PWM控制直流电机实验报告

PWMPWM 控制直流电机实验报告控制直流电机实验报告 1 PWM 控制直流电机实验 一 实验目的一 实验目的 1 熟悉 PWM 调制的原理和运用 2 熟悉直流电机的工作原理 3 能够读懂和编写直流电机的控制程序 二 实验原理 二 实验原理 运动控制系统是以机械运动的驱动设备 电机为控制对象 以控制器为 核心 以电力电子器件及功率变换装置为执行机构 在自动控制理论的指导下 组成的电气传动自动控制系统 这类系统控制电机的转矩 转速和转角 将电 能转换为机械能 实现运动控制的运动要求 可以看出 控制技术的发展是通 过电机实现系统的要求 电机的进步带来了对驱动和控制的要求 电机的发展 和控制 驱动技术的不断成熟 使运动控制经历了不同的发展阶段 1 1 直流电机的工作原理 直流电机的工作原理 直流电机的原理图 图中 固定部分有磁铁 这里称作主磁极 固定部分还有电刷 转动部 分有环形铁心和绕在环形铁心上的绕组 其中 2 个小圆圈是为了方便表示 该位置上的导体电势或电流的方向而设置的 上图表示一台最简单的两极直流电机模型 它的固定部分 定子 上 装设了一对直流励磁的静止的主磁极 N 和 S 在旋转部分 转子 上装设电 枢铁心 定子与转子之间有一气隙 在电枢铁心上放置了由 A 和 X 两根导体 连成的电枢线圈 线圈的首端和末端分别连到两个圆弧形的铜片上 此铜片 称为换向片 换向片之间互相绝缘 由换向片构成的整体称为换向器 换向 器固定在转轴上 换向片与转轴之间亦互相绝缘 在换向片上放置着一对固 定不动的电刷 B1 和 B2 当电枢旋转时 电枢线圈通过换向片和电刷与外电 路接通 当给电刷加一直流电压 绕组线圈中就有电流流过 由电磁力定律可知 2 导体会受到电磁力作用 导体处于 N 极下与电刷 A 接触电流向里流 产生电 磁力矩为逆时针 导体处于 S 极下与电刷 B 接触电流向外流 产生电磁力矩 仍为逆时针 转子在该电磁力矩作用下开始旋转 2 2 PWMPWM 调制原理调制原理 脉冲宽度调节 PWM 是英文 Pulse Width Modulation 的缩写 简称 脉宽调制 它是利用微控制器输出的数字信号来控制模拟电路的 ON 或 OFF 广泛应用于测量 通信 功率控制与变换等许多领域 PWM 信号只有两种状态 高电平和低电平 对于一个给定的周期来说 高电 平所占的时间和总的一个周期时间之比叫做占空比 电机的速度与施加的平 均电压成正比 输出转矩则与电流成正比 直流电机高效运行的最常见方法 是施加一个 PWM 脉宽调制 方波 其通 断比率对应于所需速度 即直流 电机的转速正比于在一个周期内 PWM 的电压有效值 电机起到一个低通滤波 器作用 将 PWM 信号转换为有效直流电平 PWM 驱动信号很常用 因为使 用微处理器的控制器很容易产生 PWM 信号 虽然用精确的脉冲宽度可以调 节电机的速度 实际应用中的 PWM 频率却是可变的 驱动器由功率电子器件和集成电路等构成 其功能是 接受电动机的启 动 停止 制动信号 以控制电动机的启动 停止和制动 接受位置传感器 信号和正反转信号 用来控制逆变桥各功率管的通断 产生连续转矩 接受 速度指令和速度反馈信号 用来控制和调整转速 提供保护和显示等等 系统的软件设计 本系统编程部分工作采用 KELI C51 语言完成 采用模块化的设计方法 与各子程序做为实现各部分功能和过程的入口 完成键盘输入 按键识别 和功能 PWM 脉宽控制和数码管显示等部分的设计 单片机资源分配如下表 P0显示模块接口 P1键盘模块接口 键盘中断 P1 0 P1 1PWM 电机驱动接口系统时钟 PWM 脉宽控制 本设计中采用软件延时方式对脉冲宽度进行控制 延时程序函数如 下 延时函数 delays uchar i 3 for i 5000 i 0 i 键盘中断处理子程序 采用中断方式 按下键 完成延时去抖动 键码识别 按键功 能执行 要实现按住加 减速键不放时恒加或恒减速直到放开停止 就需在判断是否松开该按键 时 每进行一次增加 减少一定的占空比 显示子程序 利用数组方式定义显示缓存区 缓存区有 8 位 分别存放各个数码管要 显示的值 定时中断处理程序 采用定时方式 1 因为单片机使用 12M 晶振 可产生最高约为 65 5ms 的延时 对定时器置初值 B1E0H 可定时 20ms 即系统时钟精度可达 0 02s 当 20ms 定时时间到 定时器溢出则响应该定时中断处理程序 完成对定时器的再次赋值 并对全 局变量 time 加 1 这样 通过变量 time 可计算出系统的运行时间 三 软件编程三 软件编程 对于电机的启停 在 PWM 控制上使用渐变的脉宽调整 即开启后由停止匀加 速到默认速度 停止则由于当前速度逐渐降至零 这样有利于保护电机 键盘 处理上采用中断方式 不必使程序对键盘反复扫描 提高了程序的效率 测试程序 include sbit jia P3 4 sbit jian P3 5 sbit zf P3 6 sbit in1 P1 0 sbit in2 P1 1 sbit pwm P1 2 sbit wela P2 7 sbit dula P2 6 int zf flag 1 int num 00 int T N 100 unsigned char code table1 0 x3f 0 x06 0 x5b 0 x4f 0 x66 0 x6d 0 x7d 0 x07 0 x7f 0 x6f unsigned char code table2 0 xfe 0 xfd void delay int k int i j for i k i 0 i for j 1000 j 0 j 4 void key if jia 0 delay 1 if jia 0 if num 100 num else num 100 while jia 0 if jian 0 delay 1 if jian 0 if num 0 num else num 0 while jian 0 if zf 0 delay 1 if zf 0 zf flag zf flag while jian 0 void display dula 0 wela 0 dula 1 5 P0 table1 num 10 dula 0 wela 1 P0 table2 0 delay 3 wela 0 dula 1 P0 table1 num 10 dula 0 wela 1 P0 table2 1 delay 3 wela 0 void main TMOD 0 x01 TH0 65535 1000 256 TL0 65535 1000 256 EA 1 ET0 1 TR0 1 pwm 1 while 1 key display if zf flag 1 in1 1 in2 0 else in1 0 in2 1 void Timer0 interrupt 0 6 TH0 65535 1000 256 TL0 65535 1000 256 T N if T N