基于51單片機(jī)的閉環(huán)控制附帶源程序(已修改)
2025-06-30 21:16 本頁(yè)面
【正文】 《電氣技術(shù)》研究生課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目 基于51單片機(jī)的直流電機(jī)PID調(diào)速系統(tǒng) 學(xué) 院 機(jī)械與汽車工程學(xué)院 1 引言直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。從控制的角度來(lái)看，直流調(diào)速還是交流拖動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。早期直流電動(dòng)機(jī)的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運(yùn)算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復(fù)雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試?yán)щy，阻礙了直流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。2 設(shè)計(jì)原理、方法及概述 設(shè)計(jì)原理及方法直流電動(dòng)機(jī)根據(jù)勵(lì)磁方式不同，直流電動(dòng)機(jī)分為自勵(lì)和他勵(lì)兩種類型。不同勵(lì)磁方式的直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線有所不同。但是對(duì)于直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有以下公式：n=U/CcfTR內(nèi)/CrCcf其中：U—電壓；R內(nèi)—?jiǎng)?lì)磁繞組本身的電阻；f—每極磁通(Wb)；Cc—電勢(shì)常數(shù)；Cr—轉(zhuǎn)矩常量。由上式可知，直流電機(jī)的速度控制既可采用電樞控制法，改變電樞回路電阻，也可采用磁場(chǎng)控制法。對(duì)于要求在一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能是有級(jí)調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但是調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（額定轉(zhuǎn)速）以上做小范圍的減弱升速。因此，自動(dòng)控制的直流調(diào)速往往以變壓調(diào)速為主。本文主要研究了利用MCS51系列單片機(jī)，通過(guò)PWM方式控制直流電機(jī)調(diào)速的方法。PWM控制技術(shù)以其控制簡(jiǎn)單、靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點(diǎn)。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒(méi)有了學(xué)科之間的界限，結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無(wú)諧振軟開(kāi)關(guān)技術(shù)將會(huì)成為PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。 設(shè)計(jì)總概述以直流電機(jī)電樞上電壓的占空比來(lái)改變平均電壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速，并通過(guò)單片機(jī)控制速度的變化。本文所研究的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要是由硬件和軟件兩大部分組成。硬件部分是前提，是整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)，它主要為軟件提供程序運(yùn)行的平臺(tái)。而軟件部分，是對(duì)硬件端口所體現(xiàn)的信號(hào)，加以采集、分析、處理，最終實(shí)現(xiàn)控制器所要實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能，達(dá)到控制器自動(dòng)對(duì)電機(jī)速度的有效控制。但是此設(shè)計(jì)中電機(jī)只需要正轉(zhuǎn)，所以相對(duì)來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)單點(diǎn)。3硬件設(shè)計(jì) 8051單片機(jī)簡(jiǎn)介AT89C52是一個(gè)低電壓，高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器(RAM)，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元，AT89C52單片機(jī)在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。AT89C52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出(I/O)端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2 個(gè)讀寫(xiě)口線，AT89C52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的 Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。部分功能如下：（1）8kB可反復(fù)擦寫(xiě)(大于1000次)Flash ROM。（2）32個(gè)雙向I/O口。（3）256x8bit內(nèi)部RAM。（4）3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷。（5）時(shí)鐘頻率024MHz。（6）2個(gè)串行中斷，可編程UART串行通道。（7）2個(gè)外部中斷源，共8個(gè)中斷源。（8）2個(gè)讀寫(xiě)中斷口線，3級(jí)加密位。設(shè)計(jì)中采用直流電機(jī)，自帶高精度的磁編碼器，性能介紹如圖一所示，接線說(shuō)明如圖二所示： 性能介紹圖一 接線圖二 L298N恒壓恒流橋式2A驅(qū)動(dòng)芯片L298N，簡(jiǎn)稱H橋。L298是SGS公司的產(chǎn)品，比較常見(jiàn)的是15腳Multiwatt封裝的L298N，內(nèi)部同樣包含4通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路?？梢苑奖愕尿?qū)動(dòng)兩個(gè)直流電機(jī)，或一個(gè)兩相步進(jìn)電機(jī)。L298N芯片可以驅(qū)動(dòng)兩個(gè)二相電機(jī)，也可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)四相電機(jī)，輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機(jī)的IO口提供信號(hào)；而且電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)VSS，VSS可接4．5～7 V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為＋2．5～46 V。輸出電流可達(dá)2．5 A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。
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