(毕业论文)基于单片机AT89S52的直流电机PWM调速控制系统.doc

单片机课程设计
题目:直流电机调速系统的设计
学院:电气与电子工程
专业:自动化
班级:100304
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指导教师:


2013年6月7日
第一章: 摘要
摘要:
直流电机的定义:将直流电能转换成机械能(直流电动机)或将机械能转换成直流电能(直流发电机)的旋转电机。
近年来,随着科技的进步,直流电机得到了越来越广泛的应用,直流具有优良的调速特性,调速平滑,方便,调速范围广,过载能力强,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无极快速起动、制动和反转,需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求,从而对直流电机提出了较高的要求,改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求,这是通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。
采取传统的调速系统主要有以下的缺陷:模拟电路容易随时间飘移,会产生一些不必要的热损耗,以及对噪声敏感等。而用PWM技术后,避免上述的缺点,实现了数字式控制模拟信号,可以大幅度减低成本和功耗。并且PWM调速系统开关频率较高,仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得平滑的直流电流,低速特性好;同时,开关频率高,快响应特性好,动态抗干扰能力强,可获很宽的频带;开关元件只需工作在开关状态,主电路损耗小,装置的效率高,具有节约空间、经济好等特点。
随着我国经济和文化事业的发展,在很多场合,都要求有直流电机PWM调速系统来进行调速,诸如汽车行业中的各种风扇、刮水器、喷水泵、熄火器、反视镜、宾馆中的自动门、自动门锁、自动窗帘、自动给水系统、柔巾机、导弹、火炮、人造卫星、宇宙飞船、舰艇、飞机、坦克、火箭、雷达、战车等场合。
直流电机工作原理
,磁极N、S间装着一个可以转动的铁磁圆柱体,圆柱体的表面上固定着一个线圈abcd。当线圈中流过电流时,线圈受到电磁力作用,从而产生旋转。根据左手定则可知,当流过线圈中电流改变方向时,线圈的受方向也将改变,因此通过改变线圈电路的方向实现改变电机的方向。
直流电动机电路模型
直流电机PWM调速原理
(1)直流电机转速
,由图可见电机的电枢电动势Ea的正方向与电枢电流Ia的方向相反,Ea为反电动势;电磁转矩T的正方向与转速n的方向相同,是拖动转矩;轴上的机械负载转矩T2及空载转矩T0均与n相反,是制动转矩。
直流电机的数学模型
根据基尔霍夫第二定律,:
U=Ea-Ia(Ra+Rc)……………………………………………
,Ra为电枢回路电阻,电枢回路串联保绕阻与电刷接触电阻的总和;
Rc是外接在电枢回路中的调节电阻。
由此可得到直流电机的转速公式为:
n =Ua-IR/CeΦ……………………………………………
,Ce为电动势常数,Φ是磁通量。

n =Ea/CeΦ………………………………………………
,对于一个已经制造好的电机,当励磁电压和负载转矩恒定时,它的转速由回在电枢两端的电压Ea决定,电枢电压越高,电机转速就越快,电枢电压降低到0V时,电机就停止转动;改变电枢电压的极性,电机就反转。
(2)PWM电机调速原理
对于直流电机来说,如果加在电枢两端的电压脉动电流压(要求脉动电压的周期远小于电机的惯性常数),可以看出,在T不变的情况下,改变T1和T2宽度,得到的电压将发生变化。
。
占空比与电机转速的关系
由图看出转速与占空比D并不是完全速的线性关系(图中实线),原因是电枢本身有电阻,不过一般直流电机的内阻较小,可以近视为线性关系。
由此可见,改变施加在电枢两端电压就能改变电机的转速成,这就是直流电机PWM调速原理。
:
任务: 单片机为控制核心的直流电机PWM调速控制系统
设计的主要内容以及技术参数:
功能主要包括:
直流电机的正转;
直流电机的反转;
直流电机的加速;
直流电机的减速;
直流电机的转速在数码管上显示;
直流电机的启动;
直流电机的停止;
第二章:总体设计方案
总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示。
数码管显示
按键控制
单片机
PWM电机驱动
键盘向单片机输入相应控制指令,,另一口输出低电平,经过信号放大、光耦传递,驱动H型桥式电动机控制电路,实现电动机转向与转速的控制。电动机的运转状态通过数码管显示出来。电动机所处速度级以速度档级数显示。正转时最高位显示“三”,