PIC的直流电动机PWM调速控制系统方案设计书论文.docVIP

题 目基于PIC18F458的直流电动机PWM调速控制系统设计 指导教师 张钟铋 学生姓名 刘 志 宇 专 业 电气自动化 班 级 2012级电子系 日 期 2013年6月 摘要： 本文是一套基于PIC单片机的直流电机控制器，作为其配套的试验装置。根据系统的要求完成了整体方案设计和系统选型，针对所的控制方案对控制系统的软、硬件设计作了详细论述。硬件部分先作了整体设计，然后介绍了以PIC16F458单片机为核心的硬件构成，对键盘电路、测量电路、显示电路等作了详细阐述;软件部分采用模块化设计思想，编制了各个模块的流程图。论述了软件的设计思想和方法;实现了对直流电动机转动参数的设置、启动、停止、加速、减速和显示等功能。利用PIC系列芯片进行低成本直流电动机控制系统的设计，能够简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要。 针对直流电机运行环境恶劣、干扰严重的特点，从系统的硬件设计、软件设计等多方面进行抗干扰的综合考虑，并利用多种软件和硬件技术来提高和改善系统的抗干扰能力，有效地提高了系统的可靠性和实用性。 1 绪论 1.1 引言 当今，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流调速控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。为了满足运行、生产、工艺的要求往往需要对另一类设备如风机、水泵等进行控制:为了减少运行损耗，节约电能也需要对电机进行调速。电机调速系统由控制部分、功率部分和电动机三大要素组成一个有机整体。各部分之间的不同组合，可构成多种多样的电机调速系统。 三十多年来，首先实现了整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代 1.2 直流电机基本调速方法 直流电动机分为有换向器和无换向器两大类。直流电动机调速系统最早采用恒定直流电压给直流电动机供电，通过改变电枢回路中的电阻来实现调速。这种方法简单易行，设备制造方便，价格低廉；但缺点是效率低，机械特性软，不能得到较宽和平滑的调速性能。该法只适用在一些小功率且调速范围要求不大的场合。近年来，随着电力电子的迅速发展，有晶闸管变流器供电的直流电动机调速系统以取代了发电机-电动机调速系统，它的调速性能远远超过了发电机-电动机调速系统。电力电子技术中的IGBT等大功率器件的发展取代晶闸管，出现了性能更好的直流调速系统。 直流电动机的转速n和其他参量的关系可表示为 （1）式---电枢供电电压（V） -----电枢电流（A） ---励磁磁通（) R ---电枢回路总电阻（） ----电势系数，，p为电磁对数，a为电枢并联支路数，N为导体数。 由式1可以看出，式中三个参量都可以成为变量，只要改变其中一个参量，就可以改变电动机转速，所以直流电动机有三种调速方法： （1）改变电枢回路总电阻（2）改变电枢供电电压（3）改变励磁磁通。 （4）采用大功率半导体器件的直流电动机脉宽调速方法 本设计采用大功率半导体器件的直流电动机脉宽调速方法 其方法就是相当于直流电电压降低，功率及转速降低。脉宽调制（PWM）是调整脉冲的宽度而不是频率。即供电电压是宽度可调的脉冲电压，当脉冲最宽时，相当于直流电，功率最大，转速最高。脉冲宽度减脉冲频率并没有变。脉宽调制并不是直接调整电机的速度，而是改变电机的功率或扭矩。扭矩大了，换向加快，转速就提高了。 调速原理如图所示。通过控制脉冲占空比来改变电机的电枢电压。当控制频率与系统的固有频率接近时，将会引起振荡，用的比较少，因此本系统用的是定频调宽法。在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加。电机断电时，转速逐渐减小。只有按一定规律，改变通电时间，即可实现对转速的控制。 1.3 PWM调速方案的优越性 自从全控型电力电子器件问世以后，就出现了采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式，形成了脉宽调制变换器—直流电机调速系统；国内的超大功率调速还要依靠可控硅实现可控整流来实现直流电机的调压调速。本设计采用直流极式控制的桥式PWM变换器。与V-M系统相比在很多方面有较大的优越性： 主电路线路简单，需用的功率器件少。 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电极损耗及发热都较小。 低速性能好，稳态精度高，调速范围宽，可达1:200