实验4 PWM控制直流电机实验

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1、PWM控制直流电机实验实验目的1、熟悉PWM调制的原理和运用。2、熟悉直流电机的工作原理。3、能够读懂和编写直流电机的控制程序。实验器材:电脑。数字综合实验系统HS-EDA5.1试验箱。USB-BLASTER。USB线ISP下载线实验原理：运动控制系统是以机械运动的驱动设备──电机为控制对象，以控制器为核心，以电力电子器件及功率变换装置为执行机构，在自动控制理论的指导下组成的电气传动自动控制系统。这类系统控制电机的转矩、转速和转角，将电能转换为机械能，实现运动控制的运动要求。可以看出，控制技术的

2、发展是通过电机实现系统的要求，电机的进步带来了对驱动和控制的要求。电机的发展和控制、驱动技术的不断成熟，使运动控制经历了不同的发展阶段。1、直流电机的工作原理：直流电机的原理图如下：这是分析直流电机的物理模型图。其中，固定部分有磁铁，这里称作主磁极；固定部分还有电刷。转动部分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组。(其中2个小圆圈是为了方便表示该位置上的导体电势或电流的方向而设置的)。上图表示一台最简单的两极直流电机模型，它的固定部分（定子）上，装设了一对直流励磁的静止的主磁极N和S，在旋转部分（转子

3、）上装设电枢铁心。定子与转子之间有一气隙。在电枢铁心上放置了由A和X两根导体连成的电枢线圈，线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上，此铜片称为换向片。换向片之间互相绝缘，由换向片构成的整体称为换向器。换向器固定在转轴上，换向片与转轴之间亦互相绝缘。在换向片上放置着一对固定不动的电刷B1和B2，当电枢旋转时，电枢线圈通过换向片和电刷与外电路接通。当给电刷加一直流电压，绕组线圈中就有电流流过，由电磁力定律可知导体会受到电磁力作用。导体处于N极下与电刷A接触电流向里流，产生电磁力矩为逆时针；导体处

4、于S极下与电刷B接触电流向外流，产生电磁力矩仍为逆时针。转子在该电磁力矩作用下开始旋转。2、PWM调制原理脉冲宽度调节（PWM）是英文PulseWidthModulation的缩写，简称脉宽调制。它是利用微控制器输出的数字信号来控制模拟电路的ON或OFF，广泛应用于测量，通信，功率控制与变换等许多领域。PWM信号只有两种状态，高电平和低电平，对于一个给定的周期来说，高电平所占的时间和总的一个周期时间之比叫做占空比，电机的速度与施加的平均电压成正比，输出转矩则与电流成正比。直流电机高效运行的最常见

5、方法是施加一个 PWM（脉宽调制）方波，其通-断比率对应于所需速度。即直流电机的转速正比于在一个周期内PWM的电压有效值。电机起到一个低通滤波器作用，将 PWM 信号转换为有效直流电平。PWM 驱动信号很常用，因为使用微处理器的控制器很容易产生 PWM 信号。虽然用精确的脉冲宽度可以调节电机的速度，实际应用中的 PWM 频率却是可变的。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各

6、功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等等。3、直流电机的H型桥式驱动电路：如图1所示，全桥式驱动电路的4只开关管都工作在斩波状态，S1、S2为一组，S3、S4为另一组，两组的状态互补，一组导通则另一组必须关断。当S1、S2导通时，S3、S4关断，电机两端加正向电压，可以实现电机的正转或反转制动；当S3、S4导通时，S1、S2关断，电机两端为反向电压，电机反转或正转制动。实验内容：实验原理图如下：J24跳线闭合则PWM信号输入，9013是直流电

7、机的驱动管，当9013的基极为高电平时，三极管导通，驱动直流电机工作，当基极电压为低电平时，三极管截止，由于惯性，直流电机减速停止，重复一个周期内的高低电平就能够让直流电机一直转动。LED1为红外发射管，D1为红外接收，当D1接收到信号时导通，如果闭合J29，SD5就会输出一个低电平。直流电机的转盘上有一个缺口，当缺口位于对管之间时，SD5为低，可以通过单位时间内对SD5上低电平数目的计数来确定直流电机的速度，也可以通过测量低电平的宽度来确定。实验1：测试直流电机速度状态：实验的程序流程图如下：

8、函数的接口说明：定时器初始化程序：voidinit_timer()；键盘扫描程序：unsignedcharkey_scan();返回的是unsignedchar类型定时器中断函数：voidtimer0()interrupt1硬件说明：在以LCD_1602.POF为驱动下，可以使用两个按键为矩阵键盘中K1和K5；K1、K5对应为单片机的P3^2和P3^3。SD4为单片机的P0^4。实验步骤：1、将PLD程序下载到FPGA配置芯片EPCS4中，PLD的驱动程序的位置在PWM控制直流电机实验PWM