毕业设计论文—基于单片机的直流电机调速系统设计--科技创新实践设计报告.doc

科技创新实践设计报告 题目：基于单片机的直流电机调速系统设计 学 院： 机电工程学院 专业班级： 学 号： 姓 名： 指导教师： 设计地点： 设计时间： 摘 要 在许多工业部门，例如大型轧钢设备、大型精密机床、矿井卷扬机、市内电车、电缆设备要求严格线速度一致的地方等，通常都采用直流电动机作为原动机来拖动工作机械的。1 引言 1 2 总体方案设计 2 2.1 硬件方案论证 2 2.1.1 微处理器的选择 2 2.1.2 测速传感器的选择 2 2.1.3键盘显示方案论证 3 2.1.4电机驱动方案论证 4 2.1.5输入输出通道 4 2.1.6 PWM实现方案论证 4 2.2系统原理框图设计 6 3 系统单元电路的设计 7 3.1速度测量电路的设计 7 3.2 电机驱动电路的设计 8 3.3 LCD显示电路和键盘与单片机的接口设计 9 3.4两单片机的互连 10 4 系统软件设计 11 4.1 系统总程序框图设计 11 4.2 电机转速测量程序设计 13 4.3键盘程序设计 15 4.4 LCD显示子程序的设计 16 4.5 PWM信号的单片机程序实现 18 5 数字PID及其算法的改进 19 5.1 PID控制基本原理 19 5.2三个基本参数Kp，Ti，Td在实际控制中的作用研究 19 5.3数字PID控制算法 20 5.4 PID算法的改进，“饱和”作用的抑制 21 5.5 PID控制算法的单片机程序实现 23 总结 25 参考文献 26 附录1 27 附录2……………………………………………… ………………………………………… …30 1 引言 早期直流传动的控制系统采用模拟分离器件构成，由于模拟器件有其固有的缺点，如存在温漂、零漂电压，构成系统的器件较多，使得模拟直流传动系统的控制精度及可靠性较低。随着计算机控制技术的发展，微处理器已经广泛使用于直流传动系统，实现了全数字化控制。由于微处理器以数字信号工作，控制手段灵活方便，抗干扰能力强。所以，全数字直流调速控制精度、可靠性和稳定性比模拟直流调速系统大大提高。所以，直流传动控制采用微处理器实现全数字化，使直流调速系统进入一个崭新的阶段。 微处理器诞生于上个世纪七十年代，随着集成电路大规模及超大规模集成电路制造工艺的迅速发展，微处理器的性价比越来越高。此外，由于电力电子技术的发展，制作工艺的提升，使得大功率电子器件的性能迅速提高。为微处理器普遍用于控制电机提供了可能，利用微处理器控制电机完成各种新颖的、高性能的控制策略，使电机的各种潜在能力得到充分的发挥，使电机的性能更符合工业生产使用要求，还促进了电机生产商研发出各种如步进电机、无刷直流电机、开关磁阻电动机等便于控制且实用的新型电机，使电机的发展出现了新的变化。 对于简单的微处理器控制电机，只需利用用微处理器控制继电器、电子开关元器件，使电路开通或关断就可实现对电机的控制。现在带微处理器的可编程控制器，已经在各种的机床设备和各种的生产流水线中普遍得到应用，通过对可编程控制器进行编程就可以实现对电机的规律化控制。对于复杂的微处理器控制电机,则要利用微处理器控制电机的电压、电流、转矩、转速、转角等，使电机按给定的指令准确工作。通过微处理器控制，可使电机的性能有很大的提高。目前相比直流电机和交流电机他们各有所长，如直流电机调速性能好，但带有机械换向器，有机械磨损及换向火花等问题；交流电机，不论是异步电机还是同步电机，结构都比直流电机简单，工作也比直流电机可靠，但在频率恒定的电网上运行时，它们的速度不能方便而经济地调节[2]。高性能的微处理器如DSP (DIGITAL SIGNAL PROCESSOR即数字信号处理器)的出现，为采用新的控制理论和控制策略提供了良好的物质基础，使电机传动的自动化程度大为提高。在先进的数控机床等数控位置伺服系统，已经采用了如DSP等的高速微处理器，其执行速度可达数百万兆以上每秒，且具有适合的矩阵运算。 2 总体方案设计 2.1 硬件方案论证 要控制直流电机转速，硬件电路要求比较高，它决定直流电机调速的精度。采用PID控制器，因此需要设计一个闭环直流电机控制系统。该系统采用脉宽调速，使电机速度等于设定值，并且实时显示电极的转速值。通过对设计功能分解，设计方案论证可以分为：系统结构方案论证，速度测量方案论证，电机驱动方案论证，键盘显示方案论证，PWM软件实现方案论证。 2.1.1 微处理器的选择 方案一：采用一片单片机（AT89S52）完成系统所有测量、控制运算，并输出PWM控制信号。 方案二：采用两片单片机（AT89S52）霍尔元件是磁敏元件，在被测的旋转体上装一磁体，旋转时，每当磁体经过霍尔元件，霍尔元件就发出一个信号，经放大整形得到脉冲信号，