文档介绍：PWM控制的直流 电动机调速系统设计
学生学号: 04309139
学生姓名: 刘军
专业名称: 电气工程及其自动化
指导教师: 王新旺
论文框架
研究背景
课题介绍
硬件结构
PWM脉宽调制L298电机驱动
主程序流程图
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研究背景
在现代化工业中,电动机作为电能转换的传动装置被广泛应用于国防、石油化学、机械、冶金等工业部门中,随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和供应量的增长,越来越多的生产机械要求能实现自动调速。
近年来,随着科技的进步,直流电机得到了越来越广泛的应用。直流电机具有优良的调速特性,调速平滑、方便,调速范围广,过载能力强,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无极快速起动、制动和反转,满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求,从而对直流电机提出了较高的要求,改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求,这时通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。
课题介绍
基于以上思路,本设计是以单片机AT89C51和L298控制的直流电机脉宽调制调速系统。利用AT89C51产生PWM脉冲,通过调整PWM的占空比,控制电机的电枢电压,进而控制转速。系统实现对电机的正转、反转、急停、加速、减速的控制,以及PWM的占空比在LED上的实时显示。
硬件结构
硬件的整体结构如下:
PWM脉宽调制
PWM简介
PWM(脉冲宽度调制)是按一个固定的频率来接通和断开电源,并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的,从而来控制电动机的转速。也正因为如此,PWM又被称为“开关驱动装置”。PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的,无需进行数模转换。
PWM占空比
占空比是指高电平在一个周期之内所占的时间比率。如下图,设电机始终接通电源时,电机转速最大为Vmax,设占空比D= t1 / T,则电机的平均速度为Va = Vmax * D,其中Va指的是电机的平均速度。由上面的公式可见,当我们改变占空D=t1/T时,就可以得到不同的电机平均速度Va,从而达到调速的目的。
PWM 控制流程图
当单片机上电后,系统进入准备状态。当按动按钮后执行相应的程序,根据加、减速按钮,调整输出高低电平的占空比,从而可以控制高低电平的延时时间,进而控制电压的大小来决定直流电机的转速。
独立键盘控制
独立式按键就是各按键相互独立,每个按键各接入一根输入线,一根输入线上的按键工作状态不会影响其他输入线上的工作状态。因此,通过检测输入线的电平状态可以很容易判断哪个按键按下了。独立式按键电路配置灵活,软件简单。一般按键在按下的时候有抖动的问题,即键的簧片在按下时会有轻微的弹跳,需经过一个短暂的时间才会可靠地接触。在程序中要考虑防抖动的问题。最简单的办法是在检测到有键按下时,等待(延迟)一段时间再进行“行扫描”。这可通过调用子程序来解决,当系统中有显示子程序时,调用几次显示子程序也能同时达到消除抖动的目的。
L298电机驱动
L298可直接对电机进行控制,无须隔离电路,可以驱动双电机。OUT1,OUT2和OUT3,OUT4之间可分别接电动机,本实验装置我们选用驱动一台电动机,当使能端为高电平时,输入端IN1为PWM号,IN2为低电平信号时,电机正转;输入端IN1为低电平信号,IN2为PWM信号时,电机反转;IN1与IN2相同时,电机快速停止。当使能端为低电平时,电动机停止转动。