基于ARM的PWM电机调速系统硬件设计Word文档格式.docx

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关键字：

PWM；

直流电动机；

H桥；

BasedontheARMPWMmotorspeedcontrolsystemhardwaredesign

Abstract：

DCmotorshaveexcellentspeedcontrolcharacteristicsandagoodstart-upperformanceandspeedperformance,speedsmooth,widespeedrangeiswidelyused.InordertoenabletheDCmotorproceduresandeasy-to-usepurposes,thesubjectschosetheH-bridgeDCmotordrivercircuit.StatepowerdevicesworkintheH-bridgeDCmotordrivecircuitintheswitchsaturatedhydraulicconductivitybychangingthepowerdevicedrivepulsesignaltheopeningandturn-offtime,tochangethesizeoftheincreaseintheaveragevoltageacrosstheloadwhentheloadfortheDCmotoralsotheregulatorspeedcontrolofmotors.H-bridgeDCmotordrivecircuitplusPWMwaveformcontrol.Undernormalcircumstances,becauseofhighswitchingfrequencyofthePWMspeedcontrolsystem,relyingonthefilteringeffectofthearmatureinductancecansmoothDCcurrent,low-speedcharacteristics.Similarly,duetothehighswitchingfrequency,fastresponsecharacteristics,thedynamicanti-interferenceability,youcangetaverywidefrequencyband.Switchingdevicesonlyworkintheswitchstate,thelossofthemaincircuit,highefficiencydevices.PWMspeedcontrolsystemisalreadyappeared,butfailedtopromotetheuseofactualproductionbecauseofthelackofhigh-speedswitchingelements.Inrecentyearsduetodecliningsuccessandcostofthemanufactureofhigh-powerswitchingdevices,PWMspeedcontrolsystemandbetakenseriously.

Keywords:

PWM;

DC 

motor;

H-bridge;

目录

1绪论1

1.1技术背景1

1.2选题意义1

2工具软件介绍2

2.1电路仿真软件介绍2

2.2Tina的具体功能2

2.3Tina主要特点3

2.4Tina高级特点3

2.5Tina直观的操作界面4

2.6Tina人性化图形界面5

2.7仿真出错和解决办法5

3功能模块介绍10

3.1直流电机运行的特性分析10

3.2H桥直流电机驱动模型分析10

3.3H桥直流电机驱动电路分析12

3.4H桥设计电路经常遇到的问题18

3.5解决死区舜时短路问题的办法18

4结论19

4.1电路设计19

4.2仿真设计19

4.3电路焊接19

4.4设计体会19

致谢21

参考文献22

1绪论

1.1技术背景

随着电力电子技术、微处理器技术的发展以及材料技术尤其是永磁材料技术的进步，电气传动系统，包括交、直流电动机调速及伺候服务，正在向系统高性能、控制数字化、一体化的方向发展。

直流电动机具有优良的调速特性、良好的启动性能和调速性能，调速平滑、方便，调速范围广；

过载能力大，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无级快速起动、制动和反转；

能满足生产过程自动化系统各种不同的特殊运行要求，起动转矩大，最大转矩大，能在宽广的范围内平滑、经济地调速，转速控制容易，调速后效率很高。

与交流调速相比，直流电机结构复杂，生产成本高，维护工作量大。

电动机调速控制系统采用微机达到数字化控制，是电气控制发展的主要方向之一。

利用微机控制后，整个调速控制系统实现全部数字化。

可靠性高，结构简单，维护方便，电动机稳态运行时转速精度可达到较好水平，静态动态各项性能都能较好地满足工业生产高性能电气传动的要求。

由于单片机性能优越，具有较佳的性能价格比，所以单片机在工业过程及设备控制中得到日益广泛的应用。

1.2选题意义

随着全控型功率电子器件的发展，脉冲调宽（PWM）技术与开关功率电路成为主流技术，在功率应用中基本取代了线性功率放大电路，以减小功率器件导通损耗，提高驱动效率。

在PWM技术中，功率器件工作在开关饱和导通状态，通过改变功率器件的驱动脉冲信号的开通与关断的时间，来改变加在负载两端的平均电压的大小。

当负载为直流电动机时，也就实现了电动机的调压调速控制，这也就是PWM控制的基本原理。

PWM调速系统与可控整流式调速系统相比有下列优点：

由于PWM调速系统的开关频率较高，仅靠电枢电感的滤波作用就可获得平稳的直流电流，低速特性好；

同样，由于开关频率高，快速响应特性好，动态抗干扰能力强，可以获得很宽的频带；

开关器件只工作在开关状态，主电路损耗小，装置效率高。

在近年来，由于大功率开关器件的制造成功和成本的不断下降，PWM调速系统受到广泛关注，并在工业自动化及生产过程控制中得到日益广泛的应用，因此，我选择PWM电机控制电路。

2工具软件介绍

2.1电路仿真软件介绍

Tina是一款针对开发设计的电路仿真设计、分析软件，是设计、仿真和分析电路的功能全面的EDA软件。

它在线性与非线性的模拟电路，数字电路与混合电路中工作较好，分析的结果可展现在完善的图示中或显示在一系列的虚拟设备里。

它具有全面的DTP工具和强有力的文字和方程编辑器，可以用来制作专业的报告和说明，其中存储库包含超过13000个原件而且可以自行扩展，操作者会发现Tina是一个高性能、易于使用的工具。

Tina也能用于测试环境。

它所包含的独特的工具可以测试学生们的知识，监视进程和介绍故障排除技巧。

它与辅助硬件结合起来，能用于测试实际的电路并将结果与从模拟中获得的进行比较。

由于该软件包含了所有用于教育材料所必须的工具，因此对于教育工作者有着极其重要的帮助。

电路图可通过电路编辑器输入。

元件符号可以通过鼠标在元件库中运用，并可在屏幕上做移动、定位、镜像和旋转。

Tina的半导体允许用户自行扩展的存储库中选择元器件。

在Tina中，能将电路图中的一些电路化为子电路来简化此电路图。

除此之外，还能从任何Spice子电路（不论是自己穿件的，还是从制造商的CD盘中获得，或是从互联网上下载的）创造新的Tina元件。

Tina自动地在电路图中用一巨型方块表示这些子电路，当然也可以用Tina的电路图形符号编辑器来穿件你所喜欢的任何形状。

2.2Tina的具体功能

在模拟电路的分析方面，Tina除了具有一般电路仿真软件通常所具备的瞬态分析、直流分析、正弦稳态分析、参数扫描、温度扫描、傅立叶分析、最坏情况及蒙特卡罗统计等仿真分析的功能之外，还能对输出电量进行指标分析，然后对电路元器件参数优化计算。

此外，它具有对于符号的分析功能，能给出时域过渡的过程表达式和频域传递函数的表达式；

具备RF仿真分析的功能；

具有极点图、绘制零、相量图、Nyquist图等比较重要的仿真分析等功能。

在数字的电路分析中，Tina支持VHDL语言；

具有BUS总线和虚拟连线功能，这避免了电路图中元件之间连线过密，使得电路绘图界面看起来更清晰、简洁。

Tina仿真分析的结果，如波形图可方便地与电路图粘贴在界面中，对输出打印及分析资料的完整保存十分便利。

Tina具备八种虚拟测量仪器，各种仪器与元器件之间利用虚拟连线。

其虚拟测试仪器的动态演示功能，都是电类教学的辅助工具。

Tina可以与硬件设备Tina-Lab，即数据采集器、实时信号发生器相连接能将虚拟仿真结果与实时测量相比对。

这是目前所知能够实现该项功能的少数的实用技术产品之一。

Tina具有较高的性能价格比。

它是目前所知为数不多的具有简体中文界面的成熟软件（在Help索引文件中，也用中文对于电路器件模型参数进行详细解释）。

Tina是一种功能较强大的电路仿真软件，它不仅在工程实践中，对电子产品的研制与开发能够发挥高精度、高效率的作用，而且将其导入各类学校电类课程教学，会带来更好更完美的教学效果。

2.3Tina主要特点

◆模拟、数字以及混合模拟仿真；

◆强有力的编辑工具（电路图、连线表、文本、方程和激励编辑器）；

◆完善的说明介绍（可制定的说明包括波特图、牛克斯图、组滞、级和零点、瞬时响应、数字波形、为后加工结果用的翻译器及其他）；

◆元器件封装完美，比较适合使用者，尤其是初学者。

理想化元器件的封装与现实中的相仿，既切合书本的教学，又免除了按实际元器件封装图连线易错的烦恼；

◆实例演示：

Tina中提供了一项演示帮助，里面提供了35种使用软件演示，使用者能够以最快的速度掌握Tina以及各种元器件使用；

◆图图联系：

当电路完成后，不用次次打开仪表去分析波形和失真等，在Tina中能直接把仪表中的图复制过来，放在电路图旁边，对应电路图进行分析；

◆虚拟实现：

这是Tina独到之处，它提供了一个与外界连接的功能，只要连接在试验箱上，就能将箱子上的电路显示在电脑屏幕上，提供显示与虚拟的接轨；

◆提