计算机控制系统直流电机测速调速附录Word格式文档下载.docx
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计算机控制系统课程设计
——直流电机测速调速系统
1、设计目的
1、以单片机为控制核心的直流电机PWM调速控制系统,实现的功能主要包括:
直流电机的正反转;
直流电机的加速和减速;
直流电机的启动和停止;
以及直流电机的转速在LCD显示屏上显示。
2、基本功能
(1)该系统使用实验箱的直流电机、1602液晶、DA、键盘等模块完成设计;
(2)直流电机通过DA模块使用PWM方式进行驱动及调速;
(3)能够通过1602液晶显示当前转速及PWM占空比;
(4)通过按键控制电机的启动和停止。
3、扩展功能
(1)能够通过按键手动输入目标转速(转/秒),启动电机后控制电机稳定在目标转速;
(2)使用1602液晶实时显示目标转速、当前转速及启停状态(on/off)。
2、实验条件
硬件部分主要由模数转换模块、51单片机、LCD1602显示模块、键盘、驱动电路和直流电机组成
实验仪配置方案:
STAR
ES598PCIS实验仪有三种配置方案:
1、实验仪主机、仿真模块(不含逻辑分析功能仪、实时跟踪仪功能)。
(较低配置)
2、实验仪主机、仿真模块(带有逻辑分析功能仪、实时跟踪仪功能)。
逻辑分析仪功能:
通过观察采样到的波形,可以让学生了解CPU执行指令的完整过程,加深对教科书上波形图的认识。
实时跟踪仪功能:
记录程序运行轨迹。
(中等配置)
3、实验仪主机带有自动下载功能;
可以另外配置我公司的各种仿真器。
(高配、使用灵活、适合电子竞赛)。
3、硬件图
1、硬件框图
图一:
硬件框图
2、硬件接线图
图二:
硬件接线图
3、实验仪主机
图三:
实验仪主机图
4、流程图
1、系统控制框图
图四:
系统控制框图
2、主程序流程图
图五:
主程序流程图
3、PWM流程图
图六:
PWM流程图
4、转速测速流程图
图七:
转速测速流程图
5、按键流程图
图八:
按键流程图
5、硬件原理
1、光电对管
光电对管,分为反射式和直射的,通过集聚光线来控制光敏三极管的导通与截止。
无论如何,原理都是光电的转化。
当对管以近似直线的位置相对时,接收管才会有一个比较明显的阻值变化。
一般来说,这种对管的有效距离为数米,如果想扩大感应距离可加装透镜。
图九:
光电对管结构图
发光对管的原理:
如图所示是反射式光电开关的工作原理框图。
图中,由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后,由发光管GL辐射出光脉冲。
当被测物体进入受光器作用范围时,被反射回来的光脉冲进入光敏三极管DU。
并在接收电路中将光脉冲解调为电脉冲信号,再经放大器放大和同步选通整形,然后用数字积分光电开关或RC积分方式排除干扰,最后经延时(或不延时)触发驱动器输出光电开关控制信号。
光电开关一般都具有良好的回差特性,因而即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态,从而可使其保持在稳定工作区。
同时,自诊断系统还可以显示受光状态和稳定工作区,以随时监视光电开关的工作。
具体测速原理:
电机轴上固定一圆盘,分为绿白相间的等份,圆盘底下装有光电对管。
当电机转动的时候,广电对管会在绿色区域反射光,产生脉冲。
在规定的标准单位时间内记录脉冲的个数,从而得到电机转速。
6、软件原理
1、电机测速原理:
M/T法测速
该方法属于数字式测速,通常由光电脉冲编码器、直线光栅尺、感应同步器、旋转变压器、直线磁栅尺等传感器来完成。
该类转子位置传感器发出的脉冲信号,可在可编程计数器8253的配合下,基于微机系统采用M&
#983255;
T法对电机转速实现高精度的数字测量,这类传感器一般都输出两组相位相差90°
的脉冲序列A、B,根据A、B的相位关系可以鉴别电机转
向,同时还可以进行四倍频处理,以减少通过M/T法获取速度反馈信号的纹波。
其基本原理是:
电机每转一圈,传感器输出的脉冲数一定,随着电动机转速和输出脉冲频率的不同,频率与转速成正比,能测量其频率,通过软件计算就能得到速度,鉴相电路还能同时反映实际转速的方向。
F/V测速
各种原理的数字脉冲测速机,主要有编码器和电磁式脉冲测速机。
就位置伺服系统来说,它的速度环一般习惯上还是采用速度的模拟量反馈,而不是数字量反馈,因此基于计数器和微机软件实现的M/T法测速,还需增加D/A转换,也有一些系统采用编码器的测速脉冲经f变换获得速度的模拟量,或者由转子位置传感器的脉冲信号经f变换获得速度的模拟量。
F/V法测速原理是:
电机每转输出的脉冲信号频率与电机转速成正比,然后通过频压变换将脉冲信号转换成反映转速高低的模拟电压。
为了反映转速的方向,要有旋转方向自动切换功能。
测速精度与编码器每转脉冲数以及f变换电路时间常数的选择有关,每转脉冲数越多,测速越精确,这在低速段尤为重要。
为保证f线性变换,f必须变成宽度一定的脉冲,事先由单稳电路定宽,然后经由运放组成的低通滤波器把频率变换为直流电压。
f测速电路,如图所示。
f+、f-是经过鉴相、倍频处理后的分别代表电机正、反转的且与转速成正比的脉冲序列。
为防止信号中杂有噪声及共模干扰,放大电路采用新型的双差分电路,它由3个运放组成,其差动输入端为v+和v-,且采用对称结构。
该电路输入阻抗高,且失调电压、温度漂移系数低、放大倍数稳定,放大倍数:
G=vout/(v+-v-)=R3/R2(1+2R1/RG),
其中RG是用于调整速度反馈信号的放大系数。
当电机正向旋转时,f+有脉冲,f-为低电平,此时vout为正;
当电机反向旋转时,f-有脉冲,f+为低电平,vout输出为负。
其它间接转速测量方法
带有转子位置检测器类电动机的测速除了上述介绍的一些测速方法外,目前使用与研究的还有一些特有的测速方法。
如有文献提出了:
(1)利用直流电动机外壳漏磁通设计成新型转速检测器,并由它构成了结构简单、成本低廉的PWM闭环调速系统;
(2)无位置传感器无刷直流电动机的调速方案,它的原理是通过检测电路检测三相定子绕组反电势过零点,而后转换成脉冲链,经脉冲发生电路延时脉冲,给定逻辑电路产生六相位置信号,送入驱动电路产生三相定子绕组驱动电流,使转子转动。
一些新的特殊方法来进行转速测量,提出了用反电势系数、换向脉冲及瞬时转速的测速方案,并进行了比较。
总之,电机测速有多种多样的方法,在实用中根据不同环境及场所要求,选择合理的反馈器件及测速方法,对提高电动机的调速和伺服性能具有十分重要的意义。
2、PWM脉冲宽度调制
脉宽调制(PWM)基本原理:
控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等的脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。
也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲,使各脉冲的等值电压为正弦波形,所获得的输出平滑且低次谐波少。
按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制,即可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率。
例如,把正弦半波波形分成N等份,就可把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。
这些脉冲宽度相等,都等于
∏/n
,但幅值不等,且脉冲顶部不是水平直线,而是曲线,各脉冲的幅值按正弦规律变化。
如果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替,使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合,且使矩形脉冲和相应正弦部分面积(即冲量)相等,就得到一组脉冲序列,这就是PWM波形。
可以看出,各脉冲宽度是按正弦规律变化的。
根据冲量相等效果相同的原理,PWM波形和正弦半波是等效的。
脉冲宽度调制(PWM)是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。
通过高分辨率计数器的使用,方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。
PWM信号仍然是数字的,因为在给定的任何时刻,满幅值的直流供电要么完全有(ON),要么完全无(OFF)。
电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。
通的时候即是直流供电被加到负载上的时候,断的时候即是供电被断开的时候。
只要带宽足够,任何模拟值都可以使用PWM进行编码。
七、调试过程
本次课程设计过程中,在准备好各个硬件、软件的资料之后,需要按照实验接线图在实验箱上接线,在星研集成环境软件中输入程序,将软件设备和硬件设备连接起来,进行调试,将程序输入51单片机里面控制这个速度调速系统。
在调试过程中,我们通过按键给51单片机输入一个设定的速度,系统内部由发光对管测量直流电机的当前转速,两个速度之间形成一个差值,这个时候,51单片机系统中的算法会判断直流电机的速度应当增加还是减少,根据需要系统会自动改变速度,逐渐逼近设定值。
达到直流电机的测速和变速过程。
1、调试数据:
AUTO
RPM
1260
2235
1485
2220
0595
1860
0915
0900
2100
SET
1111
1915
1000
1904
0704
1940
1515
PWM占空比
3.5%
6.0%
3.0%
4.0%
5.5%
表一:
调试数据
2、实验图片
图十:
调试图
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- 关 键 词:
- 计算机控制 系统 直流电机 测速 调速 附录