令的執行時間為4us。圖2.2-2 MCS-51單片機的系統結構框圖 MCS-51單片機都采用40腳雙列直插式封裝,40個引腳中有:2個專用于主電源,2個外接晶振,4跳控制或與其他電源復用的引腳,32個I/O引腳。2.1.2單片機在電機控制方面的應用 在單片機控制的電機系統中,單片機的輸入信號一般是:用作頻率或轉速設定的運行指令,用作閉環控制和過電壓、過電流保護的電機系統電流、電壓反饋量,用于轉速、位置閉環控制的電機轉速、轉角信號,用作缺相或瞬時停電保護的交流電源電壓信號等。從計算機輸出地信號主要為:交流裝置功率半導體元器件的觸發信號,用于控制輸出電壓、電流的頻率、。省略部分。 無* 輸 出 : 無*******************************************************************************/void motor_control() { if(stop_flag)   {      e2=TarSpd - CurSpd;      vpa=Kp*(e2-e1)+Ki*e2+Kd*(e2+e0-2*e1);      vpa/=10;      e0=e1;      e1=e2;           duty+=vpa;        } else { MOTOR_1=0; MOTOR_2=0; } }袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇羅膃蚈螂羈膂莈蚅袇膁蒀袀螃膀薂蚃肂腿節衿羈腿莄螞襖羋蕆袇螀芇蕿蝕聿芆艿蒃肅芅蒁螈羈芄薃薁袆芃芃螆螂芃蒞蕿肁節蒈螅羇莁薀薈袃莀艿螃蝿荿莂薆膈莈薄袁肄莇蚆蚄羀莇莆袀袆羃蒈螞螂羂薁袈肀肁芀蟻羆肁莃袆袂肀薅蠆袈聿蚇蒂膇肈莇螇肅肇葿薀罿肆薂螆裊肅芁薈螁膅莃螄聿膄蒆薇袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羈莀蒈羃膇芆蕆蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃蠆羆艿薃袁節膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肅芅蕿袈羋膁蚈羀肁蒀蚇蝕襖莆蚇螂肀莂蚆羅袂羋蚅蚄膈膄蚄螇羈蒂蚃衿膆莈螞羈罿芄螁蟻膄膀螁螃羇葿螀裊膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃螞肂莈蒂螄羋芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈
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控制 直流 pwm 電機 閉環 芯片 調速 298 l298 系統
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