基于ARM9的直流电机控制系统的设计说明Word下载.docx

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随着人们对其要求的提高，直流电机控制系统的调速方法也相应的产生了PWM（脉宽调制技术），其控制芯片也由原来常用的51单片机系列升华为ARM系列的控制实验板。

本设计基于ARM9开发板的直流电机控制系统的调速，以显示ARM开发板的独特功能，利用脉宽调制技术，调节占空比以达到调节转速的目的，将测得的数据传给上位机后进行观测。

设计大体上分为硬件设计和软件设计两部分，硬件部分包括驱动模块，控制模块，数据检测模块以及通信模块，软件部分包括程序设计，两大部分实现了对电机转速的监测和控制，更好的确保了设计的准确性。

通过合理的选择和设计提高了直流电机控制系统调速的技术，学习和研究新型控制芯片，使设计达到了较为理想的控制效果是本设计的宗旨。

关键词：

ARM9开发板；

PWM技术；

PID调节功能

Abstract

AlongwiththerapiddevelopmentofChineseeconomy,microelectronicstechnology,computertechnologyandautomaticcontroltechnologyisrapidlydeveloping,dcmotorcontroltechnologyhasenteredanewera,themoreandmorewideapplication.AsthecoreofMCUcontrolchipareconstantlyupdateddevelopment,itsfunctionandmorepowerful.Asforthepeople,thecontrolsystemofdcmotorcontrolmethodandthecorrespondingproducethepulsewidthmodulation（PWM）anditscontrolchiptechnologyisusedbytheoriginalsublimated51-seriesmicrocomputerseriesofcontrolboardARMseries.ThedesignisbasedonARM9developmentboardofthecontrolsystemofdcmotorspeed,inordertoshowtheARMdevelopmentboard,usingtheuniquefunctionofPWMtechnology,SHCHadjustmentinordertoachievethegoal,willadjustspeedmeasurementdatatoPCandsoftwareit.Generaldesignofhardwaredesignandsoftwaredesignisdividedintotwoparts,hardwarepartincludesdrivermodule,controlmodule,datacommunicationmodule,andthesoftwaremoduleincludesprogrammingmodule,twomostofthemonitoringandcontrolmotorspeed,betterensuretheaccuracyofthedesign.Throughthereasonableselectionanddesignofdcmotorcontrolsystemtoimprovethespeedoftechnology,learningandresearch,newcontrolchipdesigntotheidealcontroleffectisthedesignpurpose.

Keywords:

ARM9Board;

PWM;

PIDAdjustmentFunction

1绪论

随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得到了迅速发展，直流电机调速技术已经进入一个崭新的时代。

然而，电机调速的方法有很多，比如说变极对数调速法，变频调速法，串级调速法，绕线式电动机转子串电阻调速法，定子调压调速法，电磁调速法等。

但是在某些条件下，直流电机调速具有其特有的优势。

为了提高生产率和保证产品质量，大量的生产机械要求直流电机以不同的速度工作。

这就要求人们采用一定的方法来改变机组的转速，即对直流电机进行调速。

对电机的转速不仅要能调节，而且要求调节的围宽广，过程平滑，调节的方法要简单、经济。

直流电机在上述方面都具有独到的优点，使它得到广泛的应用。

本文针对直流电机具有起动转距大、体积小、重量轻、转矩和转速容易控制以及效率高等十分优良的特点,根据自动控制原理,采用PWM控制方式,设计了一个直流电机控制系统，以更好地对直流电机进行精确而又迅速的控制。

1.1毕业设计立题意义

直流电机是常用的动力提供原件，在日常生活中占据着十分重要的地位，研究直流电机的速度控制，有十分重要的意义。

驱动电机选用直流电机，这是因为直流电机具有优越的速度调节控制性能，具有较大的转矩，用以克服装置的摩擦阻力和负载转矩，调速围宽而且速度平稳，具有快速响应能力，可以适应复杂的速度变化，直流电机的负载特性硬，有较大的过载能力，可以确保运行速度不受负载冲击的影响。

ARM是近年来发展非常迅速的处理器，有很好的应用前景。

ARM，既可以认为是一个公司的名字，也可以认为是对一类微处理器的通称，还可以认为是一种技术的名字。

ARM处理器是现代非常流行及重要的一款芯片，其拥有良好的发展性，有广泛的应用领域。

ARM公司自1990年正式成立以来,在32位RISC（ReducedInstructionSetComputerCPU开发领域不断取得突破,其结构已经从V3发展到V6。

由于ARM公司自成立以来,一直以IP（IntelligenceProperty）提供者的身份向各大半导体制造商出售知识产权,而自己从不介入芯片的生产销售,加上其设计的芯核具有功耗低、成本低等显著优点,因此获得众多的半导体厂家和整机厂商的大力支持,在32位嵌入式应用领域获得了巨大的成功,目前已经占有75%以上的32位RISC嵌入式产品市场。

在低功耗、低成本的嵌入式应用领域确立了市场领导地位。

现在设计、生产ARM芯片的国际大公司已经超过50多家,国中兴通讯和华为通讯等公司也已经购买ARM公司的芯核用于通讯专用芯片的设计。

将其应用在直流电机的调速控制中，有极大的实用价值。

以脉宽调制技术为代表的电机数字驱动技术也在迅猛发展，将计算机应用于这一领域正好可以发挥其在数字方面控制的优势。

微电子技术和计算机技术的发展，为计算机控制技术的发展和应用奠定了坚实的基础。

可以这样说，没有微处理器的仪器不能称为仪器，没有微型机的控制系统，更谈不上现代工业控制系统。

随着微型计算机，超大规模集成电路，新型电力电子开关器件和传感器的出现，以及自动控制理论和电力电子技术以及计算机控制技术的深入发展，直流传动系统也在不断发展。

直流电机是常用的动力提供元件，在日常生活中占据着重要的地位。

直流电机是最常见的一种电机，在各领域中得到广泛应用。

研究直流电机的速度控制，有着非常重要的意义。

研究直流电机的控制和测量方法，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。

本方案以ARM9为控制核心，实现普通直流电机的转速测量和转速调节功能，为进一步研究和优化直流电机控制方法提供基础。

直流电机控制系统的转速控制方法可分为两类，即励磁控制法和电枢电压控制法。

通常的方法是改变输入端电压对电枢电压的控制，继而实现对转速的改变，本次毕业设计实验将使用ARM9来实现对输入端电压的控制，从而对ARM的直流电机控制系统的设计与调速作深入研究，并对其监检测方面进行研究。

PWM（PulcsiWdhtMdoluatino）脉宽调制技术是直流电机调速中最为有效的方法，即给直流电机输入高速的开关脉冲信号，通过改变脉冲信号开关的比例，达到速度控制的效果。

简单的解释是，由于在ON的时间施加电压，OFF的时间切断电压，电机的转动将是断续的。

不过在脉冲波段的OFF区段，电机线圈部储存的能量能够产生续流二极管流动的电流，因此得以继续维持转动。

PWM调速的基本思想是:

以通过电机的平均电压和电流作比较，40%的时间接通电源的电机比20%的时间接通电源的电机要大。

当电机没有接通电源时，它完全不消耗能量，这一点正是其高效率的原因。

PWM技术是降低直流电机功耗的一种好方法，它使驱动芯片和电机的发热减少，从而电机也可以用得更久。

在工业控制中，按偏差的比例P、积分I和微分D进行控制的PID调节器现在得到广泛的应用。

在小型微型计算机用于生产过程以前，连续过程系统中采用的气动、液动和电动的PID调节器几乎占垄断地位。

由最优控制理论可以证明，它能适应不少工业控制对象的要求。

单片机控制技术不断发展，特别是软件PID算法控制器的使用，代替了原来很多的硬件PID调节器，在工业控制系统和嵌入式系统中得到广泛的应用。

1.2研究容及目标

利用ARM9实验板及直流电机实验板实现直流电机转速测量和调节。

使系统实现下列功能：

（1）可通过ARM实验板上的按键设定电机的转动方向、转速；

（2）可对电机进行转速调节，实时测量电机的实际转速，并通过RS232总线把转速传给上位机；

本次毕设要达到的指标是电机驱动电路采用集成电路SPGT62C19B电机模组，可以驱动电压46V，电流2A以下的电机；

电机转速调节围30—60转/秒，转速误差值不大于1转/秒。

1.3毕业设计容分析

本设计的主要目的是对直流电机控制系统的转速测量和监控做一个系统的设计，由上位机，也就是电脑，和下位机进行通讯，控制整个系统的运行。

其次下位机包括ARM9开发板，它作为控制核心发布指令，由驱动模组带动直流电机旋转，再由串口将所得数据传输给上位机。

大体需要以下几个准备步骤：

首先，了解整个设计所涉及到的知识点，搜集资料加以学习。

其次，根据设计的要求和需要选择硬件，包括直流电机和电阻等。

再次，设计SPGT直流电机驱动模块和速度检测模块电路，并完成硬件搭建。

最后，制定上下位机通信协议，将采用RS-232C来实现串口通信。

2总体方案设计

直流电机控制系统的设计，重点在于上位机和下位机功能的串联，硬件和软件的相互联调。

本设计的主要目的是测量监控电机的转速，那么选用何种方法调节转速就是关键问题。

与此同时，测得的数据或多或少存在误差，在此设计的基础上，如何有的加进一些措施来调节误差，误差控制在一定围也是值得讨论的。

2.1直流电机控制系统的总体设计思想

本设计的思想将分为两大部分进行，一是由上位机组成的软件部分的设计，这一部分包括程序的编写。

二是由ARM9开发板和驱动电路板等组成的下位机，称之为硬件部分，包括驱动模块，控制模块，数据检测模块以及通信模块。

本设计的主要工作是基于ARM9的直流电机调速系统的设计，从容上也分为软件和硬件的两大部分来设计。

最后还要在硬件软件相应完成的基础上进行调试，所以本次课题设计容安排可分为三个步骤。

第一步骤是硬件设计，包括方案主要模块的电路设计