基于单片机的直流电机位置控制系统设计.doc

自 动 化 学 院 计算机控制技术 设计题目：基于单片机的直流电机位置控制系统设计 单位（二级学院）： 自动化学院 设计时间： 2014 年 5 月 目录 一、设计题目 5 1.1 设计要求 5 1.2 题目分析 6 二、系统方案 6 2.1方案选择 6 2.2 模型设计 6 三、系统硬件选择 8 3.1 直流电机 8 电机 8 3.2主控制芯片方案的选择 8 3.3显示模块的选择 9 3.4电机的驱动模块的选择 9 3.5稳压模块的选择 9 3.6光栅 10 3.7光电传感器 10 四、系统仿真 10 4.1?PID算法 11 4.2 数字PID参数整定方法 15 五、硬件电路设计与实现 18 5.1单片机最小系统 18 5.2系统显示模块 19 5.3 直流电机驱动模块和稳压模块 19 5.4 直流电机测速模块 20 5.5总体电路设计 21 21 六、系统软件设计 21 6.1 软件流程图 21 6.1 软件(见附录) 22 七、性能指标 22 7.1误差分析 22 7.2性能指标 23 八、心得体会 23 九、附录 23 摘 要 随着社会的进步，工业上对于位置的控制越来越重要，由于直流电机具有速度易控制，精度和效率高，能在宽范围内实现平滑位置控制等特点而在冶金、机械加工制造等行业中得到广泛应用。本文以小功率直流齿轮电机为控制对象，应用PID控制算法来实现对于直流电机的精确控制。并且以STC80c51为控制器以L293D驱动直流电机。使用C语言编程实现对直流电机的位置控制。测试结果表明，该方法控制速度快、可靠性高。 关键词：直流电机、PID、位置控制 Abstract Along with societys progress, the industry for position control of more and more important, due to the dc motor speed is easy to control, precision and high efficiency, can realize the smooth position control in a wide range, etc and in metallurgy, machinery processing and manufacturing industries widely used. Based on the small power dc gear motor as control object, the application of PID control algorithm to realize accurate control of dc motor. And developed a controller for STC80c51 L293D drive dc motor. Using C language programming to achieve position control of dc motor. Test results show that the control of speed and high reliability. Keywords: dc motor, PID, and position control 一、设计题目 1.1 设计要求 基于单片机的直流电机位置控制系统设计。 （1)设计出相应的电子电路和控制软件流程及源代码。 （2)控制算法采用PID控制算法。 （3)稳压管设计、转速到脉冲信号的转换采用光电传感器或霍尔传感器来实现。 （4)信号的采集、计数、数码显示、报警等功能用8051来控制实现。 1.2 题目分析 根据题目要求要实现单片机的位置控制那么就必须实现位置的采集和反馈等基本功能，对于位置信息我们用角度来实现。那么可以基本确定构建一个闭环系统可以达到要求实现对位置的控制。 二、系统方案 2.1方案选择 图1 系统方案图 2.2 模型设计 1、直流电机模型建立： 电机方程： (1) (2) ； 通过拉普拉斯变换可得，直流电机的传递函数为： (3) (4) 2、驱动电路模型： 由于采用的是L293D驱动模块即为H桥电路，所以有 (5) 所以驱动电路的传递函数为： (6) 所以可以得到整个结构图为：