直流电动机转速控制系统设计研究报告.docVIP

电子电气工程系 直流电机转速控制 ? ? ? 专 业： 自动化 班 级： 10自动化 学 号： 201095034041 姓 名： 薛晶晶 指导教师： 胡皓 ?? 时 间： 2013年6月29 目录 一.设计目的 二.直流电机转速控制设计任务 2.1 设计内容 2.2 设计要求 三.总体设计方案 3.1 设计思想 3.2 系统框图 四.硬件设计 4.1 控制器 4.2 电机速度采集电路设计 4.2.1 方案论证 4.2.2 方案设计 4.3 电机驱动电路设计 4.3.1 方案论证与设计 4.3.2 主要芯片介绍 4.4电机逻辑控制部分的设计 4.5 电源设计 五.软件设计 5.1 PID算法 5.2 软件流程图 六.测量结果与误差分析 一 设计目的 编制程序，将直流电机的运转状态在LCD上显示出来。 掌握直流电机的驱动原理。 了解直流电机调速的方法，了解直流电机的工作原 理。掌握PID算法及PWM控制技术。 学会直流电机驱动程序的设计。 进一布提高单片机应用系统的设计和调试水平。 二 直流电机转速控制设计任务 2.1 设计内容：掌握直流电机控制系统的硬件设计方法和直 流电机转速调节。学会编制直流电机驱动程序的软件设计方法。通过PWM脉宽调制来达到调节直流电机转速的目的。 遥控键盘实现电机的启动、停止、加速、减速、反转的控制， 并在LCD上显示电机运行的当前状态。 2.2 设计要求：设计出电路原理图，说明工作原理，编写程。 序及程序流程图。 三 总体设计方案 3.1设计思想：主要由电机驱动电路、电机速度采集电路、电机、遥控键盘、NOKIA5110、单片机（msp430）组成。电机速度采集电路反映机械转速的高低，单片机msp430是该系统的核心部分，一方面负责计算电机的转速，另一方面将计算得到的转速与设定转速相比较，经过计算处理，得到相应的控制信号，并将该信号输入到电机驱动电路从而控制电机转速。通过键盘可以设定工作模式（通过输入设定转速，单片机自动控制电机转速，使其接近设定值）设定转速。由单片机检测哪一个按键按下，实现设定值的修改，并通过NOKIA5110实时显示设定值以及测的转速。 3.2 系统框图： 四 硬件设计 4.1 控制器 用MSP430为控制器，对传感器的输出信号测频计数，将测得数据显示在液晶NOKIA5110上。单片机通过一系列的数据处理并发出控制转速的信号。 4.2 电机速度采集电路设计 4.2.1方案论证 方案一：采用干簧管构成电机转速采集模块电路。 方案二：采用反射式光电耦合器构成电机转速采集模块电路。 方案三：采用凹槽型光电开光作为电机转速采集模块电路。 由于考虑到电机转速采集模块安装方便，易于调试。故采用方案三作为直流电机转速采集模块电路。 4.2.2方案设计 在本系统中由于要将电机本次采样的速度与上次采样的速度进行比较，通过偏差进行PID运算，因此速度采集电路是整个系统不可缺少的部分。本次设计中应用了比较常见的光电测速方法来实现，其具体做法是将电机轴上固定一圆盘，且其边缘上有N个等分凹槽如图（a）所示，在圆盘的一侧固定一个发光 二极管，其位置对准凹槽处，在另一侧和发光二极光平行的位置上固定一光敏三极管，如果电动机转到凹槽处时，发光二极管通过缝隙将光照射到光敏三极管上，三极管导通，反之三极管截止，电路如图（b）所示，从图中可以得出电机每转一圈在P3.3的输出端就会产生N个低电平。这样就可根据低电平的数量来计算电机此时转速了。例如当电机以一定的转速运行时，P3.3将输出如图（c）所示的脉冲，若知道一段时间t内传感器输出的低脉冲数为n，则电机转速v=r/s。 (a) (b) 电机速度采集方案 (c) 传感器输出脉冲波形 4.3 电机驱动电路设计 4.3.1方案论证与设计 方案一：采用IRF640绝缘栅型（CMOS）场效应管 构成电流可逆向控制电路模块来驱动直流电机。 方案二：采用开关管9013 构建成H桥结构电路来作为直流电机驱动模块。 方案三：采用直流电机集成驱动芯片L298N作为直流电机驱动模块。