直流电机pwm调速研究及单片机控制实现

《直流电机pwm调速研究及单片机控制实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、自动控制机机电工程技术电工程技术2008年第37卷第11期直流电机PWM调速研究及单片机控制实现王苏（武汉理工大学机电工程学院，湖北武汉430070）摘要：论述了直流电机PWM调速原理，详细介绍了以MCS51单片机为核心的控制系统实现方法。直流电机的控制部分采用全桥的场效应管IRF功率开关元件，单片机实现对功率开关元件的PWM导通控制、设定速度并显示以及接收电机转速反馈编码器信号。关键词：直流电机；PWM；单片机中图分类号：TM33文献标识码：A文章编号：1009－9492(2008)11－0082－031引言在目前的传动系统中，尽管交流电机在调速控制领域取得了飞速的发展，在

2、许多领域取代了直流电机，但直流电机在起动、制动和调速方面，以及在只有直流电源的场合的应用优势，使直流电机仍然具有广泛的应用。传统的直流电机调速方法很多，如调压调速、弱磁调速等［1］，它们存在着调速响应慢、精度差、调速装置复杂的缺点，目前随着电力开关半导体器件的发展，直流电机脉宽调制（PWM）直流调速技术得到了飞速发展，它具有的调速精图1PWM调速控制输出电压波形度高、响应速度快、调速范围宽和耗损低等特点，使之成为直流电机应用的主要调速方式。值，从而改变直流电动机电枢两端电压。2PWM直流调速原理U＝t1·U＝t1·U＝α·U（α：占空比，0燮α燮1）0ddTdTTPWM调速方

3、法通常采用功率场效应管作为主开关元t1＋t2T件，通过改变开关元件的导通方式及通断比来改变输出电3PWM控制系统硬件组成压的大小与极性。当开关管的栅极输入高电平时，开关管系统要求电机能按照设定值运转，并能实现正反转导通，直流电动机直流绕组两端有电压Ud。t1（s）后，栅控制，同时电机的转速能通过编码器反馈给单片机，实极输入低电平，开关管截止，电动机电枢两端电压为零。现速度的闭环控制。根据直流电机的PWM控制要求，控t（s）后，栅极输出重新变为高电平。开关管重复前面的制系统的硬件部分主要包括［2］直流电机功率驱动、电机2工作，这样，对应着输入电平的高低，直流电动机电枢绕轴位置检

4、测反馈、LED数码管显示以及操作按键等几个组两端的电压波形如图1所示。部分。在PWM调速系统中，在电源电压Ud不变的情况下，3．1直流电机功率驱动电路电枢端电压的平均值U取决于占空比的大小，即改变占直流电机功率驱动采用IRF520N－Channel［3］功率场0空比的值可以改变电枢端电压的平均值，从而达到调速的效应管（9．2A、100V，RDS（ON）＝0．27Ω）。具体电路如图2目的。一般可以采用定宽调频、调宽调频、定频调宽三种所示。方法改变占空比的值，但是前两种方法在调速时改变了控图2中，场效应管的驱动采用了光电隔离将直流电机制脉宽的周期，当控制脉冲的频率与系统的固有频率

5、接近的工作电源与单片机系统的工作电源隔离开来，提高了系时将会引起振荡，因此常采用定频调宽法改变占空比的统的可靠性；采用4个功率场效应管组成的全桥电路，方收稿日期：2008－05－1582机机电工程技术电工程技术2008年第37卷第11期自动控制图2直流电机功率驱动电路便了直流电机的正反转控制，在电机换向控制时要注意一DOWN键同时按下表示在当前速度下电机转动方向改变。组管子关断后另一组才能导通，避免同侧管子同时导通造设定速度和电机当前速度显示由LED数码管完成，成短路而烧毁场效应管；桥路中的二极管为续流二极管，系统设置4个七段数码管，有一片4511BCD－七段显示为场效应管提

6、供保护，改善了电机的电流特性。3．2电机轴转速检测反馈电路系统中利用增量式光电编码器检测直流电机的实际转速，光电编码器信号一般有VCC、GND、A、B和Z，这里只连接电源和A信号，作为直流电机轴的位置和速度信号反馈。编码器反馈的脉冲信号经过光电耦合器对编码器内部的OC输出信号加上拉电阻（图3中R10），经过光电耦合器后信号经过RC滤波后送给单片机的外部中断INT0，在INT0的中断服务程序中对直流电机的转速进行检测，实现速度反馈。图3电机转速反馈电路3．3按键操作和LED数码管显示电路按键操作设置10个数字键，用于直接输入电机需要译码完成数码管段驱动，由单片机P0口的低4位输

7、出要的转速，设置SPEEDUP和SPEEDDOWN键用于在当前显示的BCD码，由P0口高4位对数码管进行位控制，转速的基础上连续增加或减少转速，电机旋转方向的改变实现四个数码管的动态显示。按键和数码管显示电路如通过组合按键实现，比如本系统中当SPEEDUP和SPEED图4所示。图4按键和LED数码管显示电路83自动控制机机电工程技术电工程技术2008年第37卷第11期所以分配两个单元；5）PID运算输出T1计数初值结果：T1采用16位定时器，分配两个单元。定时器初始化，两个定时器采用16位定时方式1，其