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《直流电机控制系统的设计【文献综述】》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、毕业论文文献综述电子信息工程直流电机控制系统的设计随着人们对控制系统的要求越来越高,电机调速成了人们研究的课题,现在对于普通直流电机的调速已经有了一些比较成熟的方法。直流电动机转速的控制方法可分为两类励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法控制磁通,其控制功率虽然小,但低速时受到磁饱和的限制,高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制,而且由于励磁线圈电感较大,动态响应较差,所以使用较少。电枢电压控制法总体上可以分为两种,一种是调节电压,一种是调节电流.传统的调速系统是用模拟电子电路来实现的,这种电路虽然响应快,
2、但是灵活性较差,维修复杂。单片机作为一种可编程控制器技术上已经比较成熟。通过单片机对普通直流电机进行调速的系统已经存在。单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点[1]。一、研究背景及动态起先的电机电枢电压调节法采用串联电阻调速法,这种方法耗能大、且调速不太平稳,逐渐被其他调速装置代替[2]。以后又出现了晶闸管、MOSFET,IGBT等为主控元件的调速装置。电子技术的高速发展,促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变,特别是单片机技术的应用,使直流电机调速技术进入一个新的
3、阶段。传统的晶闸管直流调速系统控制回路的硬件设备极其复杂,安装调试困难,相对故障率较高,维修比较困难。而采用单片机控制的电机调速系统,其控制方案是依靠软件实现的,控制器由可编程功能模块组成,配置和参数调整简单方便,工作稳定[3]。直流电动机转速的控制方法可分为两类：励磁控制法和电枢电压控制法。常用的控制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制法，调节电阻R即可改变端电压，达到调速目的，但这种传统的调压调速方法效率低。随着电力电子技术的发展，创新了许多新的电枢电压控制方法。其中PWM（脉宽调制）是常用的一种调速方
4、法。脉宽调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法,它不仅容易由软件来实现,而且从处理器到被控制信号都是数字形式无需数模转化,加上PWM对噪声的抵抗能力强。使得PWM成为目前电机调速的主要方法[4]。PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法[5]。二、方案分析1.基于FPGA直流电机PWM控制系统FPGA转速显示驱动电路直流电机串口通信键盘控制转速测量图2-1基于FPGA的直流电机PWM控制系统框架基于FPGA的直流电机PWM控制系统是以
5、FPGA芯片为控制核心，通过按键设定电机速度和PWM占空比，由FPGA的I/O口控制直流电机驱动芯片驱动直流电机的转动。转速的测量由码盘完成，速度显示由数码管来实现。如图2-1所示基于FPGA的直流电机PWM控制系统分：转速调节模块，脉宽调制（PWM）模块，速度检测模块，串行通信模块。由于FPGA具有灵活的编程功能，能实时方便地实现复杂的控制算法，从而提高了控制性能；还可将大量的裸机控制功能和外围接口电路集成在芯片中，进而提高了运动控制器的可靠性和稳定性；同时，因为FPGA具有在现场可重构的特性，保证了所设计
6、的电机控制模块具有良好的开放性，也大大方便了系统的设计和调试。所设计的控制模块兼具体积小、使用灵活、实时性强、调速范围宽、可靠性高等优点。2.基于单片机的PWM直流电机控制系统如图2-2所示，就是一个基本的基于单片机PWM的直流电机控制系统框图。由单片机产生一个PWM脉冲来驱动SPGT62C19B芯片，进而控制直流电机的转速，并由转速测量装置把电机的转速反馈到单片机并在显示器上显示出来，通过按键控制单机输出的PWM脉冲，从而一步一步向预期转速靠近。显示单片机PWM按键驱动装置SPGT62C19B直流电机转速测
7、量装置直流电源图2-1PMW直流电机控制系统三、评述脉宽调制本质上是一种电压调速,它结合其他元件改变电机电枢在一定周期内的导通时间,调节电机两端的平均电压,达到调节电机速度的目的。采用脉宽调制控制电机电枢的通断与串电阻调节法相比,减少了电能在电阻中的损耗,能够节约能源。在硬件电路的搭建上面,一般采用闭环控制方式。通过两个定时器对电机的转速进行测量,由于51单片机的定时器只有两个,需要通过程序或结合其他外设来产生控制脉冲,当然也可以采用52单片机。用单纯程序来改变脉冲输出的频率,其中延时的长短是动态的,软件法在
8、电动机控制中,要不停地产生控制脉冲,占用了大量的CPU时间。所以一般结合定时器来产生脉冲[6]。当要求控制脉冲频率较高时候,还需要外加一些模块来产生PWM,比如PWM波形发生器。在自动调速的算法上一般采用PID算法,通过目标量与检测量进行比较,再由算法来调制脉宽[7]。四、结论脉宽调制调速法突破传统的串电阻调速,节省了电能。单片机来实现电机调速为电机调速提供了新的方法[3]。它虽然没有传统的模拟数字
