文档介绍：基于单片机的直流电动机PWM调速系统设计
目录
1 引言 1
2 直流PWM 调速系统的工作原理 1
3 直流电机PWM 调速系统的硬件组成 2
4 设计方案1 3
主控电路设计 3
P89V51RD2概述 3
特性 3
用到的功能 4
脉宽调节模式 4
16位软件定时器模式 4
定时器/计数器0和1 4
电路设计 5
键盘接口和显示电路设计 5
ZLG7290模块简介 5
特点 5
采用24 引脚封装引脚图 6
电路设计 7
驱动电路设计 8
L298简介 8
L298N的逻辑功能 8
L298内部结构图 9
电路设计 10
其他电路设计 10
单片机程序下载电路 10
电源电路 11
复位电路 11
总体电路图 12
5 系统调速程序设计 14
编程软件 14
编程模块 14
中断程序部分 14
键盘部分和显示部分 14
程序框图 14
定时器中断程序框图 14
键盘和显示模块流程图 15
实现功能 16
6 设计方案2 16
电路设计 16
程序框图 18
7 操作说明 18
8 小结 18
9 致谢 19
10 参考文献 19
基于单片机的直流电动机PWM 调速系统设计
摘要:本文根据降压斩波电路原理,结合在实际中的应用,从原理设计上实现了直流PWM 调速系统,根据可行性,论文提出了两种方案思想,方案1为一个开环系统,调节占空比,进而改变U0的大小,即电动机端电压的大小,于是改变电动机的转速,达到调速的目的,通过键盘输入转速给定,查表计算对应占空比。方案2为一个闭环系统,控制程序按照PID算法自动调节占空比,以缩短过度过程,使转速稳定。本文给出了单片机和接口电路的硬件详细介绍和相关电路设计和程序框图设计。
关键词:PWM ,调速系统,占空比,P89V51RD2,L298
1 引言
随着计算机进入控制领域以及高开关频率、全控型电力半导体器件的发展,脉宽调制(PWM) 的直流调速系统在调速控制中得到越来越普遍的使用。PWM(脉冲宽度调制)功率放大器具有功耗低,效率高,体积小,价格低,工作可靠等优点,并且大大降低了电路的复杂度,提高了系统的可靠性。因此,直流电动机采用PWM调速已经得到了广泛的应用,在传统的调速系统中一般采用硬件作为脉冲发生器的方式,应用的元件较多,同样会增加电路的复杂程度。为此,本文介绍一种靠软件发出脉冲信号来实现直流电动机调速控制的方法,本系统具有功率器件体积小,功率大,损耗低,控制灵活简单,效率高的特点。
2 直流PWM 调速系统的工作原理
PWM 调速装置是利用大功率晶体管的开关特性来调制固定电压的直流电源,按一个固定的频率来接通和断开,并根据需要改变一个周期内接通和断开时间的长短,通过改变直流伺服电动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。占空比越高转速越快,反之亦然。因此,这种装置又称为开关驱动装置,PWM 控制的示意图,如图1 所示。
图1
这是一个直流降压斩波电路。电压平均值Ud可用下式表示为Ud=E*ton/(ton+toff)=E*ton/T=αE (1),式中ton —开关每次接通的时间;T —开关通断的时间周期;α—占空比,α= ton /T 。由此电路得到的电动机两端的电压波形,如图2 所示。
图2
在他励直流电动机中,有Ea=Ua-IaRa(2),式中Ua—电机的端电压,Ua=U-IaRΩ,当Ia=0或RΩ=0时,Ua=U。若忽略电阻压降IaRa,并考虑Ea=Ceфn,则式(2)变为n≈Ua/Ceф(3)。
由(1),(3)两式可见,改变开关接通时间ton 和开关周期T 的比例亦即改变脉冲的占空比,电动机两端的电压平均值也随之改变,电动机的转速与端电压成正比,而端电压与占空比成比例。因而电动机转速得到了控制。改变占空比有两种调制方法:一种是开关周期恒定,通过改变导通脉冲宽度来改变占空比的方式,即脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation ,缩写为PWM);另一种方式为导通脉冲宽度恒定,通过改变开关频率( f = 1/T ) 来改变占空比,亦即脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation ,缩写为PFM)。[1]由于PFM 控制是依靠脉冲频率来改