基于51单片机的闭环控制 附带源程序.doc

《电气技术》研究生课程设计报告题目基于 51 单片机的直流电机 PID 调速系统学院机械与汽车工程学院专业班级车辆工程学号 2216018520 23 学生姓名木飞指导教师完成日期 2017 年 01月 12日 1 引言 研究对象介绍 选题的目的和意义直流电动机具有良好的起动、制动性能,宜于在大范围内平滑调速, 在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看, 直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础, 采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成,控制系统的硬件部分非常复杂,功能单一, 而且系统非常不灵活、调试困难, 阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。 2 设计原理、方法及概述 设计原理及方法直流电动机根据励磁方式不同,直流电动机分为自励和他励两种类型。不同励磁方式的直流电动机机械特性曲线有所不同。但是对于直流电动机的转速有以下公式: n= -TR 内/ 其中: U—电压; R内—励磁绕组本身的电阻; —每极磁通(Wb) ; Cc—电势常数; Cr—转矩常量。由上式可知, 直流电机的速度控制既可采用电枢控制法, 改变电枢回路电阻, 也可采用磁场控制法。对于要求在一定范围内无级平滑调速系统来说, 以调节电枢供电电压的方式为最好。改变电阻只能是有级调速; 减弱磁通虽然能够平滑调速, 但是调速范围不大, 往往只是配合调压方案, 在基速( 额定转速) 以上做小范围的减弱升速。因此,自动控制的直流调速往往以变压调速为主。本文主要研究了利用 MCS-51 系列单片机,通过 PWM 方式控制直流电机调速的方法。 PWM 控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最广泛应用的控制方式, 也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限, 结合现代控制理论思想或实现无谐振软开关技术将会成为 PWM 控制技术发展的主要方向之一。 设计总概述以直流电机电枢上电压的占空比来改变平均电压的大小,从而控制电动机的转速为依据, 实现对直流电动机的平滑调速, 并通过单片机控制速度的变化。本文所研究的直流电机调速系统主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提,是整个系统执行的基础,它主要为软件提供程序运行的平台。而软件部分, 是对硬件端口所体现的信号, 加以采集、分析、处理, 最终实现控制器所要实现的各项功能, 达到控制器自动对电机速度的有效控制。但是此设计中电机只需要正转,所以相对来说简单点。 3 硬件设计 8051 单片机简介 AT89C52 是一个低电压,高性能 CMOS 8位单片机,片内含 8k bytes 的可反复擦写的 Flash 只读程序存储器和 256 bytes 的随机存取数据存储器(RAM) ,器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准 MCS-51 指令系统,片内置通用 8位中央处理器和 Flash 存储单元, AT89C52 单片机在电子行业中有着广泛的应用。 AT89C52 有 40 个引脚, 32 个外部双向输入/ 输出(I/O) 端口,同时内含 2 个外中断口, 3个 16 位可编程定时计数器,2 个全双工串行通信口,2 个读写口线, AT89C52 可以按照常规方法进行编程, 也可以在线编程。其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起, 特别是可反复擦写的 Flash 存储器可有效地降低开发成本。部分功能如下: (1) 8kB 可反复擦写( 大于 1000 次)Flash ROM; (2) 32 个双向 I/O 口;(3) 256x8bit 内部 RAM; (4)3个 16 位可编程定时/ 计数器中断; (5) 时钟频率 0-24MHz; (6)2 个串行中断,可编程 UART 串行通道; (7)2 个外部中断源,共 8 个中断源; (8)2 个读写中断口线, 3 级加密位; 直流电机设计中采用直流电机, 自带高精度的磁编码器, 性能介绍如图一所示, 接线说明如图二所示: 性能介绍图一接线图二 L298N 恒压恒流桥式 2A 驱动芯片 L298N ,简称 H 桥。 L298 是 SGS 公司的产品,比较常见的是 15脚 Multiwatt 封装的 L298N ,内部同样包含4 通道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机, 或一个两相步进电机。 L298N 芯片可以驱动两个二相电机, 也可以驱动一个四相电机,输出电压最高可达 50V ,可以直接通过电源来调节输出电压; 可以直接用单片机的 IO 口提供信号; 而且电路简单, 使用比较方便。 L298N 可接受标准 TTL 逻辑电平信号 VSS , VSS 可接 ~