双闭环直流电动机数字调速系统设计

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1、自动化与电子工程学院计算机控制技术课程设计报告课程名称：双闭环直流电动机数字调速系统设计学院：专业班级：学生姓名：完成时间：报告成绩：评阅意见：评阅教师日期计算机控制技术课程设计任务书题目：双闭环直流电动机数字调速系统设计主要技术数据和设计要求主要技术数据：直流电动机（对象）的主要技术参数如下：直流电动机Z2-41型Ped=3kWUed=220vIed=17.3ned=1500r/min电枢回路总电阻R=2.50欧姆电动机回路电磁时间常数TL=0.017s电动机机电时间常数TM=0.076s电动机电势常数Ce=0.1352V/r·min)晶闸管装置放大倍数Ks=30品闸管整流电路

2、滞后时间Ts=0.0017s主要技术指标：速度调节范围0-1500r/min，速度控制精度0.1%（额定转速时），电流过载倍数为1.5倍。主要要求：直流电动机的控制电源采用PWM控制方式，应采用专用PWM控制集成电路，在其输入电压为0-5伏时可以输出0-264伏电压，为电机提供最大25安培输出电流。不考虑电源的滞后时间。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

3、要求采用51内核的单片机实现控制。设计步骤一、总体方案设计二、控制系统的建模和数字控制器设计三、硬件的设计和实现1.选择计算机机型（采用51内核的单片机）；2.设计支持计算机工作的外围电路（EPROM、RAM、I/O端口等）；3.设计键盘、显示接口电路4.设计输入输出通道（速度反馈、电流反馈电路、输出驱动电路等）；四、软件设计1．分配系统资源，编写系统初始化和主程序模块；2．编写数字调节器软件模块；3．编写A/D转换器处理程序模块；五、编写课程设计说明书，绘制完整的系统电路图。目录第一章系统硬件电路设计5第一节系统总体设计51.1系统方案选择与总体结构设计51.1.2双闭环直流调

4、速系统电路原理61.1.3双闭环直流调速系统动态数学模型71.1.4数字控制双闭环直流调速系统方框图81.1.5数字式双闭环直流调速系统硬件结构图81.1.6单片机简介9第二节主电路的设计及参数计算111.2.1整流变压器的计算与设计111.2.2开关器件IGBT参数计算与选择111.2.3电阻、电容的选择111.2.4整流功率二极管的选择111.2.5平波电抗器的选择及计算121.2.6快速熔断器的选择及计算12第三节调节器的选择与计算131.3.1确定电流调节器时间常数131.3.2电流调节器结构的选择131.3.3电流调节器参数计算131.3.4确定转速调节器时间常数141

5、.3.5转速调节器结构的选择141.3.6转速调节器参数计算14第四节PWM信号发生电路设计151.4.1PWM控制器设计151.4.2驱动电路设计181.4.3转速检测电路设计181.4.5A/D转化及芯片选择211.4.6键盘显示单元221.4.7泵生限制电路设计241.4.8制动控制单元设计251.4.9泵升电压控制电路261.4.10故障检测电路设计27第二章系统软件程序设计29第一节主程序设计292.1.1程序流程图292.1.2主程序30第二节中断子程序流程图31第三节PI控制子程序设计31第四节PWM程序设计33第五节M法数字测速及动态LED显示程序设计342.5.

6、1电机测速计程序35第六节A/D转换程序39第七节故障保护程序设计402.7.1故障保护程序：402.7.2故障流程图42第三章系统MATLAB仿真43第一节系统的建模与参数设置433.1.1直流电动机的数学模型433.1.2转速电流双闭环调速系统的数学模型433.1.3建立仿真模型44第二节仿真结果453.2.1仿真波形45结论46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

7、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LE