直流电机转速计算机控制系统设计

计算机控制技术课程设计（论文）题目：直流电机转速控制系统设计

院（系）：电气工程学院

专业班级：自动化

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课程设计（论文）任务及评语

院（系）：电气工程学院教研室：自动化

摘要

在运动控制系统中，电机转速控制占有至关重要的作用，其控制算法和手段有很多，模拟PID控制是最早发展起来的控制策略之一，长期以来形成了典型的结构，并且参数整定方便，能够满足一般控制的要求，但由于在模拟PID控制系统中，参数一旦整定好后，在整个控制过程中都是固定不变的，而在实际中，由于现场的系统参数、温度等条件发生变化，使系统很难达到最佳的控制效果，因此采用模拟PID 控制器难以获得满意的控制效果。随着计算机技术与智能控制理论的发展，数字PID 技术渐渐发展起来，它不仅能够实现模拟PID所完成的控制任务，而且具备控制算法灵活、可靠性高等优点，应用面越来越广。

本文章介绍了由51单片机以及直流电机、矩阵键盘、LCD和传感器构成的转速闭环控制系统。其中传感器负责对电机转速进行测量，并将测量的结果反馈给控制中心，并由控制中心将之与设定值进行比较得到偏差，再由偏差产生直接控制作用去消除偏差。文章不但介绍了基于单片机的转速控制系统的软件设计，还涉及了硬件设计方法。文中介绍系统不但可以实现手动控制，还有无人值守，自动调速功能。

关键词：直流电机闭环控制单片机矩阵键盘LCD

目录

第1章绪论 (1)

第2章课程设计的方案 (2)

2.1概述 (2)

2.2系统组成总体结构 (2)

第3章硬件设计 (3)

3.1控制器 (3)

3.2测速发电机 (3)

3.3A/D转换和D/A转换器 (3)

3.4晶闸管整流控压 (3)

3.5键盘模块 (5)

3.6显示器 (5)

3.7整体结构原理图 (6)

第4章软件设计 (7)

4.1主流程设计 (7)

4.2按键功能部分 (8)

4.3PID控制部分 (8)

4.4参数确认 (9)

4.5LCD显示部分 (10)

第5章实验试验结果 (11)

第6章课程设计总结 (12)

参考文献 (13)

部分程序 (14)

第1章绪论

直流电气传动系统中需要有专门的可控直流电源，常用的可控直流电源有以下几种:第一，最初的直流调速系统是采用恒定的直流电压向直流电动机电枢供电，通过改变电枢回路中的电阻来实现调速。这种方法简单易行，设备制造方便，价格低廉。但缺点是效率低、不能在较宽范围内平滑调速，所以目前极少采用。第二，三十年代末，出现了发电机—电动机(也称为旋转变流组)，配合采用磁放大器、电机扩大机、闸流管等控制器件，可获得优良的调速性能，如有较宽的调速范围(十比一至数十比一)、较小的转速变化率和调速平滑等。特别是当电动机减速时，可以通过发电机非常容易地将电动机轴上的飞轮惯量反馈给电网，这样，一方面可得到平滑的制动特性，另一方面又可减少能量的损耗，提高效率。但发电机—电动机调速系统的主要缺点是需要增加两台与调速电动机相当的旋转电机和一些辅助励磁设备，因而体积设备较多、体积大、费用高、效率低、安装需要地基、运行有噪声、维修困难等。第三，自出现汞弧变流器后，利用汞弧变流器代替上述发电机—电动机系统，使调速性能指标又进一步提高。特别是它的系统快速响应性是发电机—电动机系统不能比拟的。但是汞弧变流器仍存在一些缺点:维修还是不太方便，特别是水银蒸汽对维护人员会造成一定的危害等。第四，1957年，世界上出现了第一只晶闸管，与其它变流元件相比，晶闸管具有许多独特的优越性，因而晶闸管直流调速系统立即显示出强大的生命力。由于它具有体积小、响应快、工作可靠、寿命长、维修简便等一系列优点，采用晶闸管供电，不仅使直流调速系统经济指标上和可靠性有所提高，而且在技术性能上也显示出很大的优越性。晶闸管变流装置的放大倍数在10000以上，比机组(放大倍数10)高1000倍，比汞弧变流器(1000)高10倍;在快速响应性上，机组是秒级，而晶闸管变流装置为毫秒级。因此，目前在直流调速系统中，除某些特大容量的设备而且供电电路容量较小的情况下，仍有采用机组供电、晶闸管励磁系统以外，几乎绝大部分都已改用晶闸管相控整流供电了。

随着微电子技术的发展，微机功能的不断提高以及电力电子、计算机控制技术的发展，电气传动领域出现了以微机为核心的数字控制系统。计算机的发展可以使复杂的控制规律较方便的实现，以计算机为核心的数字控制技术成为自控领域的主流，也给直流电气传动的发展注入了新的活力，使电气传动进入了更新的发展阶段。

第2章课程设计的方案

2.1概述

本次设计主要是综合应用所学知识，设计直流电机转速控制系统设计，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。能够较全面地巩固和应用“微型计算机控制技术”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握小型控制系统设计的基本方法。

2.2系统组成总体结构

图2.2是基于单片机的转速控制系统的基本组成方框。主要由测速发电机，电机，矩阵键盘，LCD（12864），单片机（89C51）组成。测速发电机输出电压的大小反映机械转速的高低，并将该模拟量入如A/D转换器，转换成数字信号给单片机。单片机89C51是该系统的核心部分，一方面负责计算电机的转速，另一方面将计算得到的转速与设定转速相比较，经过计算处理，得到相应的控制信号，并用该信号传入D/A转换器，再传入晶闸管调压器控制控制电压从而控制电机转速。通过键盘可以设定工作模式（通过输入设定转速，单片机自动控制电机转速，使其接近设定值）设定转速。由单片机检测哪一个按键按下，实现设定值的修改，并通过LCD实时显示设定值以及测得转速。

图2.2系统框图