基于51單片機的直流雙閉環調速系統的課程設計(已修改)

　

【正文】 基于單片機的雙閉環直流調速系統 直流調速控制系統課程設計題目：基于51單片機的雙閉環直流調速系統院（系）：專業班級：學 號：學生姓名：指導老師： 摘要 3第一章 總體結構設計 4第一節 系統方案選擇與總體結構設計 4 方案選擇 4 7 靜態模型 9 數字控制雙閉環直流調速系統方框圖 12 13第二節 8051單片機簡介 14 8051單片機的基本組成 15 CPU及8個部件的作用功能介紹如下 15 17 晶體管PWM功率放大器方案選擇 17第二章 主電路的設計及參數計算 18 設計參數 18 穩態參數的計算 18 調節器的設計 18電流調節器： 18轉速調節器： 20第三章 系統軟件程序設計 24第一節 主程序設計 24第二節 PI控制子程序設計 26第四章 數學模型的建立 29 29 29 30結論 30總結 31參考文獻 32摘要隨著時代的進步和科技的發展，電機調速系統在工農業生產、交通運輸及日常生活中起著越來越重要的作用，因此，對電機調速的研究有著積極的意義。長期以來，直流電機被廣泛的應用于調速系統中，而且一直在調速領域中占主導地位。 本設計是基于單片機控制的PWM直流電機調速系統，系統以51單片機為核心，以直流電機為控制對象。調節PWM的占空比控制電機兩端電壓，從而達到調速的目的。系統的硬件設計部分包括案件模塊、電動機驅動模塊、STC89C51單片機系統、保護電路、供電電源和直流電機。系統的軟件部分包括按鍵控制程序設計、顯示程序設計、主控程序設計。關鍵詞：STC89C51單片機；直流電機；PWM；占空比；第一章 總體結構設計第一節 系統方案選擇與總體結構設計 方案選擇 本系統利用MCS51系列單片機，通過PWM方式控制直流電機調速的方法。PWM控制就是對脈沖的寬度進行調制的技術。即通過對一系列脈沖的寬度進行調制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。在采樣控制理論中有一個重要的結論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時，其效果基本相同。沖量即指窄脈沖的面積。這里所說的效果基本相同，是指環節的輸出響應波形基本相同。如果把各輸出波形用傅立葉變換分析，則其低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。、b、c所示的三個窄脈沖形狀不同，，但它們的面積（即沖量）都等于1，那么，當它們分別加在具有慣性的同一環節上時，其輸出響應基本相同。當窄脈沖變為如下圖的d所示的單位脈沖函數時，環節的響應即為該環節的脈沖過渡函數。 形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖 a的電路是一個具體的例子。圖中為窄脈沖，、b、c、d所示，為電路的輸入。該輸入加在可以看成慣性環節的RL電路上，設其電流為電路的輸出。從波形可以看出，在的上升段，脈沖形狀不同時的形狀也略有不同，但其下降段幾乎完全相同。脈沖越窄，各波形的差異也越小。如果周期性的施加上述脈沖，則響應也是周期性的。用傅立葉級數分解后將可看出，各在低頻段的特性非常接近，僅在高頻段有所不同。 沖量相同的各種窄脈沖的響應波形PWM控制技術以其控制簡單、靈活和動態響應好的優點而成為電力電子技術最廣泛應用的控制方式，也是人們研究的熱點。由于當今科學技術的發展已經沒有了學科之間的界限，結合現代控制理論思想或實現無諧振軟開關技術將會成為PWM控制技術發展的主要方向之一。本系統就是利用這種控制方式來改變電壓的占空比實現直流電機速度的控制。文章中采用了專門的芯片組成了PWM信號的發生系統，然后通過放大來驅動電機。利用編碼器測得電機速度，經過濾波電路得到直流電壓信號，把電壓信號輸入給A/D轉換芯片最后反饋給單片機，在內部進行PI運算，輸出控制量完成閉環控制，實現電機的調速控制。直流電動機具有優良的調速特性，調速平滑、方便，調速范圍廣，過載能力大，能承受頻繁的沖擊負載，可實現頻繁的無級快速起動、制動和反轉；能滿足生產過程自動化系統各種不同的特殊運行要求，在許多需要調速或快速正反向的電力拖動系統領域中得到了廣泛的應用。直流電動機的轉速調節主要有三種方法：調節電樞供電的電壓、減弱勵磁磁通和改變電樞回路電阻。針對三種調速方法，都有各自的特點，也存在一定的缺陷，在直流調速系統中，都是以變壓調速為主。其中，在變壓調速系統中，大體上又可分為可控整流式調速系統和直流PWM調速系統兩種。直流PWM調速系統與可控整流式調速系統相比有下列優點：由于PWM調速系統的開關頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用就可獲得平穩的直流電流，低速特性好、穩速精度高、調速范圍寬。同樣，由于開關頻率高,快速響應特性好,動態抗干擾能力強，可以獲得很寬的頻帶；開關器件只工作在開關狀態，因此主電路損耗小、裝置效率高；直流電源采用不可控整流時，電網功率因數比相控整流器高。正因為直流PWM調速系統有以上優點，并且隨著電力電子器件開關性能的不斷提高，直流脈寬調制( PWM) 技術得到了飛速的發展。根據PWM控制的基本原理可知，一段時間內加在慣性負載兩端的PWM脈沖與相等時間內沖量相等的直流電加在負載上的電壓等效，那么如果在短時間T內脈沖寬度為,幅值為U，： PWM脈沖，若令，即為占空比，則上式可化為： (U為脈沖幅值) ，那么與此脈沖等效的直流電壓的計算方法與上述相同，即 （為矩形脈沖占空比） 由式上式可知，要改變等效直流電壓的大小，可以通過改變脈沖幅值U和占空比來實現，因為在實際系統設計中脈沖幅值一般是恒定的，所以通常通過控制占空比的大小實現等效直流電壓在0～U之間任意調節，從而達到利用PWM控制技術實現對直流電機轉速進行調節的目的。本次設計選用直流電動機的額定參數直流電動機的額定參數PN=20W、UN=12V,nN=500 r/min，電動勢系數Ce=。轉速、電流雙閉環控制直流調速系統是性能很好、應用最廣的直流調速系統。采用PID調節的單個轉速閉環直流調速系統可以在保證系統穩定的前提下實現轉速無靜差。但是，如果對系統的動態性能要求較高，例如要求快速起制動，突加負載動態速降小等等，單閉環系統難以滿足需要，這主要是因為在單閉環系統中不能隨心所欲地控制電流和轉矩的動態過程。這