PWM控制电机调速系统

1、摘要：提出一个基fPWM控制的直爲电机控制系缆,从硬件电路和软件设廿两 方面进展系貌设廿，介鉛了调速系统的整体设it思路、硬件电路和控制算法。下 位机呆用MPC82G516实现锁件PWM的綸出，从而控制电机的电枢电压,并显示 电机调速结果。上位机采用LABVIEWS：件,实现实时跟踪与显示。最后对控制系 貌进展实醴，并对数据进展分折，結果说明该系统调速时间婕，稳定性能好，« 有较好的腔制效果。I®着廿算机腔制技术的开展，I8处理器已经广泛使用于直流传动系统，实现 了全数字化控制。电机果用fit处理器控制的电压、电流、转矩、转速、转角等, 实现全数字直流调速，控制様度、可靠性

2、、稳定性、电机的II能得到提高。目前, PWM调速成为电机调速的新方式，并凭借开关颛率高、低速运稳定、动态 1-65-611能优良、效率高等优点,在电机调速中被普遍运用o但很名文献提 到的PWM信号，多釆用軟件PWMiB速，即通il单片机的中Wi实现，缺点是占 系统资源，易受系貌中Bi影响和干扰，造成系统不稳定。本文将it对这一点，设 it一种基于硬件PWM控制，调速时间更短的电机调速系统,并具有较好的稳 定性能。一、电机控制系统的整体设it1.1系竦整体扱廿泉理图系统整体设廿如图1所示，主要原理框图BIS： LCD显示、按盘输人、测速模块、 PWM调速模块皿局部。电路原理图如图2所示：SI*

3、-1SR(=九屮Mbr. s 7：.ktsr*-'JOO”* rx力：4 srrr: krz 芥 s4-' TT7； d-'=:=+ VL 车+2k hfner:兀?:# =2W知知XM沁恥沁l.FKQLQDW图21.2 PWM信号PWM信号的产生采用硬件PWM信号，即不呆用中翫实现PWM信号，而是利 用单片机MPC82G516的PCA模式,PCA设置成PWM模式直接产生PWM信号。 频率取决于PCA定时器的时鉀源，占空比取决于模快捕获存朋器CCAPNL与扩展 的第9位ECAPNL的值。由干使用9位比扯，输出占空比可以真正实现0%到100% 可调，占空比廿算公式为：占空

4、比=1 -ECAPnH, CCAPnH)/256在电源电压Ud不变的悄况下，电枢常电压的平决于占空比n的大小。通11改变n的值可以改变电柜竭电压的平均ffl, M而舅达调速的目的。1.3 «!速模块 测速模快采用自带霍尔传感器并具有整形助能的直流电机调速机J1,该模快能 实现电机正反转、測速、调速助能，并自带整形芯片，调试效果较好。通过霍尔 传感器把测速脉冲信号送单片机P3.2,由单片机P1.0送到测速模快第5脚， 腔制电机正反转。PWM信号由P1.2送到测速模块第3 N,实现电机的调速。1.4 I/O接口电路输人模快呆用4个按建S1、S2、S3、S4,接在单片机P1.4、P1.5、

5、P1.6、P1.7, 分别实观启动、加速、扩展助能、减速功能。电机正艮转控抽由P1.0送到测速 模块第1 io输岀显示模快呆用LCD1602,是一种置8192个16*16点汉字 库和128个16*8点ASCII字符集图形自眸液晶显示器，它主要由行驱动器/ 列驱动器员128x32全点阵液晶显示器组成，可完戒图形显示，也可以显示 7.5x2个（16x16点阵）汉字，与外部CPU接口采用并行或串行方式控制。二、电机调速系统的软件设计2.1程序滴程图当系貌启动后，单片机进展初始化设置，单片机检测是否有建按下，再执行按谜 子程序，读取键值，调用中Bi,主单片机将传感器输人的信号进展it算，控JiJPWM

6、 的输岀，从而控制电机的转速，依次循坏使电机范于稳定值。系统主程序框图血 图3所示。豆:示莽迫*空赢注三4INTO丰駅d图32.2上位机款件系统由计算机腔制单片机，从而腔制直流电机的速度，PC机他为上位机，单片 机作为下位机。为了便于查陶和保存数据以员通il PC HliBlfiS电机速度。上 位机采用美国NI公司LabVIEW軟件。LabVIEW是一种图形编程诸言，通常称 为G培言，具有开放的坏境，能和第系统通il PC机与单片机串口实现三方軟 件轻松连接通讯，沟成一个数据采集系统。4为LabVIEW軟件程图序框图。D-图4三、系缆割试与分林PWM信号的输出，实现对直流电机转速进展控的方法。

7、利用上位机LabVIEW狀件，可隔到电机调速结果。图5为电机空颈悄况下的调速结果，测量数据结果如表1o表1 =于.叵注加討*奁谊.速&尹厂o+J53+-'沁+J刃十，7+-1图5数据分flh启9K,电机I专速从零上升到53 r/s,只需用6s,并很快赶干稳定；加速段，电机转速从53r/s上升到86 r/s,只需用5s,并很快趋于稳定；减速段,电机转速从86r/s下降到53 r/s,只需用7s,并很快體于稳定。 从数据中看出，通il PWM调速，电机转速变化至稳定，IK设不考虑按担灵敏 ®,根本保持在5s左右，并能很快亀于稳定，较好地满足设廿要求。x PWM调速程序介给

8、PWM调速通过改变一定顒率方波脉冲的占空比来改变电机速度，本设廿脉冲周 期恒定，本设计通过把方波分1)5160ffL改变上下脉冲的倫数来改变PWM的波形, 单片机PWMigJ速的程序代码如下所示：void control()EA=1;while(1)if(a>=150)a=150;if(a<=10)a=10;P1_1=0;delay(160-a);P1_1=1；delay(a);key=GeyKey();if(key='-') a-=n;elseif(key='+') a+=n;elseif(key='=') P1_0=1;dprin

9、tf(0,72,"方向：顒时If);elseif（key='c'） P1_0=0;dprintf(0,72,"方向：逆时 if);elseif(key='*') PU=0;break;elseif(key!=0)break;EA=0;总结本设计中，凋速是系统的主要功能，通过研究直流电动机的机植特性，得岀 了几种常见的改变转速的方法，因调压调速可实现额定转速以下大围平滑调速， 并冃在整个调速围机械特US®不变。这种方法在直流电力拖动系貌中被广泛呆 用。为了使系统能18证稳定的前提下实观转速无静差，且能够快速起制动,重虑 介给了转速、电

10、浦双Ifl坏控初系筑。转速负反应得到的反应电压，与给定值进展 比拥后，产生了關率一定，占空比可调的脉宽序列，并通il功率故大后，对主电 路变换器的电力电子元件的导通和关断进展驱动控制,从而改变电动机的转速, 本设廿，为了实现PWM控制，介给了 PW M调制技术的原理，并对PWM变換器 进展了详细介给，为了使系貌能正反转运行，主电路果用双极式桥式变换器。最后，通过廿算机仿真軟件MATLAB对系貌进展TffiW，通过对波形的分析验证 了转速、电流双冈坏脉宽调速系貌的优点。通过本次设计，加强了我对知识的掌握，使找对设廿过程有了全面地了解。通过 学习控制系貌工作原理以及如何利用仿真软件进展仿真，我查阅了大量相关资 料，学会了许多知识，培养了我独立解决问题的能力。同时在对电路设廿的il程 中，稳固了我的专业课知识，使自己受