毕业设计论文-直流电机控制系统设计

毕业设计论文-直流电机控制系统设计 目 录 摘要 .................................................. 1 关键字 ................................................ 2 1 概述 ................................................ 2 2 直流电动机的PWM控制技术 ............................ 4 2.1 直流电动机的PWM控制原理 .............................................................. 4 2.2 可逆直流PWM系统 ........................................................................... 6 3 直流电动机的单片机控制 .............................. 7 3.1 PIC系列单片机结构及原理 ................................................................. 7 3.1.1内部核心模块 ........................................................................... 7 3.1.2外设功能模块 ........................................................................... 9 4 单片机控制的电路及程序 .............................. 9 4.1系统构成，硬件部分， ....................................................................... 9 4.1.1 硬件设计每个部分应该符合以下原则: .................................... 10 4.1.2直流伺服放大器连接电路 ......................................................... 10 4.1.3电源电路 ................................................................................ 11 4.1.4基准电压电路 ......................................................................... 11 4.1.5 PC机串行接口 ........................................................................ 11 4.1.6 复位电路 ............................................................................... 13 4.1.7 显示电路 ............................................................................... 13 4.1.8转速测量电路设计................................................................... 14 4.2直流电动机软件设计 ......................................................................... 14 4.2.1延时子程序 ............................................................................ 15 4.2.2 键盘扫描子程序图 .................................................................. 17 4.2.3电机运行子程序 ...................................................................... 17 4.2.4电机加减速子程序................................................................... 18 4.2.5恒速运行子程序 ...................................................................... 18 4.2.6 键盘设置参数流程图 .............................................................. 19 4.2.7下载参数子程序 ...................................................................... 20 5 总结 ............................................... 21 1 致谢 ................................................. 22 参考文献 ............................................. 22 附 录 ............................................ 23 直流电机控制系统的设计 学 生:徐 宁 指导老师:杨先卫 三峡大学 理学院 摘要:单片机是一种集成电路芯片。它是采用超大规模集成电路技术，本文利用PIC 系列芯片进行低成本直流电动机控制系统的设计，能够简化系统构成、降低系统成本、增强 2 系统性能、满足更多应用场合的需要。针对直流电机运行环境恶劣、干扰严重的特点，从系 统的硬件设计、软件设计等多方面进行抗干扰的综合考虑，并利用多种软件和硬件技术来提 高和改善系统的抗干扰能力，有效地提高了系统的可靠性和实用性。系统实现了电机的高精 度多速度控制，达到了性能指标要求。 Abstract: SCM is an integrated circuit chip. It is the use of LSI technology, using PIC family of chips for low-cost DC motor control system design, to simplify the system structure, reducing system cost and enhance system performance and meet the needs of more applications. Harsh operating environment of the DC motor, serious interference from the system's hardware design, software design aspects of the comprehensive consideration of the anti-jamming, and use a variety of software and hardware technologies to enhance and improve anti-jamming capability of the system, effectively improve system reliability and practicality. System to achieve high-precision motor speed control to achieve the performance requirements. 关键字:直流电动机;电气传动;PWM控制技术;调速;可逆直流 Key words: DC motor; electric drive; PWM control technology; governor; reversible DC 1 概述 随着电力电子技术、微处理器技术的发展以及材料技术尤其是永磁材料技术的进步，电 气传动系统，包括交、直流电动机调速及伺服系统，正在向系统高性能、控制数字化、一体 化机电的方向发展。 直流传动系统控制简单、调速特性好，一直是调速传动领域中的重要组成部分。现代的 直流传动系统的发展方向是电动机主极永磁化及换向无刷化，而无刷直流电动机正是在这样 的趋势下发展起来的机电一体化电动机系统。一般意义上的无刷直流电动机(BLDCM)是 指方波无刷直流电动机。1975年无刷直流电动机首次出现在NASA报告中。1977年，出现 了采用钐钴永磁材料的无刷直流电动机。1986年，H.R.Bolton对方波无刷直流电动机系统 进行了全面的总结，这标志着方波无刷直流电动机系统在理论上、驱动控制 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 上已基本成 熟。今年来，虽然永磁直流电动机也随着永磁材料技术的发展而得到了性能的提高，依然在 直流传动系统中被广泛应用，但直流传动系统已经处于无刷直流电动机大规模普及与应用阶 段。 当今，自动化控制系统已经在各行各业得到应用和发展，而直流电动机控制作为电气传 动主流，在现代化生产中起着主要作用。长期以来，直流电动机因转速调节比较灵活，方法 3 简单，易于大范围内平滑调速，控制性能好等特点，一直在传动领域占有统治地位。随着现代化生产规模的不断扩大，各个行业对直流电动机的需求日益则增大，并对其提出了更高的要求。为此，研究并制造高性能。高可靠的直流电动机控制有着十分重要的现实意义。随着计算机技术的发展以及现代化控制理论的应用，用微型计算机取代传统的分立元件，通过软件编程来实现复杂的控制算法，对电动机的控制也产生了重大影响，使得现代电机控制变得既简单又经济，本问主要以MCS-51 单片机为核心，以PWM脉宽制法为理论的直流电动机控制系统设计 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，实现直流电动机的方向及速度控制。 自单片机出现至今，单片机技术已走过了近20年的发展路程。纵观20年来单片机发展历程可以看出，单片机技术的发展以微处理器(MPU)技术及超大规模集成电路技术的发展为先导，以广泛使用的应用领域拉动，表现出较微处理器更具个性的发展趋势。广泛使用的各种智能IC卡、民用豪华轿车的安全保障系统、录像机、摄像机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。综合起来，单片机广泛应用与仪器仪表 在电气传动中，广泛地应用PWM控制技术。PWM控制技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变成电压脉冲列，并通过控制电压脉冲宽度或周期以达到变压目的，或者控制电压脉冲宽度和脉冲列的周期以达到变压变频目的的一直控制技术。 半导体开关器件和PWM控制技术构成的直流斩波器课完成直流-直流电压变换(DC-DC变换)。改变脉冲的宽度或周期，在输入电压Ud不变的情况下，可以改变输出直流电压UL的大小，达到调压的目的。这种DC-DC“功率变压”广泛地应用于开关稳压电源、UPS以及步进电动机、直流电动机调速传动系统中。 至于PWM控制技术(又称PWM波生产法，PWM法)又有许多种，并且还在不断发展中。但从控制思想上分，可以把他们分成四类，即等脉宽PWM法，正弦波PWM法(SPWM法)，磁链追踪型PWM法和电流跟踪型PWM法。 等脉宽PWM法是为了克服PAM方式中逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压的缺点而发展而来的，是PWM法中最为简单的一种。它是一脉冲的宽度均相等。改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。其缺点是输出电压中除基波外，还包含较大的谐波分量。 SPWM法是为了克服等脉宽PWM法的缺点而发展来的。它从电动机供电电源的角度出发，着眼于如何产生一个可调频调压的三相对称正弦波电源。具体方法如图1所示，是以一个正弦波作为基准波(称为调制波)，用一列等幅的三角波(称为载波)与基准正弦波相交，由 4 它们的交点确定逆变器的开关模式:当基准正弦波高于三角波时，使相应的开关器件导通;当基准正弦波低于三角波时，使开关器件截止。由此，使逆变器的输出电压脉冲列特点是，在半个周期中等距、等幅(等高)、不等宽(可调)，总是中间的脉冲宽，两边的脉冲窄，两边的脉冲窄，各脉冲面积与该区间正弦波下的面积成比例，这样，输出电压中低次的谐波分量显然可以大大减小。 还有许多与上述SPWM法类似的PWM法， 如梯形波与三角波相交的方法，马鞍型波与三角波相交的方法等，据不完全统计已发表的有10余种之多。它们的着眼点都在于如何使变频器的输出电压更好地获得三相对称的正弦波。因而这些方法都可认为是SPWM法的派生方法，可归入SPWM法一类。 磁链追踪型PWM法与SPWM法不同，它是从电动机的角度出发的，着眼点在于如何使电动机获得圆磁场，它是以三相对称正弦波电压供电时交流电动机的理想磁链圆为基准，用逆变器不同开关模式所产生的实际磁链矢量来追踪基准磁链圆，由追踪的结果决定出逆变器的开关模式，形成PWM波。当然，这样所形成的PWM波也必然是三相对称的正弦波。 电气传动的PWM控制技术是调速传动的关键技术之一，是电气传动自动控制领域大家关心的热点。 2 直流电动机的PWM控制技术 2.1 直流电动机的PWM控制原理 众所周知，直流电动机转速n的表达式为 UIR,,aaa (r/min) ( 公式 小学单位换算公式大全免费下载公式下载行测公式大全下载excel公式下载逻辑回归公式下载 2-1) n,C,e 式中 ——电枢端电压(V) Ua ——电枢电流(A) Ia , ——电枢电路总电阻(); R,a ,——每级磁通量(Wb); C——与电机结构有关的常熟。 e 由式(2-1)可知，直流电动机转速n的可知方法可分为两类，即励磁可知法与电枢电压可知法。励磁控制法控制磁通,，其控制功率虽然较小，但低速时受到磁极饱和的限制， 5 高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制;而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差。所以常用控制方法是改变电枢电压调速的电枢电压控制法。 设直流电源电压为U,将电枢串联一个电阻R，接到电源U，则 dd (公式2-2) UUIR,,ada 显然，调节电阻R即可改变电压，达到调速的目的。但这种传统的调压调速方法，其效率甚低。因此，随着电子技术的进步，发展了许多新的电枢电压控制方法。如:由交流电源供电，使用晶闸管整流器进行相控调压;使用硅整流器将交流电整流成直流电或由蓄电池等直流电源供电，再由PWM斩波器进行斩波调压等。 晶闸管的相控调压或PWM斩波器调压比串电阻调压损耗小，效率高。而斩波调压比相控调压又有许多优点，如果需要的滤波装置很小甚至只利用电枢电感已经足够，不需要外加滤波装置;电动机的损耗和发热较小;动态响应快等。 图2-1为PWM斩波器的原理图及输出电压波形。在图2-1 a 中，假定晶体管V先导通1T秒(忽略V的管压降，这期间电源电压U全部加到电枢上)， 11d 图2-1 PWM斩波器原理图电路及输出电压波形 a:原理图 b:输出电压波 然后关断T秒(这期间电枢端电压为零)。如此反复，则电枢端电压波形如图2-1 b2 中所示。电机电枢端电压U为其平均值: a TT11,,, (公式2-3) UUUU,dddaTTT，12 式(公式2-3)中 TT11 (公式2-4) ,,,，TTT12 6 为一个周期T中，晶体管V导通时间的比率，称为负载率或占空比。使用下面三种,1 ,方法中的任何一种，都可以改变的值，从而达到调压的目的: (1)定宽调频法:T保持一定，使T在0-?范围内变化; 12 (2)调宽调频法:T保持一定，使T在0-?范围内变化; 21 (3)定频调宽法:T+ T=T保持一定，是T在0-T内变化。 121 不管哪种方法，α的变化范围均为0?α?1，因而电枢电压平均值U的调节范围为a0-U，均为正值，即电机只能在某一方向调速，称为不可逆调速。当需要早正、反向两个方d 向调速运转，即可逆调速时，就要使用2-2a所示的桥式(称为H型)斩波电路。 在图2-2a中，晶体管V、V是同时导通同时关断的，V、V也是同时导通同时关断的，1423 但V与V、V与V都不允许同时导通，否则电源U直接短路。设V、V先同时导通T秒后1234d141同时关断，间隔一定时间(为避免电源直接短路。该间隔时间成为死区时间)之后， 图2-2 桥式PWM斩波器原理电路及输出电压波形 a:原理图 b:输出电压波形 再使V、V同时导通T秒后同时关断，如此反复，则电机电枢端电压如图2-2b所示。 232 电机电枢端电压的平均值为 TTT,121 (21)UUU,,,addTTT，12 (公式2-5) ,,,(2),Ud ,由于0?α?1，U值的范围是 –UU，因而电机可以再正、反两个方向运转。 add 2.2 可逆直流PWM系统 直流电动机的可逆PWM控制，即电动机的双向控制，基本电路拓扑结构包括T型半桥电路和H型电路。T型半桥电路可以应用在双电源情况，而广泛采用的电路是H桥电路。可逆直流PWM控制中的H桥电路如图2-5所示。在下面的分析中，以图中所示的电枢电路电压及 7 其相应的转向方向为正方向。 图2-5 可逆直流PWM控制中的H桥电路 此外，根据在一个开关周期内，电枢两端所作用的电压极性的不同以及电路状态的不同，可逆PWM控制可以分为三种工作模式，即双极性模式、单极性模式和受限单极性模式。后两种还存在这=着各自的倍频模式。下面针对H桥功率电路对各种PWM模式予以分析。 3 直流电动机的单片机控制 基于以上各种PWM模式，可以实现直流电动机的调速控制。一些高性能单片机(Microsofttroller)具备丰富的硬件资源及较高的运算速度，可以实现包括PWM调速甚至电流环等在内的直流电动机控制。与由硬件构成的直流电动机控制电路相比较，具有电路简单、控制灵活等诸多优点，因此直流电动机采用单片机进行控制是必然的发展趋势。 在各种各样的单片机系列中，Microchip公司的PIC系列8位单片机为精简指令集(RISC)结构，具有实用、高速等诸多特点，体现了单片机微控器工业的新趋势。而且一些单片机系列集成了丰富的硬件资源，非常适合于直流电动机控制。 3.1 PIC系列单片机结构及原理 PIC中档系列单片机具有相类似的内部结构。可以将整个器件结构划分为三个部分，包括内部核心模块、外设功能模块以及特殊功能模块。 3.1.1内部核心模块 单片机的内部核心模块是使器件运行的基本部件，包括中央处理单元CPU和算术逻辑单元ALU、存储器、哈佛结构总线等。 8 (1)哈佛结构。PIC系列单片机采用哈佛结构如图3-6所示。即程序存储器和数据存储器具有各自独立的总线。独立总线使得在执行一条指令的同时，可以取下一条指令。 图3-6 PIC系列单片机的哈佛结构 在其精简指令集中，大多数指令为14位单字。程序存储器总线是14位宽，因此能在一个机器周期内完成整条指令的取指操作。14位指令中往往包括8位操作数，而数据存储器总线宽度为8位。这样，在访问程序存储器的同时，可通过独立的总线对数据存储器进行读写操作。 (2)中央出来单元CPU。中央处理单元CPU通过执行程序中的信息来控制器件的运行。其中许多指令是对数据存储器进行操作。对数据存储器的操作需要算术逻辑单元ALU。除了执行算术和逻辑操作外，ALU还控制状态位。一些指令的执行结果会根据结果的状态而改变状态位。 PIC系列单片机的算术逻辑单元中，PIC单片机中包含一个8位ALU和一个8位工作寄存器W。ALU是一个通用的算术逻辑单元，它对工作寄存器和数据存储器中的数据进行算术和布尔运算，包括进行加、减、移位和逻辑操作。除非特别指明，算术运算一般是以2的补码形式进行。 在2个操作数的指令中，典型情况下，其中一个操作数是在工作寄存器中，另一个操作数放在一个数据寄存器中或是一个立即数。在单操作数指令中，操作数放在W的寄存器中或是某个数据寄存器中。 根据所执行的指令中，ALU可以影响状态寄存器中的进位标志位C、辅助进位标志位DC和全零标志位Z。在减法操作中，C和DC位就分别作为借位和辅助借位标志位。 (3)程序存储器。部分PIC系列单片机采用Flash存储器结构，方便擦写存储。 为了能在程序存储器页之间跳转，必须修改程序计数器的高位锁存器PCLATH。可以通过在PCLATH中写入需要值来完成的。如果指令连续运行，无需任何用户的干预，程序计数器即可以跨越程序页面跨页。对于那些程序存储空间。 复位时，程序计数器会指向程序存储器的第0页地址0000h，即复位向量地址，也就是单片机复位时程序执行的入口地址。当响应中断时，程序计数器会指向中断向量地址P0004h。 9 (4)数据存储器。RAM数据存储器主要包括特殊功能寄存器SFR和同样寄存器GPR两部分。SFR是用来控制外设和内核功能的寄存器，而GPR则是数据存储器和改写的通用区域。 PIC系列单片机中的ram存储器的每个存储单元除具备普通存储器功能之外，还能实现移位、置位、复位和位测等通常只有寄存器才能完成的操作。从一个寄存器向另一个寄存器传送数据时，必须通过W 寄存器。这意味着所有寄存器之间的数据传送，都需要两个指令周期。整个数据存储器可以采用直接寻址或间接寻址来存取。 3.1.2外设功能模块 (1)通用I/O。 (2)定时器。 (3)捕捉/比较/脉宽调制模块。 (4)A/D输入模块。 (5)比较器。 (6)通用接口。 4 单片机控制的电路及程序 4.1系统构成(硬件部分) 图3-7所示为永磁直流电动机可逆控制系统的园路框图。系统的核心控制采用PIC16F873/876A单片机构成，在启停信号START为高电平时，通过采样速度指令信号和Uref方向信号DIR，生成双极性PWM信号，经死区延时及防直通互锁电路之后，输出到电路IR2110，驱动H桥功率电路。同时，采用电阻采样，对桥臂电流进行检测，输入单片机电压比较模块，生成电流保护信号。 10 图3-7 永磁直流电动机可逆控制系统的原理框图 实际上，在这一电路的基础上，可以进一步增加编码器进行速度的测量，同时对电流传感信号进行ADC转换，即可以构成直流电动机的双闭环控制。同时，如果采用霍尔效应电流传感器，可以增加隔离电路，使系统运行更加可靠。 4.1.1 硬件设计每个部分应该符合以下原则: (1)硬件电路设计与软件设计相结合优化硬件电路。 (2)可靠性及抗干扰设计。系统所用芯片数量越少越好。 (3)灵活的功能扩展。为以后系统优化、升级所用。 4.1.2直流伺服放大器连接电路 电路图如3-9所示，当+Set与-Set间的电压为0-10V时，可以通过电位器调节电机转速。 11 图3-9 伺服放大器连接电路 4.1.3电源电路 本系统的供电电压为市电，即220V交流。需要将其转化为5V、15V、25V的一些直流电，伺服放大器需要25V电，运放需要?15V电，转换芯片为+15V电，单片机、数码管、显示电源为+5V电，下图3-10为开关电源。 图3-10 开关电源 4.1.4基准电压电路 基准电压电路如下图所示。 图3-11 基准电压电路 4.1.5 PC机串行接口 目前Pc机普遍采用的一种串行通讯 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 也是RS一232C标准，它是美国电子工业学会(EIA)在1969年公布数据通讯标准。该标准定义了数据终端设备(firE)和数据通讯设备(DcE)之间的连接信号的含义及其电压信号 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 等参数。Pc机上的串行口有两个C删I和C0tt2，一般都是9针的接头(对于较新的计算机来说情况如此，而老式计算机可能有25针的接头)，这个接头且为公接头，25针的也是公接头(Pc机的串行口传输速度一般只能达到115200bps，而有些较高档的串行芯片可以提供到较高的传输速度，例如可达921600bps( 12 下表为引脚说明 引脚号 作用 方向 1 CD 数据载波检测 输入 2 RXD 接收数据 输入 3 TXD发送数据 输出 4 DTR 数据终端准备就绪 输出 5 GND 信号接地 6 DSR 数据设备准备就绪 输入 7 RTS 请求发送 输出 8 CTS 清除发送 输入 9 RI 振铃指示 输入 (1)对于发送有下列信号 RTS，请求发送，由计算机通知MODEM要发送数据，“0”有效;CRS清除发送，由MODEM到计算机，MODEM认为可以发送数据时，发出CTS作为回答，然后才可以发送;TXD发送数 据，由计算机到MODEM，计算机发出数据到MOD酬。 (2)对于接收有下列信号 RTS载波检测，接收线信号侧定器，由MODEM到计算机。当此信号出现时，表示MODEM已接收到通讯线路另一端MODEM送来的信号;RXD接收数据，由MODEM到计算机。MODEM将接收下来的数据沿接收数据线送到计算机终端;DSR数据装置就绪.即MODEM准备好，由MODEM到计算机，表示MODEM可以使用，O有效;RI振铃指示，由MODEM到计算机，MODEM若接到送来的振铃呼叫信号，就发出该信号来通知计算机;DTR数据终端就绪，由计算机到MODEM，计算机收到RI信号，作为回答，就发出DTR信号到MODEM,0有效(单片机与上位机串行通信接口电路如图 13 图3-12 单片机与上位机串行通信接口电路 4.1.6 复位电路 为了预防系统在突然情况下出现死机等问题，特设计复位电路进行对程序计数器的PC重新赋值并重新开始工作，根据此系列单片机的特点，采用典型的复位电路接法，不仅可以在上电时自动复位，还可以在程序运行中手动复位，手动复位只需要按下复位电路中的按键即可。 4.1.7 显示电路 LED即发光二极管，它是一种由某些特殊的半导体材料制作成的PN结，由于参杂浓度很高，当正向偏置时，会产生大量的电子--空穴复合，把多余的能释放变为光能。LED显示器具有工作电压低、体积小、寿命长(约十万小时)、响应速度快(小于lps)，颜色丰富等特点(LED的正向电压降一般在1(2,2(6V，发光工作电流在5mA,20mA。七段L即显示器由数个LED组成一个阵列，并封装于一个标准的外壳中。为适用于不同的驱动电路，有共阳极和共阴极两种结构。本文采用的是共阴极结构. 下图为共阴极接法电路 图3-12 共阴极接法原理 14 为了显示某个数或字符，就要点亮对应的段，这就需要译码。译码有硬件译码和软件译码。硬件译码电路的优点是计算机时间开销比较小，但硬件开支大(软件译码与硬件电路相比，省去了硬件译码器，其BCD码转换为对应的段码这项工作由软件来完成。 为了显示某个数或字符，就要点亮对应的段，这就需要译码。译码有硬件译码和软件译码。硬件译码电路的优点是计算机时间开销比较小，但硬件开支大(软件译码与硬件电路相比，省去了硬件译码器，其BCD码转换为对应的段码这项工作由软件来完成。 4.1.8转速测量电路设计 位置测量元件是闭环控制系统中的重要部件之一，它的作用是检测位移(角位移或线位移)并发出反馈信号，起着相当于人眼的作用。一个完善的闭环伺服系统，其定位精度和测量精度主要由测量元件决定，因此，高精度伺服系统对测量元件的质量要求相当高。光电编码器是现代伺服系统中必不可少的一种数字式速度和位置测量元件，被广泛应用于微处理器控制的闭环控制系统中。 4.2直流电动机软件设计 本文所做的软件开发是基于直流电机控制的基本功能要求设计的。该系统软件有主程序、功能键处理程序、电机运行显示程序、键盘设置参数程序、下载参数程序、测速程序、延时子程序等。 开机初始化后调用键盘扫描子程序看是否有键按下，没有按键按下则继续扫描，反复扫描键盘的过程为待机状态;有按键按下通过延时等待lOOms再检验该键是否连续保持闭合的状态，若闭合再调用按键查询子程序确认键值:是设置键A进入到键盘设置参数程序;是运行键D进入到电机运行程序;是下载键E进入到参数下载程序;其它键值则返回到待机状态。 主程序框图如下所示: 15 图4-1 主程序框图 4.2.1延时子程序 在按键按下或弹起时经常会出现一些毛刺，所以在首次检测到输入的值后，应添加一个延时程序，这个延时程序延时lOOms左右，延时后再检测输入的值，如果改变，则证明此时按键按下或弹起，读出的值是不准确的，再调用延时程序之后再继续察看。在按键查询和电机运行过程中系统都需要用到延时子程序，用来在程序的执行过程中插入,段延迟时间(对此有两种方案可供选择，一是利用PIC单片机内的硬件资源-可编程定时器，二是采用软件手动插入一段延时程序(本系统中采用多重循环结构的软件延时方法。见下图。 16 图4-2 延时子程序流程图 17 4.2.2 键盘扫描子程序图 图4-3 键盘扫描子程序流程图 4.2.3电机运行子程序 在电机运行过程中，需要先加速到第一个时间段设定的速度值，此后在不同的速度段之间加速或减速。在某一时间段电机恒速运行，最后一个时间段延时结束后电机减速至零返回到待机状态。在电机运行过程中要显示各项参数(电机运行子程序流程图如下图 18 图4-4 直流电机运行子程序流程图 4.2.4电机加减速子程序 在电机运行过程中本系统要实现10个时间段10个转速的控制。开始运行时需要加速到第一个设定的速度值，此后不同的时间段速度设定值可能变化很大。为此需要有一个平稳的加减速过程。根据技术要求加减速的值定为10r,s。电机加速子程序流程图如图 图4-5 直流电机加减速子程序流程图 4.2.5恒速运行子程序 在某一时间段电机恒速运行，时间显示为倒计时;测定的转速值可能有小范围的变化;其它值不变。在运行过程中还要判断是否有按键按下及是否待机键F，如果是则电机减速至零返回到待机状态。该时间段延时结束再经过加减速过程到下一个时间段的恒速运行。恒速运行子程序的流程图如图 19 图4-6 恒速运行子程序流程图 4.2.6 键盘设置参数流程图 在待机状态下按设置键A到设置参数状态，可进行各段位、时间和速度参数的设置或修改。在设置过程中，按运行键D到电机运行过程;按待机键返回待机状态，键盘设置参数子程序的流程图如图 20 图4-7 键盘设置参数子程序流程图 4.2.7下载参数子程序 在待机状态按下载键到下载参数状态。有参数传入则接收参数，同时为了验证接收到的参数是否正确，需要把接收到的参数再传到上位机。每接收一位就把该位上传到电脑。参数接收完后把对应的位合并为时间值或速度值。在下载过程中按待机键返回待机键态;下载参数子程序的流程如图 21 图4-8 下载参数子程序流程图 以上为直流电动机调速的主要核心部分，其他一些次要部分，在这里不再敷述。其中，主程序源代码见论文附录。 5 总结 论文对直流电机多速控制系统的设计和实现做了大量的工作，从开始的方案、软硬件的设计到组装调试以及最后的系统功能实现，整个系统基本上是我独立完成。 完成了以PIC单片机为控制系统核心的硬件设计，完成了输入模块、输出模块以及外围电路等模块的设计。通过优化电路，提高整个硬件系统的可靠性，实现了系统的预定功能;给出了以PIC单片机作为整个控制系统为核心的整体软件设计思路，完成系统的组装并对系统进行了软硬件综合调试，运行结果表明各项参数符合技术要求。 在完成论文过程中，我学习与掌握了PIC单片机的基本原理及其应用，对它的各种硬件接口与软件设计方法有较深入的认识;对控制系统的动、静态性能及其控制方法有了一定的认识;本设计重点在于应用，因此在设计过程中使自己的动手能力得到锻炼，同时提高了解决实际问题的能力。 22 由于时间、条件和个人水平及经验所限，本课题的研究还有许多工作要做，直流调速控制系统的控制方案层出不穷，并且控制效果也越来越好，系统还需进一步研究的部分在于:将智能控制方法应用于本控制系统，开发出功能更好的伺服放大器:软件系统功能模块需要进一步优化，把汇编语言改为c语言，便于程序的移植;系统可升级为具有正反转和定位功能;硬件部分电路可以进一步改进，例如采用功能更加强大的16位单片机等。 致谢 于杨老师在我作论文的整个过程中给予充分而细致的指导，在此表示衷心的感谢。 参考文献 [1] 黄延球，基于16位单片机的无刷直流电动机控制系统[J]，世界电子元器件，2008(5) [2] 韩军、周镜平，基于PIC单片机的直流电动机控制系统[J]，制造业工业化，2011(01) [3] 刘凡，基于单片机的直流电动机控制系统设计[J]，化学工程与装备，2010(07) [4] 张洋， 基于C8051F005的无刷直流电机控制系统，科技创新导报，2008 [5] 陈敏、邓颖， LPC2141的无刷直流电机控制系统设计， 单片机与嵌入式系统应用，2010 [6] 廖伟强等， 基于89C2051的直流电机控制系统， 电动工具，2006 [7] 赵乾宏等， 基于PIC单片机的永磁无刷直流电机控制系统， 微计算机信息，2005 [8] 陈德益， 基于嵌入式单片机的电机控制系统设计，计算机仿真，2010 [9] 袁愿、廖冬初， 基于TMS320LF2407A的无刷直流电机控制， 湖北工业大学学报，2007 [10] 周美兰、贾成禹，一种直流电机数字控制系统的设计与实验研究， 黑龙江大学自然科学学报，2009 [11] 吴宝启等. 基于单片机的无刷直流电机控制方案设计，煤矿现代化，2009 [12] 丁峰、许建明， 基于单片机的直流电动机控制系统研究， 硅谷，2011 [13] 王瑾， 基于单片机的直流电动机控制系统研究， 中国科技信息，2011 [14] 陈涛等，基于DSP的无刷直流电机模糊PID控制系统设计， 国外电子测量技术，2010 [15] 马新，张一鸣， 基于新型单片机的无刷直流电机控制系统，微计算机信息，2008 [16] 孙立志，PWM与数字化电动机控制技术应用，现代工业自动化技术，2008 [17] 吴守箴、臧英杰，电气传动的脉宽调制控制技术，电气自动化，2000 23 附 录 主程序如下: #include typedef unsigned int uint; typedef unsigned char uchar; typedef unsigned char UINT8; code UINT8 SEGM[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x3F,0x82,0xf8,0x80,0x90}; code UINT8 SELE[8]={0x7f,0xbf,0xdf,0xef,0xf7,0xfb,0xfd,0xfe}; sbit P30=P3^0; #define period 10 //宏定义周期为10毫秒 #define S1 0x0e #define S2 0x0d #define S3 0x0b 调档 #define S4 0x07 //P3.3按键 uint count=0,pwm_h,Freq; //county为定时时间(ms) pwm_h输出为高电平 时间 24 /*********************************** 函数名:delayms() 功 能: 延时大约K毫秒 参 数:k 返回值:无 ************************************/ void delayms(uint k) { uint i,j; for(i=k;i>0;i--) for(j=125;j>0;j--) ; } /*********************************** 函数名:init() 功 能: 定时器初始化 参 数:无 返回值:无 ************************************/ void init() { TH0=(65536-1000*110592/2/12/Freq)/256; //定时1毫秒 TL0=(65536-1000*110592/2/12/Freq)%256; TMOD=0x01; //定时器0模式1 IE=0x82; //开中断 TR0=1; } 25 /*********************************** 函数名:turn_gears() 功 能: 根据按键选择档位共4档(调速) 参 数:无 返回值:无 ************************************/ /*void turn_gears() //gears英文为单位的意思 { uchar gears; if(k1==0) { delayms(25); //按下去抖 if(k1==0); { while(k1==0); //等待按键松开 delayms(25); //松开去抖 if(k1) { switch(gears) //判档 { case 0:P0=0xFC;pwm_h=2;break; //0档数码管显示0 case 1:P0=0xBB;pwm_h=3;break; //1档数码管显示1 case 2:P0=0xC0;pwm_h=4;break; //2档数码管显示2 case 3:P0=0x30;pwm_h=5;break; //3档数码管显示3 default:break; } gears++; //按一次档位+1 if(gears>=4) //超过4档后清0 gears=0; } 26 } } } */ uchar Key_scan() { uchar key; if((P3 & 0x0f)==0x0f) return(0xff); delayms(10); if((P3 & 0x0f)==0x0f) return(0xff); key=P3 & 0x0f; if((P3 & 0x0f)!=0x0f); return(key); } void turn_gears() { uchar temp; uchar stop=0; temp=Key_scan(); switch(temp) { case S1: P0=SEGM[1]; P2=0xfe; pwm_h=2; break; case S2: 27 P0=SEGM[2]; P2=0xfe; pwm_h=4; break; case S3: P0=SEGM[3]; P2=0xfe; pwm_h=6; break; case S4: P0=SEGM[5]; P2=0xfe; pwm_h=stop; break; } } /*********************************** 函数名:time0() 功 能: 定时器T0中断 参 数:无 返回值:无 ************************************/ void time0() interrupt 1 { TH0=(65536-1000*110592/2/12/Freq)/256; 28 TL0=(65535-1000*110592/2/12/Freq)%256; if(count==pwm_h) //判断是第几档 P30=1; //在该档后输出都是高点平直到1周期结束 count++; if(count==period) //判断是否1周期了 { count=0; P30=0; //1周期后输出低电平继续下周期 } } /*********************************** 函数名:main() 功 能: 调用子程序 参 数:无 返回值:无 ************************************/ void main() { uchar Key_scan(); void turn_gears(); init(); while(1) { P0=0xbF; P2=0xfe; turn_gears(); } } 29