直流电机转速测控毕业设计答辩PPT.ppt

论文题目：单片机应用系统设计及仿真 -基于proteus的直流电机转速测控系统设计及仿真 答辩人: 学 号： 专 业: 指导老师: 毕业毕业论文论文答辩答辩 日期：2012年06月13日 论文框架 1.研究背景及意义 2.课题介绍 3.硬件结构 4.pwm脉宽调制 5.ir2110电机驱动 6.光电编码器 7.键盘/显示器 背景及意义 u背景 随着电力电子技术、微电子技术及控制理论的发展，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，这时通 过pwm方式控制直流电机调速的方法就应运而生。在很多 场合，都要求有直流电机pwm调速系统来进行调速，如许 多民用与商用领域仍拥有广泛用途，在电机学习研究中具 有其独特的优秀经典价值，本课题用单片机方式实现直流 电机传动的基本控制功能。 u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 课题介绍 本系统采用at89c51单片机控制输出数据，由pwm 信号发生电路产生pwm信号，经过ir2110驱动电路驱 动电机，通过光电编码器测得电机转速，然后把测得的转 速反馈到单片机，单片机经运算后输出pwm信号控制电机 运转。系统实现了转速的实时显示、键盘操作等功能，并 能保持稳定的工作状态。 利用at89c51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、增强系统性能、 满足更多应用场合的需要。系统总体设计框图如下： 单 片 机 pwm 信号 产生 电路 驱动 电路 直流 电机 单 片 机 光 电 编 码 器 pwm技术控制电机运行的原理 u pwm的基本原理 pwm（脉冲宽度调制）是通过控制固定电压直流电源的开 关，改变负载两端的电压，从而达到控制要求的电压调整 方法。它可以应用在许多方面，比如：电机调速、温度控 制、压力控制等。 在pwm驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通 和断开电源，并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开 ”时间的长短。即通过改变直流电机电枢上电压的“占空比” 来达到改变平均电压大小的目的，从而来控制电动机的转 速 。pwm方波如图所示： pwm技术控制电机运行的原理 u 设电机始终接通电源时，电机转速最大为vmax，设占空 比为d= t1 / t，则电机的平均速度约为va = vmax * d，其中va指的是电机的平均速度；vmax 是指电机在全 通电时的最大速度；d = t1 / t是指占空比。 u 由上式可见，当改变占空比d = t1 / t时，就可以得到不 同的电机平均速度va，从而达到调速的目的。严格来说， 平均速度va 与占空比d并非严格的线性关系，但是在一般 的应用中，可以将其近似地看成是线性关系。 u 直流电机pwm调速的基本原理如图： pwm技术控制电机运行的原理 u 可控开关s以固定的周期重复地接通和断开，当开关s接通 时，直流供电电源u通过开关s施加到直流电机两端，电机 在电源作用下转动，同时电机电枢电感存储能量：当开关s 断开时，供电电源停止向电动机提供能量，但此时电枢电 流仍然产生电磁转矩使得电机继续旋转。开关s重复动作时 ，在电机电枢两端就形成了一系列的电压脉冲波形，如图 所示： pwm技术控制电机运行的原理 u pwm波可以由具有pwm输出的单片机通过编程来得以产 生，也可以采用pwm专用芯片来实现。当pwm波的频率 太高时，它对直流电机驱动的功率管要求太高，而当它的 频率太低时，其产生的电磁噪声就比较大，在实际应用中 ，当pwm波的频率在18khz左右时，效果最好。在本系 统内，采用了两片4位数值比较器4585和一片12位串行 计数器4040组成了pwm信号发生电路。 u 两片数值比较器4585，即图上u2、u3的a组接12位串 行4040计数输出端q2q9，而u2、u3的b组接到单片 机的p1端口。只要改变p1端口的输出值，那么就可以使得 pwm信号的占空比发生变化，从而进行调速控制。 ir2110电机驱动 ir2110电机驱动 电枢上的工作电压是双极性矩形脉冲波形，由于存在着机械 惯性的缘故，电动机转向和转速是由矩形脉冲电压的平均 值来决定的。 设pwm波的周期为t，hin为高电平的时 间为t1，这里忽略死区时间，那么lin为高电平的时间就 为t-t1。hin信号的占空比为d=t1/t。设电源电压为v ，那么电枢电压的平均值为： u vout= t1 - ( t - t1 ) v / t = ( 2 t1 t ) v / t= ( 2d 1 )v u 系统电路经过单片机控制的pwm信号产生电路送来pwm 信号，经过功率放大电路，形成输出电压的波形图如图： 检测回路- 光电编码器 检测回路利用光电编码器将转速直接转换成数 字信号送入单片机进行处理。 光电编码盘是将测得的角位移转换成为相应的 电脉冲信号输出的数字传感器，本设计采用增量 式光电编码器来采样转速信号，增量式编码器是 专门了用来测量转动角位移的累计量。 转速检测的精度和快速性对电机调速系统的静 、动态性能影响极大。为了在较宽的速度范围内 获得高精度和快速的数字测速，本设计使用每转 1024线的光电编码器作为转速传感器，它产生 的测速脉冲频率与电机转速有固定的比列关系， 微机对该频率信号采用m/t法测速处理。 m/t法测速原理是在对光电编码器输出的测 速脉冲数m1进行计数的同时对时钟脉冲的个数 m2也进行计数。原理如下图所示： 检测回路- 光电编码器 测速时间td由测速脉冲来同步，即由如图电路实现td等于 整m1个脉冲周期。设从图上a点开始，计数器分别对m1和 m2计数，到达b点，预计的测速时间tc到，微机发出停机 指令，但因为tc不一定恰好等于整数个编码输出脉冲周期 ，所以计数器仍对时钟脉冲计数，直到c点时，可以利用下 一个转速脉冲上升沿（即c点）触发数字测速硬件电路使计 数器停止