基于单片机控制双闭环直流电机

1、基于单片机的双闭环直流电动机的控制.技术要求主要研究了利用摘要MCS-51系列单片机进行双闭环直流电动机调速的方法。 在设计中，收集转速、电流信号并进行A/D转换，实现PI算法，将PI算法的结果用于PWM占空比计算，用软件法产生PWM波，PWM波输出后，用光耦合器驱动电路放大后，用于IGBT的控制，由此实现双极型关键字: PWM信号直流调速双闭环PI运算basedonsingle-chipmycomputercontroldoubleclosedloopdcmotorabtractttthispareminfilydiscussesaboutusingmcs-51 seriesmicrocon

2、trontorratedspeedbydoubleclosed-loop.after colle nt signal，using ADC 0809 toachievea/d转换，andthenerralizethepialgalgorithms， usipalticallysrestocationthedetyclecturefopmwithesoftwaremothesoft PWM波输出by light-couplerraftredrivingcrationtheigbtbipolakeywords : pwcs signal.dcspeedcontrol.doubleclosedloop

3、.pi操作目录前言，开头，开头，开头，开头，开头第一章系统硬件电路的设计51 .系统方案的选择和整体设计51.1速度计划的选择51.2双闭环直流调速系统的电路图61.3双闭环直流调速系统的动态数学模型61.4数控双闭环直流调速系统的方图71.5数字双闭环直流调速系统的硬件图81.6 89S51单片机的介绍2 .主回路设计和参数计算102.1整流变压器的计算和设计102.2开关设备IGBT参数的计算和选择112.3电阻电容器的选定2.4整流功率二极管的选定2.5平波电抗器的选定和计算113 .调节器的选择和计算123.1确定电流调整器的时间常数3.2电流调节器结构的选择123.3电流调节器的参数

4、计算3.4确定转速调节器的时间常数133.5转速调节器结构的选择133.6转速调整器的参数计算4.PWM信号发生电表144.1 PWM的基本原理4.2 PWM信号发生电路设计154.3 PWM发生电路的主要芯片动作原理165 .电源驱动模块和光耦合隔离设计175.1动力驱动模块175.2稳定化块lm 7915186.A/D转换和芯片选择196.1芯片ADC0809的介绍6.2ADC0809端子及其功能表7 .速度电动机反馈装置198 .霍尔电流传感器199 .键盘显示单元21第二章系统软件程序的设计221 .主程序设计222 .中断程序233.PI子程序块24结语，结语，结语，结语。谢谢，谢谢

5、，谢谢，谢谢参考文献，参考文献，参考文献，参考文献第三章程序附录28引言直流电动机具有良好的起动制动性能，适合在大范围内平滑调速，广泛应用于需要调速和快速正反的电力拖动领域。 从控制角度来看，直流调速和交流拖动系统的基础早期直流电机的控制基于模拟电路，由运算放大器、非线性集成电路和少量数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，且系统非常灵活，调整困难，直流电机随着单片机技术的日新月异，许多控制功能和算法可以采用软件技术完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，使系统能实现更高的性能。 使用单片机构成控制系统，可以节约人力资源，降低成本，能有效地提高工作效率.转速、电流双闭环直流调速

6、系统是性能好、应用广泛的中小功率直流调速系统。 在实际应用系统中，电力在几十KW以下的电力传输系统基本上是采用转速、电流双闭环电力的传输系统。 直流调速系统，特别是双闭环直流调速系统，是工业生产过程中最广泛的电气传动装置之一，广泛应用于轧机、冶金、印刷、金属切削机床等多领域的自动控制系统。 它通常采用三相全控制桥整流电路给电动机供电，控制电动机的转速，不能保证传统控制系统的运行可靠性和正确性，甚至发生事故，直流电动机可逆调速系统的数字化已经实用化。 研究的单片机控制双闭环直流调速系统，利用大功率电力电子元件实现电能转换，完成直流电机的速度控制，实现电机速度可逆运行，实现电机四象限运行，动态响应

7、速度快， 具有装置体积小、电机转速控制平稳、电机调速范围宽等特点，来自机械特性的电流断续区小，输出为大致平行的机械特性曲线。本设计的主电路采用晶闸管三相全控制桥整流电路的供电方案，控制电路通过软件实现系统的功能，取代传统的双闭环调速系统。 系统通过用一台单片机和外部扩展设备代替原模拟系统中的调速调整器、电流调整器、触发器、零锁单元和电流自适应调整器等，将直流调速系统数字化。1 .系统硬件电路设计1系统整体的设计1.1.1系统方案的选择和整体结构设计调速方案的优劣直接关系到系统调速的质量。 根据电机的型号和参数选择最佳方案，保证系统正常、稳定地工作。 本系统采用双闭环直流调速系统，系统处于稳定状

8、态，调速范围为0-1500r/min，电流过载倍数为1.5倍，速度控制精度为0.1% (额定转速时)。1 .系统控制对象的确定在这次的设计中，选定了直流电机的额定参数额定PN=11kW、额定电压UN=220V、额定电流IN=50A、额定转速nN=1450 r/min、电枢电路电枢线圈电感La=2.8mH、电流过载率=1.5。 系统机电时间常数Tm=0.2015s、电磁时间常数Tl=0.00278s、电动势系数Ce=0.1290V*min/r。2 .电机供电方案的选择可变电压调速是直流调速系统的主要方法，调节电枢供电电压所需的可控制电源通常有三种：旋转电流单元、静止控制整流器、直流斩波和脉冲宽度

9、变换器。 旋转变流器简称为G-M系统，由交流电动机和直流发电机构成机组，得到可调整的直流电压。 适用于调速要求不高、要求可逆运行的系统，但设备多、体积大、费用高、效率低、维修不便。 使用静止控制整流器，例如晶闸管控制整流器，可调整的直流静止控制整流器称为V-M系电压。 通过调节触发装置GT的控制电压，改变触发脉冲的相位，可以改变Ud，实现平滑调速，控制作用快，性能好，提高系统的动态性能。 直流斩波和脉冲宽度调制开关采用PWM，用一定的直流或无法控制的整流电源供电，用直流斩波或脉冲宽度调制变换器产生可变的平均电压。 与v-m系统相比，PWM系统在许多方面有很大的优势一、主电路线路简单，所需功率器

10、件少二、开始频率高，电流容易连续，高次谐波少，电机损失和发热小三、低速性能好，稳定速度精度好，调速范围宽，能达到1:10000左右四、与高速响应的电机组合，系统带宽、动态响应快、动态抗干扰能力强五、在开关状态下操作所述功率开关元件，在信道损失小且开关频率适当的情况下，所述开关元件的开关损失也不大，因此所述装置效率高六、直流电源采用不控制整流时，电网功率因数高于相控制整流。本设计根据脉宽调速要求，采用直流PWM调速系统。1.1.2双闭环直流调速系统的电路原理随着调速系统的发展和应用，采用传统的PI调节器的单闭环调速系统在可以实现转速的无静差调节的同时，快速的动态响应只能满足一般生产机械的调速要求

11、。 为了提高生产率，要求尽可能缩短起动制动器反转的过渡过程的时间，在过渡过程中总是将电流(即动态扭矩)保持在允许最大值，尽可能快地启动系统，达到稳定转速后，立即降低电流，使扭矩和负载实现上述要求的唯一方法是采用电流负反馈控制方法，即速度、电流双闭环调速系统来实现。 在电流控制电路上设置调节器，为了调节电流量，在调速系统上设置了转速和电流两个调节器，形成了转速和电流的双闭环调速控制。 双闭环调速控制系统采用了两个调节器，分别调节了转速和电流，在两者之间实现了串联连接。图1-1.1是转速、电流双闭环直流调速系统的示意图。 图中的两个调节器ASR和ACR分别是转速调节器和电流调节器，两者串联连接，以

12、转速调节器的输出作为电流调节器的输入，用电流调节器的输出控制晶闸管整流器的触发装置。 以电流环为内侧，称为内环的旋转环在外侧，称为外环。两个调节器的输出有限制，ASR的输出限制靴Uim决定电流调节器ACR的给定电压最大值Uim，求出电动机最大电流的电流调整器ACR的输出限制电压Ucm限制整流器输出的最大电压值，限制最小触发角。图1-1.1双闭环直流调速系统电路图1.1.3双闭环直流调速系统的动态数学模型双闭环直流调速系统的动态结构图如图1-1.2所示。 图中分别表示转速调整器和电流调整器的传递函数。 如果采用PS调节器的话为了引出电流反馈，需要在电机的动态框图中出现电枢电流。图1-1.2双闭环

13、直流调速系统的动态结构图1.1.4 89S51单片机的介绍本系统要求微机完成电流环、速度环的控制算法运算和相应的反馈信号的数字测量和采样，接收并处理上级微机给伺服系统的指令，收集有关伺服系统的信息并反馈给上级微机其中，电流环路控制对微机要求较高的响应速度，其采样频率较高。 另外，为了确保充分的控制精度和运算速度，微机的字长和指令功能也有很高的要求。 本系统采用了我们熟知的89S51作为微型计算机。1.89S51单片机的基本构成89S51单片机由CPU和8个部件组成，它们都由芯片内的单总线连接，其基本结构仍然是通用CPU和外围芯片的结构模式，但功能单元的控制采用了特殊的功能寄存器的集中控制方法。2.CPU和8个部件的作用功能如下所示中央处理器CPU :是单片机的核心，完成运算和控制功能。内部数据存储器： 89S51芯片有256个RAM单元，只有前128个单元可以用作内存，其地址为00H7FH。 通常，内部数据存储器是指最初的128个单元，简称为内部RAM。特殊功能寄存器：用于管理、控制和监视片内各部件的控制寄存器和状态寄存器，是特殊功能的RAM区域，位