PWM控制电机调速系统.doc

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1、.摘要：提出一个基于PWM控制的直流电机控制系统，从硬件电路和软件设计两方面进行系统设计，介绍了调速系统的整体设计思路、硬件电路和控制算法。下位机采用MPC82G516实现硬件PWM的输出，从而控制电机的电枢电压，并显示电机调速结果。上位机采用LABVIEW软件，实现实时跟踪与显示。最后对控制系统进行实验，并对数据进行分析，结果表明该系统调速时间短，稳定性能好，具有较好的控制效果。随着计算机控制技术的发展，微处理器已经广泛使用于直流传动系统，实现了全数字化控制。电机采用微处理器控制的电压、电流、转矩、转速、转角等，实现全数字直流调速，控制精度、可靠性、稳定性、

2、电机的性能得到提高。目前，PWM调速成为电机调速的新方式，并凭借开关频率高、低速运行稳定、动态[1-6][5-6]性能优良、效率高等优点，在电机调速中被普遍运用。但很多文献提到的PWM信号，多采用软件PWM调速，即通过单片机的中断实现，缺点是占系统资源，易受系统中断影响和干扰，造成系统不稳定。本文将针对这一点，设计一种基于硬件PWM控制，调速时间更短的电机调速系统，并具有较好的稳定性能。一、电机控制系统的整体设计1.1系统整体设计原理图系统整体设计如图1所示，主要原理框图包括：LCD显示、按盘输入、测速模块、PWM调速模块四部分。电路原理图如图2所示：图1.页

3、脚.图21.2PWM信号PWM信号的产生采用硬件PWM信号，即不采用中断实现PWM信号，而是利用单片机MPC82G516的PCA模式，PCA设置成PWM模式直接产生PWM信号。频率取决于PCA定时器的时钟源，占空比取决于模块捕获寄存器CCAPNL与扩展的第9位ECAPNL的值。由于使用9位比较，输出占空比可以真正实现0%到100%可调，占空比计算公式为:占空比=1-{ECAPnH，[CCAPnH]}/256在电源电压Ud不变的情况下，电枢端电压的平均值取决于占空比η的大小。通过改变η的值可以改变电枢端电压的平均值，从而达到调速的目的。1.3测速模块测速模块采用

4、自带霍尔传感器并具有整形功能的直流电机调速板J1，该模块能实现电机正反转、测速、调速功能，并自带整形芯片，调试效果较好。通过霍尔传感器把测速脉冲信号送单片机P3.2，由单片机P1.0送到测速模块第5脚，控制电机正反转。PWM信号由P1.2送到测速模块第3脚，实现电机的调速。1.4I/O接口电路.页脚.输入模块采用4个按键S1、S2、S3、S4，接在单片机P1.4、P1.5、P1.6、P1.7，分别实现启动、加速、扩展功能、减速功能。电机正反转控制由P1.0送到测速模块第1脚。输出显示模块采用LCD1602，是一种内置8192个16*16点汉字库和128个16*

5、8点ASCII字符集图形点阵液晶显示器，它主要由行驱动器/列驱动器及128×32全点阵液晶显示器组成，可完成图形显示，也可以显示7.5×2个(16×16点阵)汉字，与外部CPU接口采用并行或串行方式控制。二、电机调速系统的软件设计2.1程序流程图当系统启动后，单片机进行初始化设置，单片机检测是否有键按下，再执行按键子程序，读取键值，调用中断，主单片机将传感器输入的信号进行计算，控制PWM的输出，从而控制电机的转速，依次循环使电机趋于稳定值。系统主程序框图如图3所示。.页脚.图32.2上位机软件系统由计算机控制单片机，从而控制直流电机的速度，PC机做为上位机，单

6、片机作为下位机。为了便于查询和保存数据以及通过PC机调直流电机速度。上位机采用美国NI公司LabVIEW软件。LabVIEW是一种图形编程语言，通常称为G语言，具有开放的环境，能和第系统通过PC机与单片机串口实现三方软件轻松连接通讯，构成一个数据采集系统。4为LabVIEW软件程图序框图。图4三、系统测试与分析PWM信号的输出，实现对直流电机转速进行控制的方法。利用上位机LabVIEW软件，可得到电机调速结果。图5为电机空载情况下的调速结果，测量数据结果如表1。.页脚.图5数据分析：启动段，电机转速从零上升到53r/s，只需用6s，并很快趋于稳定；加速段，电机

7、转速从53r/s上升到86r/s，只需用5s，并很快趋于稳定；减速段，电机转速从86r/s下降到53r/s，只需用7s，并很快趋于稳定。从数据中看出，通过PWM调速，电机转速变化至稳定，若不考虑按钮灵敏度，基本保持在5s左右，并能很快趋于稳定，较好地满足设计要求。四、PWM调速程序介绍.页脚.PWM调速通过改变一定频率方波脉冲的占空比来改变电机速度，本设计脉冲周期恒定,本设计通过把方波分成160份，改变高低脉冲的份数来改变PWM的波形，单片机PWM调速的程序代码如下所示：void control() {   EA=1;     while(1)  {    i

8、f(a>=150)