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课程设计_基于单片机的直流电机PWM调压调速器系统.doc

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题目: 控制直流电机PWM调压调速器系统 目录 一、设计原理··································(1) 二、设计方案··································(8) 三、心得体会 ·······························(16) 一、设计原理 原理如下见原理图2.0 图2.0调速设计原理图 如图可以知道,这是一个闭环系统,我们借助单片机来控制,我们现运用AD芯片,运用单片机来控制AD芯片来转换模拟电压到数字电压,AD给定的电压越大,则产生的数字量越大,单片机再控制这个数字量来产生一个PWM,PWM占空比越大,就驱动晶体管导通的时间越长,这样加到压频转换器的电压也就越大,电压越大,则压频转换器输出的计数脉冲再单位时间也就越多,这样就相当于电机的电压越大,其转速也就会越快,我们再用单片机对压频转换器的输出脉冲计数,PID调节器就把这个计数脉冲和预先设定的 值进行比较,比设定值小,这样就会得到一个偏差,再把这个偏差加到AD的给定电压,这样就相当于加大了PWM的占空比,要是比设定值大,这样也会得到一个偏差,就把这个变差与给定的电压向减,这样就可以减少PWM的占空比,通过改变占空比来改变晶体管的导通时间,就可以改变压频转换器的输入电压,也就改变压频转换器的单位计数脉冲,达到调电动机速度的目的。 二、设计方案 3.1 PWM的调制 AD芯片给定一定的电压,应用单片机来控制来产生一个PWM,给定的电压不同,就会的得到不同的PWM波形。在产生PWM波形我们采用ADC0808芯片和AT89C51两个核心器件。 ADC0808芯片是要外加电压和时钟,当输入不同的电压的时候,就可以把不同的电压模拟量转化为数字值,输入的电压越大,其转换的相应的数字也就会越大,ADC0808芯片有8个通道输入和8个通道输出。其具体的管脚图见3.01 图3.01 ADC0808芯片管脚图 AT89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压,高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器,AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图3.02所示 图3.02 AT89C51芯片管脚图 3.2调速原理 当基于以上产生一个PWM后,就可以借助PWM脉冲来控制晶体管的导通和关断,来给压频转换器来提供一定的电压,在PROTUES中仿真中,给定一个+12V的电压,就通过晶体管的导通和关断来给压频转换器供电,压频转换器就会输出很多的脉冲,借助单片机P3.5来计数,其计数送给P0来显示,通过给定不同的ADC的输入电压,就可以的得到不同的计数显示,电压越大,其计数显示也就越大,通过改变计数脉冲的周期和硬件压频转换器(LM331)的电阻和电容,就可以得到与输入电压接近的数值显示,可能由于干扰的原因,其显示值和实际值有一点偏差,这是在没有什么负载的情况下,或者说是在空载的情况下,这样就可以得到一个很理想的开环系统,也为闭环PWM调节做好准备。 当开环系统稳定后,加上一个扰动,或者说是加上负载,这样就使的压频转换器的电压减少,在给定一定电压的时候,当负载分压的时候,也就相当于直流电机的电压就会减少,这样直流电机的转速就会下降,或者说当有负载的时候,压频转换器的输入电压就会减少,这样输入的脉冲在单位时间就会减少,这样PID调节器,通过改变PID的参数,PID控制器由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成。其输入e (t)与输出u (t)的关系为 u(t)=kp(e((t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt) 式中积分的上下限分别是0和t 因此它的传递函数为:G(s)=U(s)/E(s)=kp(1+1/(TI*s)+TD*s)其中kp为比例系数; TI为积分时间常数; TD为微分时间常数这样就会得到一个偏差,通过这个偏差来改变原来的PWM的占空比,使得晶体管的导通时间加长或减少,这样就改变了直流电
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