基于单片机控制双闭环直流电机

基于单片机控制双闭环直流电机

[摘要] 本文主要研究了利用MCS-51系列单片机进行双闭环直流电机调速的方法。设计中通过采集转速、电流信号进行A/D转换，并实现PI算法，将PI算法结果用于PWM占空比计算，通过软件方法产生PWM波，PWM波输出后，经光耦驱动电路放大后，用于IGBT的控制，从而实现双极式H型直流机、、电机的调速。

[关键词]： PWM信号; 直流调速; 双闭环; PI运算

Based on single-chip microcomputer control double closed loop dc

motor

Abtract This paper mainly discusses about using MCS - 51 series microcontroller to control DC motor rated speed by double closed-loop. After collecting rated speed and current signal ,using ADC0809 to achieve A/D conversion, and then realize the PI algorithm algorithms, using PI algorithm results to calculate the duty cycle of PWM through the software method to create PWM waves, PWM wave output by light-coupler after driving circuit for amplification, so as to realize the IGBT bipolar contral ,and achieve the type H DC motor speed adjusting. Keywords: PWM signal. Dc speed control. Double closed loop. PI operations

目录

前言 (4)

第一章系统硬件电路的设计 (5)

1.系统方案选择与总体设计 (5)

1.1调速方案的选择 (5)

1.2双闭环直流调速系统电路原图 (6)

1.3双闭环直流调速系统动态数学模型 (6)

1.4数字控制双闭环直流调速系统方图 (7)

1.5数字式双闭环直流调速系统硬件图 (8)

1.6 89S51单片机简介 (9)

2.主电路设计与参数计算 (10)

2.1整流变压器的计算与设计 (10)

2.2开关器件IGBT参数计算与选择 (11)

2.3电阻电容的选择 (11)

2.4整流功率二极管的选择 (11)

2.5平波电抗器的选择与计算 (11)

3.调节器的选择与计算 (12)

3.1确定电流调节器时间常数 (12)

3.2电流调节器结构的选择 (12)

3.3电流调节器参数计算 (13)

3.4确定转速调节器时间常数 (13)

3.5转速调节器结构的选择 (13)

3.6转速调节器参数计算 (14)

4.PWM信号发生电计 (14)

4.1 PWM的基本原理 (14)

4.2 PWM信号发生电路设计 (15)

4.3 PWM发生电路主要芯片工作原理 (16)

5.功率驱动模块及光耦隔离设计 (17)

5.1功率驱动模块 (17)

5.2稳压块LM7915 (18)

6.A/D转换及芯片选择 (19)

6.1芯片ADC0809介绍 (19)

6.2ADC0809引脚及其功能表 (19)

7.测速电机反馈装置 (19)

8.霍尔电流传感器 (19)

9.键盘显示单元 (21)

第二章系统软件程序的设计 (22)

1.主程序设计 (22)

2.中断程序 (23)

3.PI子程序框图 (24)

结束语 (25)

致谢 (26)

参考文献 (27)

第三章程序附录 (28)

引言

直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础早期直流电机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一体，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低成本，从而有效的提高工作效率。

转速、电流双闭环直流调速系统是性能很好、应用很广泛的中小功率直流调速系统。在实际应用系统中，凡是功率在几十KW以下的电力传动系统，基本上都是采用转速、电流双闭环电力的传动系统。直流的调速系统，特别是双闭环直流调速系统是工业生产过程中的应用最广的电气传动装置之一，广泛的应用于轧钢机、冶金、印刷、金属切削机床等许多领域的自动控制系统中。它通常采用三相全控桥式整流电路对电动机进行供电，从而控制电动机的转速，传统的控制系统的运行可靠性及准确性得不到保证，甚至出现事故，直流电动机可逆调速系统数字化已经走向实用化。研究的单片机控制双闭环直流调速系统，是利用大功率电力电子器件实现电能的转换，完成对直流电机的速度控制，可以实现电机速度的可逆运转，实现电机的四象限运行，既有动态响应速度快、输出波形好、装置体积小、电机转速控制平稳、电机调速范围宽等特点，起机械特性的电流断续区很小，输出近似为平行的机械特性曲线。

本设计主电路采用晶闸管三相全控桥整流电路供电方案，控制电路由软件实现系统的功能，取代传统的双闭环调速系统。系统用一台单片机及外部扩展设备代替原模拟系统中调速调节器、电流调节器、触发器、锁零单元和电流自适应调节器等，从而使直流调速系统实现数字化。