2025【基于单片机的直流电机调速系统设计与实现6100字】.docx

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基于单片机的直流电机调速系统设计与实现

目录

TOC\o1-3\h\z\u摘要 II

第一章绪论 1

1.1选题背景和意义 1

1.2本文进行的工作 2

第二章系统硬件总体结构 2

2.1系统总体结构 2

2.2单片机 2

2.3驱动模块 4

2.4电源模块 5

2.5显示模块 5

第三章软件设计 5

3.1硬件驱动程序设计 5

3.1.1电动机驱动程序 5

3.1.2编码器程序 6

3.1.3调速系统设计 7

3.2PID算法 7

第四章结果及说明 8

总结 10

参考文献 12

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第一章绪论

1.1选题背景和意义

对于需要调速性能比较高的工作场合,人们通常都会选择直流电机传动。在当下,利用对电动机的控制技术,把能量转换为机械能用来控制工作机器,按照既定的运动规则工作以及使其符合一定条件的新型电力传动,自动化技术已经应用于了国家和人民经济生活的各个领域。自发展以来,直流电机传动技术经历了巨大的技术进步。同样,监测电路REF_Ref101468665\r\h[6]也已达到高集成、小型化、高可靠性,并且生产成本低。这种技术的广泛运用,使直流调压控制系统的执行特性技术指标大幅提高,应用也扩大。直流调快技术的发展,趋于熟成化、完备化、系统化、国家标准,在可逆脉宽调制、精密的电气传动技术中,一直处于无法取代的领导地位。目前直流电气传动技术的研发与使用已达到了相当完整的发展阶段,应用领域也非常广泛,特别是全数字直流技术的问世,更是大大提高了直流调快技术的准确度和安全性。但是,即使今后某个阶段在调速方面需要较大的工作场地,如轧钢厂、海洋钻井平台等,直流调速控制系统REF_Ref101383484\r\h[8]依然占据着主体地位。早期的直流传动的控制器采用了仿真分离器件组成,但由于仿真电子器件有其固定的缺陷,如具有温漂、零漂电压,以及组成控制系统的元件数量较多,导致了模拟直流传动系统的操控精确度和稳定性都较低。由于现代电子计算机及控制技术的进展,汽车直流传动系统也开始普遍采用微机,从而达到了全面的数字化管理。同时由于微机系统以数码信息工作,故管理活动简便,抗干扰力量较强。所以,全数字直流调速监控精度和可靠性都较模拟直流调速控制系统明显提高。同时采用了系统总线全数字化REF_Ref101384547\r\hREF_Ref101384547\r\h控制器,并可与生产管理电脑、过程计算机、远程电控设备等实现互动,以完成对工业生产流程的智能化分级管理。所以,直流传动控制系统必须通过微机进行全面数字化,从而使直流调速技术步入了全新的层次。

1.2本文进行的工作

第一章为绪论，主要描述了本课题的选题意义和背景以及本文各章进行的工作；

第二章为系统硬件介绍，对本系统的各个硬件做了详细的介绍；

第三章是软件介绍，描述了各个硬件的驱动程序和主要算法PID算法；

第四章是结果描述，展示了本次设计的成果，电机的转动和速度的显示。

第二章硬件结构

2.1硬件结构总览

硬件结构见下图，图2.1.1；

图2.1.1系统硬件总体结构

根据硬件结构图可以看出，此系统为闭环的调速系统REF_Ref101424263\r\h[5]。工作原理是:由单片机自动给出电动机转速，或是从键盘输入电路输入转速到电动机给定转速(外给定)。编码器把所测量的电机速度信号反馈给STM32f103单片机。系统将给出的电机速度信息和得到的转速信息对比，确定误差，再进行PID算法计算，算出最终变量，调整占空比，从而调整了直流电动机电枢的电压，然后调整电动机的速度，最终完成了STM32f103单片机对直流电机速度的调整。

2.2单片机

由STM厂商所出品的STM32系列数字单片机，是一个价格比超高的系统数字单片机，功用也极其强。这种单片式微型计算机，采用了专业为需求效率高、廉价、低功率的嵌入式应用领域而专业产品设计的ARMcortex-M核心，最关键拥有着不错的外设，并且在用很低功耗的同时集成度也很高，因为这种单片机结构简单，工具使用方便还有功能十分强劲，所以在各个地方都有使用。

其强劲的功能主要体现在:

1、核心:ARM32位Cortex-M3CPU，最高运算频率为72MHz，1.25DMIPS/MHz

2、内存:单片机上整合了32-512KB的Flash内存。6-64KB的SRAM内存。

3、时钟、恢复和电源管理:2.0-3.6V的电源供电和I/O端口的驱动电流。

4、调试模型:串行JTAG接口。112个的高速I/O端口