基于单片机的直流双闭环调速系统的课程设计详解.doc

直流调速控制系统课程设计 题目：基于51单片机的双闭环直流调速系统 院（系）： 专业班级： 学 号： 学生姓名： 指导老师： 摘要 3 第一章 总体结构设计 4 第一节 系统方案选择与总体结构设计 4 1.1.1 方案选择 4 1.1.2系统控制对象的确定 7 1.1.3双闭环直流调速系统电路原理 7 1.1.4双闭环直流调速系统动、静态模型 9 1.1.5 数字控制双闭环直流调速系统方框图 12 1.1.6数字式双闭环直流调速系统硬件结构图 13 第二节 8051单片机简介 14 1.2.1 8051单片机的基本组成 15 1.2.2 CPU及8个部件的作用功能介绍如下 15 1.2.3电动机供电方案选择 17 1.2.4 晶体管PWM功率放大器方案选择 17 第二章 主电路的设计及参数计算 18 2.1.1 设计参数 18 2.1.2 稳态参数的计算 18 2.1.3 调节器的设计 18 电流调节器： 18 转速调节器： 20 第三章 系统软件程序设计 24 第一节 主程序设计 24 第二节 PI控制子程序设计 26 第四章 数学模型的建立 29 4.1.1直流电动机的数学模型 29 4.1.2转速电流双闭环调速系统的数学模型 29 4.1.3仿真模型 30 结论 30 总结 31 参考文献 32 摘要 随着时代的进步和科技的发展PWM控制就是对脉冲的宽度进行调制的技术。即通过对一系列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要波形（含形状和幅值）。 在采样控制理论中有一个重要的结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。冲量即指窄脉冲的面积。这里所说的效果基本相同，是指环节的输出响应波形基本相同。如果把各输出波形用傅立叶变换分析，则其低频段非常接近，仅在高频段略有差异。例如图1-0.1中a、b、c所示的三个窄脉冲形状不同，其中图1-0.1的a为矩形脉冲，图1-0.1的b为三角脉冲，图1-0.1的c为正弦半波脉冲，但它们的面积（即冲量）都等于1，那么，当它们分别加在具有惯性的同一环节上时，其输出响应基本相同。当窄脉冲变为如下图的d所示的单位脉冲函数时，环节的响应即为该环节的脉冲过渡函数。 1-0.1 形状不同而冲量相同的各种窄脉冲 图1-0.2 a的电路是一个具体的例子。图中为窄脉冲，其形状和面积分别如图1-0.1的a、b、c、dR-L电路上，设其电流为电路的输出。图1-0.2b给出了不同窄波时的响应波形。从波形可以看出，在的上升段，脉冲形状不同时的形状也略有不同，但其下降段几乎完全相同。脉冲越窄，各波形的差异也越小。如果周期性的施加上述脉冲，则响应也是周期性的。用傅立叶级数分解后将可看出，各在低频段的特性非常接近，仅在高频段有所不同。 图1-0.2 冲量相同的各种窄脉冲的响应波形 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。 本系统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。利用编码器测得电机速度，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。 直流电动机具有优良的调速特性调速平滑、方便调速范围广过载能力大能承受频繁的冲击负载可实现频繁的无级快速起动制动和反转能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求在许多需要调速或快速正反向的电力拖动系统领域中得到了广泛的应用。直流电动机的转速调节主要有三种方法调节电枢供电的电压、减弱励磁磁通和改变电枢回路电阻。针对三种调速方法，都有各自的特点，也存在一定的缺陷在直流调速系统中，都是以变压调速为主。其中，在变压调速系统中，大体上又可分为可控整流式调速系统和直流PWM调速系统两种。直流PWM调速系统与可控整流式调速系统相比有下列优点由于PWM调速系统的开关频率较高仅靠电枢电感的滤波作用就可获得平稳的直流低速特性好稳速精度高调速范围宽同样由于开关频率高,快速响应特性好,动态抗干扰能力强可以获得很宽的频带开关器件只工作在开关状态主电路损耗小装置效率高直流电源采用不控整流时电网功率因数比相控整流器高。正因为直流PWM调速系统有以上优点并且随着电力电子器件开关性能的不断提高直流脉宽调制( PWM) 技术得到了飞速的发展。PWM控制的基本原理可知，一段时间内加在惯性负载两端的PWM脉冲与相等时间内冲量相等的直流电加在