直流电机PWM调速与控制设计报告.doc

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1、综合设计报告单位：自动化学院学生姓名：专业：测控技术和仪器班级：0820801学号：指导老师：成绩：设计时间：2011年12月重庆邮电大学自动化学院制一、题目直流电机调速和控制系统设计。二、技术要求设计直流电机调速和控制系统，要求如下：1、学习直流电机调速和控制的基本原理；2、了解直流电机速度脉冲检测原理；3、利用51单片机和合适的电机驱动芯片设计控制器及速度检测电路；4、使用C语言编写控制程序，通过实时串口能够完成和上位机的通信；5、选择合适控制平台，绘制系统的组建结构图，给出完整的设计流程图。6、要求

2、电机能实现正反转控制；7、系统具有实时显示电机速度功能；8、电机的设定速度由电位器输入；9、电机的速度调节误差应在允许的误差范围内。三、给定条件1、《直流电机驱动原理》，《单片机原理及接口技术》等参考资料；2、电阻、电容等各种分离元件、IC、直流电机、电源等；3、STC12C5A60S2单片机、LM298以及PC机；四、设计1.确定总体方案；2.画出系统结构图；3.选择以电机控制芯片和单片机及速度检测电路，设计硬件电路；4.设计串口及通信程序，完成和上位机的通信；5.画出程序流程图并编写调试代码，完成报告

3、；直流电机调速和控制摘要：当今社会，电动机作为最主要的机电能量转换装置，其使用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产，交通运输，国防，航空航天，医疗卫生，商务和办公设备中，还是在日常生活的家用电器和消费电子产品（如电冰箱，空调，DVD等）中，都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示，在所有动力资源中，百分之九十以上来自电动机。同样，我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机和人的生活息息相关，密不可分。电气时代，电动机的调速控制一般采用模拟法、PID控制等，对电动机的简单

4、控制使用比较多。简单控制是指对电动机进行启动，制动，正反转控制和顺序控制。这类控制可通过继电器，光耦、可编程控制器和开关元件来实现。还有一类控制叫复杂控制，是指对电动机的转速，转角，转矩，电压，电流，功率等物理量进行控制。本电机控制系统基于51内核的单片机设计，采用LM298直流电机驱动器，利用PWM脉宽调制控制电机，并通过光耦管测速，经单片机I/O口定时采样，最后通过闭环反馈控制系统实现电机转速的精确控制，其中电机的设定速度由电位器经A/D通过输入，系统的状显示和控制由上位机实现。经过设计和调试，本控制

5、系统能实现电机转速较小误差的控制，系统具有上位机显示转速和控制电机开启、停止和正反转等功能。具有一定的实际使用意义。关键字：直流电机、反馈控制、51内核、PWM脉宽调制、LM298一、系统原理及功能概述1、系统设计原理本电机控制系统采用基于51内核的单片机设计，主要用于电机的测速和转速控制，硬件方面设计有可调电源模块，串口电路模块、电机测速模块、速度脉冲信号调理电路模块、直流电机驱动模块等电路；软件方面采用基于C语言的编程语言，能实现系统和上位机的通信，并实时显示电机的转速和控制电机的运行状态，如开启、停

6、止、正反转等。单片机选用了51升级系列的STC12c5a60s2作为主控制器，该芯片完全兼容之前较低版本的所有51指令，同时它还自带2路PWM控制器、2个定时器、2个串行口支持独立的波特率发生器、3路可编程时钟输出、8路10位AD转换器、一个SPI接口等，能非常方便的满足本次电机控制的需求，其PWM端口用于输出一定频率且脉宽可调的PWM波用于控制电机转速，单片机自带的A/D端口作为设定速度的模拟信号输入口，定时器用于串口通信和速度的定时采样以及上位机的定时显示等。系统的电机驱动单元选择了LM298N大功率

7、驱动芯片，再利用TLP521光耦合器和整流二极管设计的驱动电路能实现电器隔离和控制，能提高控制效率和精度极大减少了挠动干扰，而且可以实现电机的正反装和刹车功能。系统测速模块基于槽型光耦GK105设计，将电机的转速转换成不同频率的脉冲信号，在经过基于LM324的电压比较器和74HC573锁存器进行信号波形的整形，最后通过检测单片机的I/O口的脉冲实现速度的测量。1．1直流电机基本工作原理图1.1直流电机的基本结够图1．2直流电机调速原理直流电机转速n的表达式为:(1-1)式中:U-电枢端电压；I-电枢电流；

8、R-电枢电路总电阻；Φ-每极磁通量；K-和电机结构有关的常数，因此直流电机转速n的控制方法有三种，主要以调压调速为主。本控制器主要通过脉宽调制PWM来控制电动机电枢电压，实现调速。调脉宽的方式有三种：定频调宽、定宽调频和调宽调频。本系统采用了定频调脉宽方式的PWM控制，因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；并且在采用单片机产生PWM脉冲的软件实现上比较方便。对直流电机转速的控制即可采用开环控制,也可采用闭环控制。和开环控制