【正文】 數(shù)字式直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 在高度現(xiàn)代化的今天，現(xiàn)代電力電子技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，現(xiàn)代控制理論的發(fā)展，促進(jìn)了直流調(diào)速技術(shù)的進(jìn)步，使之成為目前活躍的調(diào)速技術(shù)。長(zhǎng)期以來(lái)，直流電動(dòng)機(jī)因?yàn)槠渚哂姓{(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速靈活、方法簡(jiǎn)單、控制性能好等特點(diǎn)，應(yīng)用在越來(lái)越多的領(lǐng)域中。 本設(shè)計(jì)是以單片機(jī) STC12C5A60S2 和 L298 控制的直流電機(jī)脈寬調(diào)制（ PWM）調(diào)速系統(tǒng)。主要介紹了用單片機(jī)軟件實(shí)現(xiàn) PWM 調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速的基本方法，給出了程序流程圖和 KeilC51 程序。硬件電路實(shí)現(xiàn)了對(duì)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、急停、加速、減速的控 制，以及電機(jī)速度的實(shí)時(shí)顯示。 以單片機(jī)為控制核心的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，采用了數(shù)字化的速度給定與測(cè)速，擴(kuò)大了調(diào)速范圍，提高了速度控制精度。由于許多功能都是由軟件來(lái)完成的，所以使硬件得以簡(jiǎn)化，故障率比較小。單片機(jī)以數(shù)字信號(hào)來(lái)工作，其控制手段方便靈活，抗干擾能力強(qiáng)。 關(guān)鍵詞 :單片機(jī) 、 脈寬調(diào)制 、 直流電機(jī) 、 LCD 顯示 目 錄 第 一 章 概述 ??????????????????? 1 課題的背景 ????????????????????? 1 數(shù)字式調(diào)速?lài)?guó)內(nèi)外研究狀況 ?????????????? 1 課 題的實(shí)際意義 ??????????????????? 2 課題內(nèi)容 ????????????????????????????? 2 第二掌 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) ??????????????? 4 驅(qū)動(dòng)電路的論證與選擇 ??????????????? 4 液晶顯示模塊的選擇 ???????????????? 5 按鍵電路的選擇 ??????????????????? 6 處 理器的選擇 ???????????????????? 6 單片機(jī)的特點(diǎn) ????????????????? 6 單片機(jī)的選擇 ????????????????? 7 測(cè)速方案的選擇 ?????????????????? 7 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 ????????????????? 8 第三章 硬件設(shè)計(jì) ???????????????? 8 ??????????????????? 10 STC12C5A60S2 介紹 ???????????????????? 10 單片機(jī)最小系統(tǒng) ???????????????? 11 ?????????????????????? 12 顯示電路 .......................................... 13 按鍵電路 .......................................... 14 過(guò)流保護(hù)電路 ...................................... 15 速度檢測(cè)電路 ...................................... 16 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 ...................................... 17 第四章 軟件設(shè)計(jì) ???????????? ??????? 17 系統(tǒng)總體程序框圖 .................................. 18 按鍵子程序結(jié)構(gòu) .................................... 19 轉(zhuǎn)速采集子程序 .................................... 21 第五章 系統(tǒng)調(diào)試 ???? ??????????????? 20 硬件調(diào)試 ......................................... 23 電源模塊調(diào)試 .................................. 23 單片機(jī)最小系統(tǒng)調(diào)試 ............................ 23 繼電器的測(cè)試 .................................. 23 軟件調(diào)試 .......................................... 23 單片機(jī)控制模塊軟件調(diào)試 ........................ 23 電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊調(diào)試 .............................. 24 脫機(jī)運(yùn)行調(diào)試 ...................................... 24 按鍵調(diào)試 ...................................... 24 電機(jī)調(diào)試 ...................................... 24 參考文獻(xiàn) ????????????????????? ?? 25 致 謝 ????????????????????? ?? 26 1 第一章 概述 直流調(diào)速是指人為地或自動(dòng)地改變直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 ,以滿(mǎn)足工作機(jī)械的要求。從機(jī)械特性上看 ,就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)的參數(shù)或外加工電壓等方法來(lái)改變電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性 ,從而改變電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性和工作特性機(jī)械特性的交點(diǎn) ,使電動(dòng)機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在軋鋼機(jī)、礦井卷?yè)P(yáng)機(jī)、挖掘機(jī)、海洋鉆機(jī)、金屬切削機(jī)床、造紙機(jī)、高層電梯等需要高性能可控電力拖動(dòng)的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，然而直流拖動(dòng)系統(tǒng)無(wú)論在理論上和實(shí)踐上都比較成熟，并且從反饋閉環(huán)控制的角度來(lái)看，它又是交流拖動(dòng)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，所以直流調(diào)速系統(tǒng)在生產(chǎn)生活中有著舉足輕重的作用。 數(shù)字式調(diào)速?lài)?guó)內(nèi)外研究狀況 所謂的數(shù)字式調(diào)速系統(tǒng)就是指由數(shù)字芯片作為核心控制器的調(diào)速系統(tǒng)，出現(xiàn)于20世紀(jì) 70 年代，隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路的制造工藝的迅速發(fā)展，數(shù)字控制芯片的性能越來(lái)越高，價(jià)格越來(lái)越便宜。此外，電力電子的發(fā)展，使得大功率電子器件的性能迅速提高。因此就有可能比較普遍地應(yīng)用高速的處理器來(lái)控制電機(jī)，完全各種新穎的、高性能的控制策略，使電機(jī)性能得到充分發(fā)揮，使電機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域更寬， 更符合實(shí)際使用要求，另外現(xiàn)在出現(xiàn)的各種便于控制的新型電機(jī)，也對(duì)調(diào)速提出了更高的要求。 比較簡(jiǎn)單的電機(jī)控制，只要用微機(jī)控制繼電器或電子開(kāi)關(guān)元件使電路開(kāi)通或關(guān)斷就可以了。在各種機(jī)床設(shè)備及生產(chǎn)線(xiàn)中，現(xiàn)在已普遍采用微機(jī)的可編程控制器，按一定的規(guī)律控制各類(lèi)電機(jī)的動(dòng)作。 對(duì)于復(fù)雜的電機(jī)控制，則要用微機(jī)控制電機(jī)的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等等，使電機(jī)按給定的指令準(zhǔn)確工作。通過(guò)微機(jī)控制，可使電機(jī)的性能有很大的提高。傳統(tǒng)的直流電機(jī)和交流電機(jī)各有缺點(diǎn)，直流電機(jī)調(diào)速性能好，單帶有機(jī)械換向器，有機(jī)械磨損及換向火花等問(wèn)題；交流電機(jī) ，不論是異步電機(jī)還是同步電機(jī)，結(jié)構(gòu)都比直流電機(jī)簡(jiǎn)單，工作也比直流電機(jī)可靠，單在頻率恒定的電網(wǎng)上運(yùn)行時(shí)，他們的速度不能方便經(jīng)濟(jì)的調(diào)節(jié)。目前，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床等自動(dòng)控制的數(shù)控位置伺服系統(tǒng)。為了提高性能，在先進(jìn)的伺服系統(tǒng)中，已采用高速數(shù)字信號(hào)處理器（ DIGITAL SIGNAL PROCESSOR,簡(jiǎn)稱(chēng) DSP），其指令執(zhí)行速度達(dá)到每秒數(shù)百兆以上，非常適合用于數(shù)字濾波的構(gòu)建和快速傅里葉變換等通用的數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算。 2 課題的實(shí)際意義 隨著微電子技術(shù) ,微處理機(jī)以及計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展 ,使調(diào)速控制的各種功能幾乎均可通 過(guò)微處理機(jī) ,借助軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。即從過(guò)去的模擬控制向模擬 數(shù)字混合控制發(fā)展 ,最后實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化。 在數(shù)字化系統(tǒng)中 ,除具有常規(guī)的調(diào)速功能外 ,還具有故障報(bào)警 ,診斷及顯示等功能 ,同時(shí) ,數(shù)字系統(tǒng)通常具有較強(qiáng)的通信能力 ,通過(guò)選配適當(dāng)?shù)耐ㄐ沤涌谀０?,可方便地實(shí)現(xiàn)主站 (如上一級(jí) PLC或計(jì)算機(jī)系統(tǒng) )和從站 (單機(jī)交 ,直流傳動(dòng)控制裝置 )間的數(shù)字通信 ,組成分級(jí)多機(jī)的自動(dòng)化系統(tǒng)。為易于調(diào)試 ,數(shù)字系統(tǒng)的軟件 ,一般設(shè)計(jì)有調(diào)節(jié)器參數(shù)的自化優(yōu)化 ,通過(guò)啟動(dòng)優(yōu)化程序 ,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)尋優(yōu)和確定系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)參數(shù) ,以及實(shí)現(xiàn)如直流電動(dòng)機(jī)磁化特性曲線(xiàn)的自動(dòng)測(cè)試等 ,有利于縮短調(diào)試時(shí)間和提高控制性能。國(guó)外一些電氣公司都有成系列的與模擬調(diào)整系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的全數(shù)字交、直流調(diào)速裝置產(chǎn)品可供選用 ,新開(kāi)發(fā)的調(diào)速系統(tǒng)幾乎全是數(shù)字式的。與模擬系統(tǒng)類(lèi)似 , 全數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)已發(fā)展成為緊湊式和模塊式兩大類(lèi)，但全數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)還是有模擬調(diào)速系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn) ,技術(shù)更先進(jìn) ,操作方便。 數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)與模擬調(diào)速系統(tǒng)相對(duì)比 ,技術(shù)性能有如下優(yōu)點(diǎn) : (1) 靜態(tài)精度高且能長(zhǎng)期保持； (2) 動(dòng)態(tài)性能好 ,借助于豐富的軟件 ,易于實(shí)現(xiàn)各類(lèi)自適應(yīng)和復(fù)合控制； (3) 調(diào)速范圍寬； (4) 電壓波動(dòng)小； (5) 參數(shù)實(shí)現(xiàn)軟件化 ,無(wú)漂移影響； (6) 所用元件數(shù)量少 ,不易失效； (7) 設(shè)定值量化程度高 ,且狀態(tài)重復(fù)率好； (8) 放大器和級(jí)間耦合噪聲很小 ,電磁干擾小； (9) 調(diào)試即投產(chǎn)靈活方便 ,易于設(shè)計(jì)和修改設(shè)計(jì)； (10) 標(biāo)準(zhǔn)及通用化程度高 ,除主 CPU 模塊外 ,僅數(shù)種附加模塊；可實(shí)現(xiàn) ,包括工藝參數(shù)在內(nèi)的多元閉環(huán)控制； (11) 適用范圍廣 ,可實(shí)現(xiàn)各類(lèi)變速控制及易于實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)或 PLC系統(tǒng)通信。 由此 ,數(shù)字化將在未來(lái)