基于单片机的直流电机闭环调速系统的设计-精品Word下载.doc

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系名：

专业：

指导教师：

2012年6月

基于单片机的直流电机闭环调速系统的设计

摘要：

在运动控制系统中，电机转速控制占有至关重要的作用，其控制算法和手段有很多，模拟PID控制是最早发展起来的控制策略之一，长期以来形成了典型的结构，并且参数整定方便，能够满足一般控制的要求，但由于在模拟PID控制系统中，参数一旦整定好后，在整个控制过程中都是固定不变的，而在实际中，由于现场的系统参数、温度等条件发生变化，使系统很难达到最佳的控制效果，因此采用模拟PID控制器难以获得满意的控制效果。

随着计算机技术与智能控制理论的发展，数字PID技术渐渐发展起来，它不仅能够实现模拟PID所完成的控制任务，而且具备控制算法灵活、可靠性高等优点，应用面越来越广。

本设计以上面提到的数字PID为基本控制算法，以AT89S51单片机为控制核心，产生占空比受数字PID算法控制的PWM脉冲实现对直流电机转速的控制。

同时利用霍尔传感器将电机速度转换成脉冲频率反馈到单片机中，实现转速闭环控制，达到转速检测目的。

在系统中采用LCD1602显示器作为显示部件，通过5个按键来实现正反转和加减速控制，启动后可以通过显示部件了解电机当前的转速。

电机驱动部分采用的是专门的驱动芯片来实现正反转控制。

关键词：

数字PID,PWM脉冲,直流电机

DCmotorclosed-loopspeedcontrolsystembasedonsingle-chipdesign

Abstract：

Inthemotioncontrolsystem,thecontrolofelectromotor'

srotatespeedisofgreatimportance,therearealotofspeedcontrolarithmeticsandmethods,theanalogPIDcontrolisoneoftheearliestdevelopedcontrolpolicieswhichhasformedtypicalstructure,itsparametricsettingisconvenientandit'

seasytomeetnormalcontrol'

sdemand,butasthewholecontrolprocessisfixedoncetheparameterhasbeensetwhilepracticallythechangesofthoseconditionslikethesystemparametersandtemperatureoftheenvironmentprohibitthesystemfromreachingitsbestcontroleffect,sotheanalogPIDcontrollerbarelyhassatisfiedeffect.Withthedevelopmentofcomputertechnologyandintelligentcontroltheory,thedigitalPIDtechnologyisthrivingwhichcanachievetheanalogPID'

scontroltasksandconsistsofmanyadvantageslikeflexiblecontrolarithmeticsandhighreliability,itiswidelyusednow.

ThisdesignisbasedonthedigitalPIDmentionedaboveasbasiccontrolarithmeticandAT89S51SCMascontrolcore,thesystemproducesPWMimpulsewhosedutyratioiscontrolledbydigitalPIDarithmetictomakesuretherunningofdirectcurrentmachine'

srotatespeed.AtthesametimeusingHolzersensorswillbeconvertedintopulsefrequencymotorspeedfeedbacktotheMCU,realizethespeedclosed-loopcontrol,toachievespeeddetection.InasystememployingaLCD1602monitorasadisplaypart,throughthe5keystoachievepositiveandaccelerationdecelerationcontrol,canstartthedisplaypartunderstandingthemotorcurrentspeed.Themotordrivepartisusedinspecializeddrivechiptoachievepositivecontrol.

Keywords:

digitalPID,PWMimpulse,DCmotor

目录

1引言…………………………………………………………………………………………1

2PID算法及PWM控制技术简介……………………………………………………………2

2.1PID算法…………………………………………………………………………………2

2.1.1模拟PID………………………………………………………………………………2

2.1.2数字PID………………………………………………………………………………3

2.1.3数字PID参数整定方法………………………………………………………………5

2.2PWM脉冲控制技术………………………………………………………………………9

2.2.1PWM控制的基本原理…………………………………………………………………9

2.2.2直流电机的PWM控制技术……………………………………………………………10

3硬件电路设计部分………………………………………………………………………12

3.1系统设计方案…………………………………………………………………………12

3.2控制器模块设计方案…………………………………………………………………12

3.3电机驱动模块设计方案………………………………………………………………12

3.4电源模块设计方案……………………………………………………………………13

3.5速度采集设计模块……………………………………………………………………14

3.6显示模块设计方案……………………………………………………………………14

3.6.1引脚分布和接口信号说明…………………………………………………………14

3.6.2LCD液晶电路………………………………………………………………………15

4软件设计部分……………………………………………………………………………17

4.1驱动电力程序流程……………………………………………………………………17

4.2直流电机的中断键盘控制模块………………………………………………………17

4.2.1外部中断设置………………………………………………………………………17

4.2.2外部中断扩展………………………………………………………………………18

4.3显示程序流程图………………………………………………………………………20

5系统功能调试……………………………………………………………………………21

5.1PROTEUS使用…………………………………………………………………………21

5.2电路仿真………………………………………………………………………………22

第Ⅰ页共Ⅱ页

6结论………………………………………………………………………………………25

附录A系统总电路图………………………………………………………………………26

附录B源程序………………………………………………………………………………27

参考文献……………………………………………………………………………………35

致谢…………………………………………………………………………………………37

第Ⅱ页共Ⅱ页

1引言

21世纪，科学技术日新月异，科技的进步带动了控制技术的发展，现代控制设备的性能和结构发生了翻天覆地的变化。

我们已进入高速发展的信息时代，控制技术成为当今科技的主流之一，广泛深入到研究和应用工程等各个领域。

控制理论的发展经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。

其控制系统包括控制器﹑传感器﹑变送器﹑执行机构﹑输入输出接口。

不同的控制系统、传感器﹑变送器执行机构是不一样的。

比如压力控制系统要采用压力传感器。

电加热控制系统的传感器是温度传感器。

目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用。

受益于数十年来全球经济高速成长所获得的PID控制成果,在中国市场，一大批机器设备制造商正处于蓬勃发展阶段，除满足本土市场庞大的机器设备需求外，走向国际市场，参与国际竞争也成为现实需求。

在应用方面，这种控制技术已经渗透到了医疗、汽车制造、铁道运输、航天航空、钢铁生产、物流配送、饮料生产等多个方面。

但是由于中国科技落后，为此，我们需要更进一步的学习、掌握与应用先进的控制技术与解决方案，以提升设备性能、档次与市场竞争力。

在国外，尤其在运动控制及过程控制方面PID控制技术的应用更是越来越广泛和深入。

随着科技的进步，人们对生活舒适性的追求将越来越高，PID控制技术作为一项具有发展前景和影响力的新技术，正越来越受到国内外各行业的高度重视。

本次设计主要研究的是PID控制技术在运动控制领域中的应用，众所周知运动控制系统最主要的控制对象是电机，在不同的生产过程中，电机的运行状态要满足生产要求，其中电机速度的控制在占有至关重要的作用，因此本次设计主要是利用PID控制技术对直流电机转速的控制。

其设计思路为：

以AT89S51单片机为控制核心，产生占空比受PID算法控制的PWM脉冲实现对直流电机转速的控制。

同时利用霍尔传感器将电机速度转换成脉冲频率反馈到单片机中，构成转速闭环控制系统。

在系统中采LCD1602显示器作为显示部件，通过5个按键实现正反转控制和速度预置功能，启动后可以了解当前速度。

因此该系统在硬件方面包括：

电源模块、电机驱动模块、控制模块、速度检测模块、人机交互模块。

2PID算法及PWM控制技术简介

2.1PID算法