文档介绍：双闭环直流电动机数字调速系统设计
摘要
本文主要研究了利用MCS-51系列单片机控制PWM信号从而实现对直流电机转速进行控制的方法。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统,并且对PWM信号的原理、产生方法以及如何通过软件编程对PWM信号占空比进行调节,从而控制其输入信号波形等均作了详细的阐述。此外,本文中还采用了芯片IR2112S作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块来完成了在主电路中对直流电机的控制。另外,本系统中使用了光电编码器对直流电机的转速进行测量,经过滤波电路后,将测量值送到A/D转换器,并且最终作为反馈值输入到单片机进行PI运算,从而实现了对直流电机速度的控制。在软件方面,文章中详细介绍了PI运算程序,单片机产生PWM波形的程序,初始化程序等的编写思路和具体的程序实现,M法数字测速及动态LED显示程序设计,A/D转换程序及动态扫描LED显示程序和故障检测程序及流程图。
关键词: PWM信号直流调速双闭环 PI调节
前言
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。
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。
本文就是利用这种控制方式来改变电压的占空比实现直流电机速度的控制。文章中采用了专门的芯片组成了PWM信号的发生系统,然后通过放大来驱动电机。利用编码器测得电机速度,经过滤波电路得到直流电压信号,把电压信号输入给A/D转换芯片最后反馈给单片机,在内部进行PI运算,输出控制量完成闭环控制,实现电机的调速控制。
第一章系统硬件电路设计
第一节系统总体设计
系统方案选择与总体结构设计
调速方案的优劣直接关系到系统调速的质量。根据电机的型号及参数选择最优方案,以确保系统能够正常,稳定地运行。本系统采用直流双闭环调速系统,使系统达到稳态无静差,调速范围0-1500r/min,,%(额定转速时)。
主要技术数据和设计要求
系统控制对象的确定
主要技术数据:
直流电动机(对象)的主要技术参数如下:
直流电机型号:Z2-41型 Ped=3kW Ued=220V Ied= ned=1500r/min
电枢回路总电阻 R=
电动机回路电磁时间常数 TL=
电动机机电时间常数 TM=
电动机电势常数 Ce=·min
晶闸管装置放大倍数 Ks=53
晶闸管整流电路滞后时间 Ts=
主要技术指标:速度调节范围 0-1500 r/min,速度控制精度 %(额定转速时),电流过
。
主要要求:直流电动机的控制电源采用晶闸管装置,在其输入电压为0-5伏是可以输出
0-264伏电压,为电机提供最大25安培输出电流。速度检测采用光电编码器(光电脉冲信号发生器),且假定其输出的A、B两相脉冲经光电隔离辨向后获得每转1024个脉冲的角度分辨率和方向信号。电流传感器采用霍尔电流传感器,其原副边电流比为1000:1,额定电流为50安培。采用双闭环环(速度环和电流环)控制方式。计算机则要求采用51内核的单片机实现控制。
电动机供电方案选择
变电压调速是直流调速系统用的主要方法,调节电枢供电电压所需的可控制电源通常有3种:旋转电流机组,静止可控整流器,直流斩波器和脉宽调制变换器。旋转变流机组简称G-M系统,用交流电动机和直流发电机组成机组,以获得可调的直流电压。适用于调速要求不高,要求可逆运行的系统,但其设备多、体积大、费用高、效率低、维护不便。用静止的可控整流器,例如,晶闸管可控整流器,以获得可调直流静止可控整流器又称V-M系电压。通过调节触发装置GT的控制电压来