文档介绍：1 绪论
课题研究背景
PWM控制的基本原理很早就已经提出,但是受电力电子器件发展水平的制约,在上世纪80年代以前一直未能实现。直到进入上世纪80年代,随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展,PWM控制技术才真正得到应用。随着电力电子技术、微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法,如现代控制理论、非线性系统控制思想的应用,PWM控制技术获得了空前的发展。到目前为止,已经出现了多种PWM控制技术。
PWM控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式,也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限,结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为PWM控制技术发展的主要方向之一。
直流电机调速发展现况
现代社会中,电能是最常用且最为普遍的二次能源。而电机作为机电能量转换和信号转换的电磁装置,经过了一个多世纪的发展,其应用范围已经遍及现代社会和国民经济的各个领域及环节。例如化学工业中的电镀、电解等设备,直流电焊机和某些大型同步电机的励磁电源以及有些移动运输机械,在缺少交流电源时其所需要的直流电源仍然使用直流发电机作为供电电源。
同步电机具有转矩大、效率和精度高、机械特性硬等优点,但是调速困难、容易“失步”等弱点大大限制了它的应用范围;而异步电机则结构简单、制造方便、运行可靠、价格便宜,但其机械特性软、启动困难、功率因数低、不能经济地实现范围较广的平滑调速,且必须从电网吸取滞后的励磁电流,从而降低电网功率因数;直流电机具有运行效率高和调速性能好等诸多优点,被广泛地应用于对启动和调速有较高要求的拖动系统,如电力牵引、轧钢机、起重设备等。这也是直流电机能够在工业领域占有一席之地的原因。
而采用PWM调速系统控制电机,则具有很多的优越性,比如:开关频率高,电流容易连续,谐波少,电机损耗及发热都较小。低速性能很好,稳速精度高,调速范围广,可达到1:10000左右。如果可以与快速响应的电动机配合,则系统频带宽,动态响应快,动态抗扰能力强。功率开关器件工作在开关状态,导通损耗小,当开关频率适当时,开关损耗也不大,因而装置效率较高。
本文主要研究内容
深入研究直流电机的调速性能,通过对直流传动装置的分析与论证,结合生产实际需求,设计一个带有直流传动装置的直流电机PWM调速系统。
本设计将从电机的应用及调速技术的发展入手,在分析电机的基本特性及PWM调速原理的基础上,采用单片机控制方式,控制电机的运行,结合传感器得到反馈数据,重点是设计出一套直流电动机PWM调速系统并对直流调速系统的其他调速方式进行分析和探讨。
该系统将单片机和执行机构有机地结合起来,并发挥各自优势,能够最大程度满足需要,具有运行稳定、操作简单和满足调速范围等特点。该系统对电机参数进行预置,通过传感器对负载转速的反馈构成闭环控制系统。
本章小结
本文主要研究了利用MCS-51系列单片机,通过PWM方式控制直流电机调速的方法。
冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。PWM控制技术就是以该结论为理论基础,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率。
2 系统硬件电路的设计
系统总体设计框图及单片机系统的设计
系统总体设计框图
如图2-1所示:
图2-1 系统总体设计框图
8051
单片机
PWM信号的产生与放大
直流电机
测速
发电机
滤波
电路
A/D
转换
8051单片机简介
(1)8051单片机的基本组成
8051单片机由CPU和8个部件组成,它们都通过片内单一总线连接,其基本结构依然是通用CPU加上外围芯片的结构模式,但在功能单元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。其基本组成如图2-2所示:
图2-2 8051单片机的基本组成
(2)CPU及8个部件的作用功能介绍
中央处理器CPU:它是单片机的核心,完成运算和控制功能。
内部数据存储器:8051芯片中共有256个RAM单元,能作为存储器使用的只是前128个单元,其地址为00H—7FH。通常说的内部数据存储器就是指这前128个单元,简称内部RAM。
特殊功能寄存器:是用来对片内各部件进行管理、控制、监视的控制寄存器和状态寄存器,是一个特殊功能的RAM区,位于内部RAM的高128个单元,其地址为80H—FFH。
内部程序存储器:8051芯片内部共有4K个单元,用于存储程序、原始数据或表格,简称内部ROM。
并行I/O口:8051芯片内部有4个8位的I/O口(