pwm控制直流调速系统设计

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1、PWM直流调速系统设计姓名：课题组的分工或贡献：硬件连接课程名称：直流拖动自动控制系统指导教师：2017年6月9PWM控制直流调速系统设计（）摘要：设计一种基于单片机的直流电机调速系统，该系统以基于ARMCortex⁃M3内核的STM32微控制器为核心，利用L298N芯片产生PWM控制信号来控制电机，采用增量式PID算法控制直流电机的起动、制动、正反转和速度调节，简单友好的上位机界面可实时监测电机的实时转速。实验结果表明，该系统具有稳态误差小，控制精度高，响应速度快，能耗低、效率高等优点。前言：直流调速系统广泛应用于低转速、高精度等各领域，如精密办公设备（喷墨打印机、激光打印机），自

2、动售货机，家用电器、机器人和玩具设备等。其发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。顺应调速系统智能化、简单化的发展趋势，本设计采用一款性价比高、功耗低的基于ARMCortex⁃M3内核的STM32单片机为控制核心，结合PID控制技术，实现了直流电机范围大、精度高的调速性能。1系统总体设计本设计选择高性价比ARM微处理器STM32作为调速系统的核心控制器,系统增加了键盘、液晶屏LCD等外围功能器件,选用L298N芯片作为直流电机驱动,应用增量式PID控制实现了电机的PWM闭环调速。系统总体结构如图1所示。从结构上看,可以认

3、为是一个闭环调速系统。其工作原理为:光电码盘将测得的电机转速信号变成电信号反馈给STM32单片机。通过按键使单片机系统自行给定转速。系统根据给定的电机转速信号与反馈速度信号比较,得出偏差,经过PID运算得出控制变量改变PWM波占空比,也就是改变了直流电机电枢两端的平均电压,进而调节的电机的转速,实现了STM32单片机对直流电机的PWM闭环脉宽调速。图1系统总体结构图2硬件电路设计元件清单9器件种类型号个数单片机STM32F103VET61个按键4*4矩阵键盘1个液晶显示屏LCD12061个电机驱动L298N1个整流桥2W101个变压器220V/12V1个三端稳压集成电路LM78051

4、个LM78121个电容1000µF1个470µF1个220µF1个开关6A125V1个带光电编码器的电机1个发光二极管1个熔断器220V2个电位器33621个排针及排线若干插头及电源线1个1.1电源模块本设计将220V交流电经变压器和整流桥变成12V直流电和5V直流电。12V给L298N驱动电路供电，5V给STM32主控芯片和光电门编码器供电。91.1矩阵键盘模块通过矩阵键盘输入速度，使STM32获得设定的速度。1.2液晶显示模块通过LCD1602液晶显示模块显示实时速度和设定的速度。通过对滑动变阻器的调节可以调节LCD的亮度调节。91.1蓝牙模块通过STM32的串口模块连接蓝牙，可

5、以实现通过手机软件设定速度来调节电机。1.2电机驱动模块本设计采用L298N模块驱动电机。本模块是2路的H桥驱动，所以可以同时驱动两个电机，使能端ENAENB接STM32单片机的PWM输出信号，STM32接L298N的IN1IN2输入端驱动电机1的方向；STM32接L298N的IN3IN4输入端驱动电机2的方向。输出OUT1和OUT2接电机1来控制电机的转速和方向，输出OUT3和OUT4接电机2来控制电机的转速和方向。若要对直流电机进行PWM调速，需设置IN1和IN2，确定电机的转动方向，然后对使能端输出PWM脉冲，即可实现调速。注意当使能信号为0时，电机处于自由停止状态；当使能信号

6、为1，且IN1和IN2为00或11时，电机处于制动状态，阻止电机转动。ENAIN1IN2直流电机状态0XX停止100制动101正转110反转111制动L298N原理图如图所示L298N电路图如图所示1.3电机本次项目，电机为自行购买。采用双电机做成小车形式，可以实现小车的加速、减速、9前进、后退、转弯等设定的行动指令。1.1光电门编码器用来通过脉冲测速。4根接线，其中2根为电源的正负接线，供电电压为5V。另外2根为信号线，输出方波信号，相位相差90°，可以直接被单片机捕捉到。通过检测上升沿可以测得正转和反转。通过一个周期测得的脉冲数M,使用M测速法，根据n=60MZTc将速度计算出来

7、。1.2STM32单片机本系统采用STM32F103作为核心控制器。控制电路以STM32F103为核心的最小系统包括STM32主芯片、时钟电路、复位电路、USART串口、JTAG调试接口电路、电源等。利用STM32产生设定周期PWM波形，作为速度的给定值，同时通过位置检测来测算出电机真实速度值，对真实速度和给定速度值做差，确定电机的超调量，通过脉宽调制来改变波形的占空比，来改变电机的转速。按键可以通过键入设定速度，使单片机获得电机的理想速度。电源模块给单片