文档介绍：《电子技术》课程设计报告
课题: 直流电机PWM调速电路
班级电气1107 学号 1101205712
学生姓名王海彬
专业电气信息类
学院电子与电气工程学院
指导教师电子技术课程设计指导小组
淮阴工学院
电子与电气工程学院
2012年05月
直流电机PWM调速电路
设计任务与要求:
设计电机驱动主回路,实现直流电机的正反向转动;
设计PWM驱动信号发生电路;
设计电机转速显示电路;
设计电机转速调节电路,可以按键或电位器调节电机转速;
安装调试。
二)系统原理及功能概述
1)直流电机脉宽调速电路原理
对小功率直流电机调速系统,使用单片机是极为方便的。其方法是通过改变电机电枢电压接通时间与通电周期的比值(即占空比)来控制电机速度。这种方法称为脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation),简称 PWM。
改变占空比的方法有 3 种:
定宽调频法,这种方法是保持 t1 不变,只改变 t2 ,这样周期 T(或频率) 也随之改变;
(2)调宽调频法,保持 t1 不变,而改变 t2 ,这样也使周期 T(或频率)改变;
(3)定频调宽法,这种方法是使周期 T(或频率)不变,而同时改变 t2 和 t1 由,当控制频率与系统的固有频率接近于前两种方法都改变了周期(或频率) 时,将会引起振荡,用的比较少,因此本系统用的是定频调宽法。在脉冲作用下,当电机通电时,速度增加。电机断电时,速度逐渐减小。只要按一定规律,改变通断电时间,即可实现对电机的转速控制。设电机永远接通电源时,其最大转速为 Vmax,设占空比 D= t1 /T ,则电机的平均速度为 Vd,平均速度 Vd 与占空比 D 的函数曲线如图 1-2 所示,从图可以看出,VD 与占空比 D 并不是完全线性关系(图中实线),当系统允许时,可以将其近似的看成线性关系(图中虚线),本系统采用近似法。
平均速度与占空比的关系
比例积分控制规律
系统的控制算法主要采用了 PI 控制算法。其控制算法为:
其中 Kp 为比例系数,Ti 为积分系数。若单片机的采样周期为 T,则上式可近似为:
上式即为位置式 PI 控制算法。这里我们采用其增量式控制算法,根据递推原理可得:
则增量式控制算法为:
其中 Kp 为控制器比例系数,Ki 为积分时间常数。由于系统采用了比例积分调节器简称 PI 调节器,使系统在扰动的作用下,通过 PI 调节器的调节作用使电动机的转速达到静态无差,从而实现了静态无差。
无静差调速系统中,比例积分调节器的比例部分使动态响应比较快无滞后,积分部分使系统消除静差。
3)直流电机调速原理
直流电机转速 n 的表达式为:
式中:U-电枢端电压;I-电枢电流;R-电枢电路总电阻;Φ-每极磁通量;K-与电机结构有关的常数,因此直流电机转速 n 的控制方法有三种,主要以调压调速为主。
本控制器主要通过脉宽调制 PWM 来控制电动机电枢电压, 实现调速。调脉宽的方式有三种:定频调宽、定宽调频和调宽调频。本系统采用了定频调脉宽方式的 PWM 控制,因为采用这种方式, 电动机在运转时比较稳定; 并且在采用单片机产生 PWM 脉冲的软件实现上比较方便。
对直流电机转速的控制即可采用开环控制,也可采用闭环控制。与开环控制