毕业论文：直流电机转速闭环控制汇.doc

摘要 在运动控制系统中，电机转速控制占有至关重要的作用，其控制算法和手段有很多，模拟PID控制是最早发展起来的控制策略之一，长期以来形成了典型的结构，并且参数整定方便，能够满足一般控制的要求，但由于在模拟PID控制系统中，参数一旦整定好后，在整个控制过程中都是固定不变的，而在实际中，由于现场的系统参数、温度等条件发生变化，使系统很难达到最佳的控制效果，因此采用模拟PID控制器难以获得满意的控制效果。随着计算机技术与智能控制理论的发展，数字PID技术渐渐发展起来，它不仅能够实现模拟PID所完成的控制任务，而且具备控制算法灵活、可靠性高等优点，应用面越来越广。 本设计以上面提到的数字PID为基本控制算法，以SST89EE554RC单片机为控制核心，产生占空比受数字PID算法控制的PWM脉冲实现对直流电机转速的控制。同时利用霍尔传感器将电机速度转换成脉冲频率反馈到单片机中，实现转速闭环控制，达到转速无静差调节的目的。在系统中采数码管和4×4键盘作为人机交互界面，启动后可以通过显示部件了解电机当前的转速。该系统控制简单，反应灵敏，具有很强的抗干扰能力。 目 录 前言 ４ 一.总体设计方案 ４ 二.硬件单元模块设计 ５ （1）LED显示模块 ５ （2）直流电机驱动单元 ６ （3）基于霍尔传感器的测速模块 ６ （4）单片机控制单元 ６ 三.软件功能调试 ７ （1）主程序设计 ７ （2）PWM波软件软件设计 ８ （3）显示子程序 ９ （4）键盘处理子程序 １０ （５）测速软件设计 １１ （６）控制算法子程序 １２ 四.设计总结 １３ 五.参考文献 1５ 附录 1６ 前言 在工业控制领域中，直流电机是常见的机电装置，以单片机为控制器对电机进行控制，运用串口通信技术实现电机的远程测控。通过采用周期测量法测量电机的转速，运用PWM技术实现对电机的驱动控制，为直流电机的控制提供了一种低成本高精度的测控方案。总体设计概述 单片机直流电机调速简介：单片机直流调速系统可实现对直流电动机的平滑调速。PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。本系统以单片机为核心，通过单片机控制，C语言编程实现对直流电机的调速。 系统控制方案的分析：本直流电机调速系统以单片机系统为依托，根据PWM调速的基本原理，以直流电机电枢上电压的占空比来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速为依据，实现对直流电动机的平滑调速，并通过单片机控制速度的变化。本文所研究的直流电机调速系统主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提，是整个系统执行的基础，它主要为软件提供程序运行的平台。而软件部分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、处理，最终实现控制器所要实现的各项功能，达到控制器自动对电机速度的有效控制。 二、硬件部分 硬件部分由电源模块、单片机控制单元、电机驱动电路、LED显示电路、霍尔传感器电路构成。 键盘向单片机输入相应控制指令，由单片机通过P2.0与P2.1其中一口输出与转速相应的PWM脉冲，另一口输出方波，根据方波测出转速，比较给定转速与实际转速得到差值再通过P控制来实现电动机转速的控制。电动机的运转状态通过LED显示出来。电动机所处速度显示。每次电动机启动后开始计时，停止时LED显示出本次运转所用时间，时间精确到0.1s。总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示 键盘扫描及显示 直流电机驱动电路 基于霍尔传感器的测速电路 工作原理：霍尔开关集成电路中的信号放大器将霍尔元件产生的幅值随磁场强度变化的霍尔电压UH放大后再经信号变换器、驱动器进行整形、放大后输出幅值相等、频率变化的方波信号。信号输出端每输出一个周期的方波，代表转过了一个齿。单位时间内输出的脉冲数N，因此可求出单位时间内的速度V＝NT。 单片机 本次实验采用的是SST89E554RC单片机， 三、软件设计 主程序设计 主程序主程序是一个循环程序，其主要思路是，先设定好速度初始值，这个初始值与测速电路送来的值相比较得到一个误差值然后用P算法输出控制系数给PWM发生电路改变波形的占空比，进而控制电机的转速。 PWM波软件软件设计 SST89E554RC提供了一个特殊的16位定时器，该定时器具有5个16位捕捉/比较模块。 每个模块都可被编程工作于以下四种模式：上升和/或下降沿捕捉，软件定时器，高输出（HSO）和脉冲宽度调制（PWM）。第五个模块除上述四种模块外还可以编程为看门狗定时器。