数字控制PWM双闭环直流调速系统课程设计.docx

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数字控制PWM双闭环直流调速系统课程设计

山东理工大学

毕

业

设

计

课题：

数字控制PWM的直流电机调速系统的课程设计

姓名：

嵇长发

学号：

1011042088

班级：

自动化1003班

院校：

电气与电子工程学院

数字控制PWM的直流电机调速系统的课程设计

一、课程设计的目的

运用计算机控制技术对直流电机正反转运行进行控制，了解计算机控制的过程。

对计算机的原理和内部结构有一定的认识和了解，设计的过程包括系统设计方案的设计，硬件的选择和设计，控制软件的设计。

以便使我们对大学中所学的课程有一个更深的学习，使所有的课程综合在一起。

二、系统总体方案设计

1数字控制双闭环直流PWM调速系统的原理

采用转速、电流双闭环控制结构，在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，即以转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出作为PWM的控制电压。

检测部分中，采用了霍尔片式电流检测装置（TA）对电流环进行检测，转速环则是采用了光电码盘进行检测。

（直流调速系统课本P122原理图两者结合码盘测速）

2数字控制直流PWM调速系统的硬件结构

数字控制双闭环直流PWM调速系统硬件结构图

（直流调速系统陈伯时编著课本P101）

双闭环系统结构，采用微机控制；全数字电路，实现脉冲触发、转速给定和检测；采用数字PI算法。

由软件实现转速、电流调节系统由主电路、控制电路、给定电路、显示电路组成

主电路：

三相交流电源经不可控整流器变换为电压恒定的直流电源，再经过直流PWM变换器得到可调的直流电压，给直流电动机供电.

主电路采用由达林顿管组成的H型PWM电路。

用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。

这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的PWM调速技术。

主电路

三、硬件选择

1.单片机选择

选择89S52单片机

以下是引脚图，以及引脚功能介绍

VCC：

供电电压。

-i.._

b_m_ [h^__xy0:

m 

GND：

接地。

）U_GR`&QR

6.T/Kj$DP3.0RXD（串行输入口）__]W8.]oLh "m_38*_sx 

P3.1TXD（串行输出口）E'OBh0$!

_e -_?

MpHSho$ 

P3.2/INT0（外部中断0）#!

Id%=P2 _W_E]_+Vs

P3.3/INT1（外部中断1）_,9o[4%>I_ [_>tI"（3_9

P3.4T0（记时器0外部输入）s_o）MyCV_C ）Z2p^Pm_x 

P3.5T1（记时器1外部输入）z_N;u.8）h0 "@（_;g!

_）

P3.6/WR（外部数据存储器写选通）z_=IkMktD l?

_uo/_

P3.7/RD（外部数据存储器读选通）g_h~;6t*a （d_dtRfXUN 

2.直流电动机选择

《电力拖动自动控制系统》陈伯时编P79

直流电动机：

220V,136A,1460r/min,Ce=0.132V*min/r,允许过载倍数λ=1.5；

晶闸管装置放大系数Ks=40;

电枢回路总电阻R=0.5Ω；

时间常数Tl=0.03s,Tm=0.18s,Ton=0.01s,

电流反馈系数：

β=0.05V/A,（约等于10V/1.5*In）

四、硬件设计部分

1.键盘设计

采用8*2行列式键盘

输入给定转速时应注意的几个问题：

（1）转速不足四位时，在前面加拨0凑够四位；

（2）转速输入错误时，按取消键，显示器清空，重新输入值；（3）转速输入完成后，按确认键。

2·显示器设计

采用共阳极的发光二极管构成可以显示8位十进制的显示器，运行中前四个显示额定转速，后四个显示当前的实际转速值。

共阳极显示器，用74LS47驱动

3·8279芯片

8279引脚说明

DB0～DB7:

双向数据总线

/RD、/WR:

读写选通信号

/CS:

片选信号

RESET:

复位信号

CLK:

时钟信号

A0:

命令/状态或数据识别信号A=1,为写命令或读状态;A=0,为数据IRQ:

中断请求信号

SL0～SL3:

矩阵扫描线

RL0～RL7:

检测输入线

/BD:

显示消隐信号

SHIFT:

扩展键位的换档信号,带上拉电阻

CTRL/STB:

控制键输入/选通信号输入,带上拉电阻

4.8279与单片机、键盘和显示器的外围总接线如图1示。

5.模拟ACR电流调节器设计

采用PI调节器

图在《电力拖动自动控制系统》陈伯时编P78

通过直流电机型号计算软件，以及检验近似条件P79

6.数字ASR转速PI调节器设计？

？

？

？

（《电力拖动自动控制系统》陈伯时编P114）

7.数模转换器DAC0832芯片:

注输出要0—5V《单片微型计算机原理及应用》姜志海编P247

引脚介绍

Vcc:

电源输入线 

 Vref:

基准电压输入线  （-10v~+10v）  

AGND:

模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地.  

DGND:

数字地,两种地线在基准电源处共地比较好

D0~D7：

数字信号输入端。

ILE：

输入寄存器允许，高电平有效。

CS：

片选信号，低电平有效。

 WR1：

写信号1，低电平有效。

XFER：

传送控制信号，低电平有效。

/ WR2：

写信号2，低电平有效。

IOUT1、IOUT2：

DAC电流输出端。

8放大器

同相放大器

反相放大器

9.PWM生成

原理介绍

用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定，宽度可变的脉冲电压序列，从而改变平均输出电压的大小，以调节电机转速。

PWM仿真

10.光电离图

光电偶合器件（简称光耦）是把发光器件（如发光二极体）和光敏器件（如光敏三极管）组装在一起，通过光线实现耦合构成电—光和光—电的转换器件。

-

11.DAC0832/ACR/放大器、光电耦合电路

12.光电编码器

本设计使用每转1024线的光电编码器作为转速传感器，它产生的测速脉冲频率与电机转速有固定的比列关系，微机对该频率信号采用M/T法测速处理。

图（本子草图详细）

M/T法测速原理

转速测定为M/T式编码盘测速，要通过测取给定时间内的编码盘输出的脉冲数。

T0用来定时，T1用来计数，T0和T1均工作与方式1。

T0定时50ms，单片机的时钟频率为12MHz，机器周期为1us，

《电力拖动自动控制系统》陈伯时编P103

13.电源设计

正负5伏特，

正负12伏特

14.驱动电路

驱动八位显示器

15.电流检测

与直流电机相串连，检测电机电流，反馈电流与电流调节器ACR的反馈端相接。

16.报警器

接在单片机P1.0口上，开始时，初始化，令p1.0为低电平，当检测到电流过大时，变为高电平，二极管发亮

四、流程或者系统工作原理

-

五、整机电路图

[参考文献

[1]王兆安等.电力电子技术.机械工业出版社.

[2]张宏建·自动检测技术与装置·化学工业出版社

[3]陈伯时.电力拖动自动控制系统--运动控制系统.机械工业出版社.

[4]杨欣等·51单片机应用实例详解·清华大学出版社

[5]孙立志.PWM与数字化电动机控制技术应用.中国电力出版社.

[6]杨素行.模拟电子技术基础.高等教育出版社.

[7]陈明荧.8051单片机基础教程.科学出版社..

[8]姜志海·单片微型计算机原理及应用·电子工业出版社

[9]薛楠·ProtelDXP2004原理图与PCB设计实用教程·机械工业出版社

[10]张志涌·MATLAB教程·北京航空航天大学出版社

[11]李素玲·自动控制理论·机械工业出版社

[12]董传岱·数字电子技术基础·中国石油大学出版社