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.
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[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