直流电机伺服系统的控制毕业论文.doc

直流电机伺服系统的控制毕业论文 目 录 摘要 I Abstract II 第一章 绪论 1 1.1选题背景 1 1.2主要研究工作 1 1.2.1硬件方面 1 1.2.2 软件方面 1 1.3 直流伺服电机的简介 2 1.4 为控制电机准备 3 1.4.1 如何控制电压 3 1.4.2 什么是PWM 3 1.5 编码器的原理 4 1.5.1 编码器的介绍 4 1.5.2 编码器工作原理 6 1.6 本章小结 6 第二章 直流电机的控制原理 7 2.1 “H桥”整流电路的原理 7 2.1.1 “H桥”整流电路的驱动原理 7 2.1.2使能控制和方向逻辑 8 2.2 关于“H桥”整流电路的制作 9 2.2.1 制作电路选用的芯片 9 2.2.2 练习用的驱动板 9 2.2.3 驱动板电路图 10 2.2.4 关于电路的接线说明 10 2.3 码盘输入信号的过滤 10 2.3.1 制作该电路的原因 10 2.3.2 该电路的芯片 11 2.3.3 该电路的原理图 12 2.3.4 该电路的练习实物图 13 2.4 本章小结 13 第三章 控制器的介绍 14 3.1 控制器的选择 14 3.2 STC12C5A60S2引脚说明 15 3.3 由STC12C5A60S2及其它组成的最小系统 17 3.3.1 最小系统概述 17 3.3.2 复位电路 17 3.3.3时钟电路 18 3.3.4 按键电路 18 3.3.5 显示电路 19 3.4 STC12C5A60S2如何输出PWM方波 20 3.4.1与PCA/PWM应用有关的特殊功能寄存器 20 3.4.2 输出PWM原理 23 3.4.3 输出PWM时的寄存器设置 24 3.4.4 在单片机中输出PWM的程序 25 3.5 八位数码管的显示原理 26 3.5.1 段选显数原理 26 3.5.2 关于三八译码器 27 3.6 单片机的计数器 28 3.6.1 计数器的工作原理 28 3.6.2 计数器的设置 28 3.7 PID控制 29 3.7.1 PID概述 29 3.7.2 PID算法介绍 31 3.8.3 针对本课题用到的比例调节 32 3.8 关于硬件的制板 33 3.8.1 PCB的制板流程 33 3.8.2 整个设计的电路图 34 3.9 本章小结 34 结束语 35 参考文献 38 致谢 39 第一章 绪论 1.1选题背景 自动化不但能给我们带来人员进出方便，更令我们的大门增添了不少高贵典雅的气息。然而实施自动化的一个极为主要的器件就要靠电机。本课题研究的就是基于单片机的伺服直流电机控制，作为一个机电一体化的学生，既要掌握机械原理，更重要的是通过电来控制机械的运行，从最基本的微机入手，选用51单片机作为控制电机的芯片。 直流伺服电机,它包括定子、转子铁芯、电机转轴、伺服电机绕组换向器、伺服电机绕组、测速电机绕组、测速电机换向器,所述的转子铁芯由矽钢冲片叠压固定在电机转轴上构成通过单片机实验加深对电机的驱动电源和电机工作情况了解，PWM信号给伺服电机，控制电机的转速； （2）通过桥式整流电路控制伺服电机的正反转； （3）然后通过编码器反馈信号给单片机计数，在数码管上显示脉冲数。 （4）根据功能需要选择电路元器件和型号，设计电路画出电路原理图，进行电子自动化设计。STC12C5A60S2单片机直接设置寄存器输出PWM信号，控制电机转动； （2）对计数器进行设置，读入脉冲； （3）运用PID算法，对实时输入的伺服电机输入的转速进行计算，再调 整PWM输出，从而控制电机的转速，达到用户设定速度。 1.3 直流伺服电机的简介 直流电机如下图（1-1）所示： 图1-1 直流伺服电机 本伺服电机为试验用伺服电机，接线一共有7条，紫色线为无用线，两边的线为电源线，次中间两条为编码器供电线，接+5V和地，最中间两条为A、B项接线。 伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。 直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。按电刷类型可分为： 有刷直流伺服电机——电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护方便（换碳刷），会产生电磁干扰，对环境有要求。