【正文】 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題 目： 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 中原工學(xué)院信息商務(wù)學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）摘 要本文主要研究了利用MCS51系列單片機(jī)控制PWM信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的方法。文章中采用了單片機(jī)定時(shí)器的PWM信號(hào)的發(fā)生系統(tǒng)，并且對(duì)PWM信號(hào)的原理、產(chǎn)生方法以及如何通過軟件編程對(duì)PWM信號(hào)占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而控制其輸入信號(hào)波形等均作了詳細(xì)的闡述。此外，文中還采用了H橋驅(qū)動(dòng)電路作為直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)調(diào)速功率放大電路的驅(qū)動(dòng)模塊，并且把它與延時(shí)電路相結(jié)合完成了在主電路中對(duì)直流電機(jī)的控制。另外，本系統(tǒng)中使用了霍爾傳感器對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，經(jīng)過放大電路后，將脈沖輸入到單片機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流電機(jī)速度的測試。在軟件方面，初始化程序等的編寫思路和具體的程序?qū)崿F(xiàn)。關(guān)鍵字：PWM信號(hào)，霍爾測速，M/T法測速 The Design of Direct Current Motor speed Regulation System AbstractThis article mainly introduces the method to generate the PWM signal by using MCS51 singlechip puter to control the speed of a . motor. It also clarifies the principles of PWM and the way to adjust the duty cycle of PWM signal. In addition, H bridge driving circuit has been used as an actuating device of the power amplifier circuit which controls the speed of rotation of . motor. What’s more, hall effect sensor is used in this system to measure the speed of . motor. The result of the measurement is sent to the amplify circuit of sensors, and finally the pulse signal is stored in the singlechip puter. As for the software, this article introduces in detail the idea of the programming and how to make it.Keywords：PWM Signal Hall effect sensor M/T method Speed Measurement`目 錄1 引言 1 開發(fā)背景 1 選題的目的和意義 1 研究方法 22直流電機(jī)調(diào)速原理 3 電樞電路中接入調(diào)速電阻 3 調(diào)節(jié)電樞電壓來調(diào)速 3 3 串勵(lì)電動(dòng)機(jī) 4 調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來調(diào)速 43硬件電路設(shè)計(jì) 4 總體硬件電路設(shè)計(jì) 4 8051單片機(jī)簡介 4 LCD1602液晶顯示器 5 功率放大驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 7 H橋驅(qū)動(dòng)電路特點(diǎn) 7 H橋驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 9 電源電路的設(shè)計(jì) 10 芯片介紹 10 11 測速電路的設(shè)計(jì) 12 12 13 數(shù)據(jù)處理 134系統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì) 15 主程序設(shè)計(jì) 15 定時(shí)器中斷程序設(shè)計(jì) 15 PWM的基本原理及程序設(shè)計(jì) 16 PWM的基本原理 16 PWM信號(hào)發(fā)生程序設(shè)計(jì)思路 175系統(tǒng)仿真與調(diào)試 18 系統(tǒng)仿真 18 軟硬件調(diào)速 18 18 程序在硬件上的調(diào)試 19結(jié) 論 20致 謝 22參考文獻(xiàn) 23附錄1 24附錄2 251 引言 開發(fā)背景現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，電動(dòng)機(jī)是主要的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，目前在直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)中已大量采用晶閘管(即可控硅)裝置向電動(dòng)機(jī)供電的KZ—D拖動(dòng)系統(tǒng)，取代了笨重的發(fā)電動(dòng)一電動(dòng)機(jī)的F—D系統(tǒng)，又伴隨著電子技術(shù)的高度發(fā)展，促使直流電機(jī)調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使直流電機(jī)調(diào)速技術(shù)又進(jìn)入到一個(gè)新的階段，智能化、高可靠性已成為它發(fā)展的趨勢。直流電機(jī)調(diào)速基本原理是比較簡單的（相對(duì)于交流電機(jī)），只要改變電機(jī)的電壓就可以改變轉(zhuǎn)速了[1]。改變電壓的方法很多，最常見的一種PWM脈寬調(diào)制，調(diào)節(jié)電機(jī)的輸入占空比就可以控制電機(jī)的平均電壓，控制轉(zhuǎn)速。PWM控制的基本原理很早就已經(jīng)提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在上世紀(jì)80年代以前一直未能實(shí)現(xiàn)。直到進(jìn)入上世紀(jì)80年代，隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展，PWM控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論、非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用，PWM控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展，到目前為止，已經(jīng)出現(xiàn)了多種PWM控制技術(shù)。 選題的目的和意義直流電動(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。隨著單片機(jī)技術(shù)的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來完成，為直流電動(dòng)機(jī)的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達(dá)到更高的性能[2]。采用單片機(jī)構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率。傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬元件，雖在一定程度上滿足了生產(chǎn)要求，但是因?yàn)樵菀桌匣驮谑褂弥幸资芡饨绺蓴_影響，并且線路復(fù)雜、通用性差，控制效果受到器件性能、溫度等因素的影響，故系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性及準(zhǔn)確性得不到保證，甚至出現(xiàn)事故。目前，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)走向?qū)嵱没?，伴隨著電子技術(shù)的高度發(fā)展，促使直流電機(jī)調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使直流電機(jī)調(diào)速技術(shù)又進(jìn)入到一個(gè)新的階段，智能化、高可靠性已成為它發(fā)展的趨勢。 研究方法本文主要研究了利用MCS51系列單片機(jī)，通過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)無諧振軟開關(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[3]。本文就是利用這種控制方式來改變電壓的占空比實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)速度的控制。文章中采用了專門的芯片組成了PWM信號(hào)的發(fā)生系統(tǒng)，然后通過放大來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。利用直流測速發(fā)電機(jī)測得電機(jī)速度，經(jīng)過濾波電路得到直流電壓信號(hào)，把電壓信號(hào)輸入給A/D轉(zhuǎn)換芯片最后反饋給單片機(jī)，在內(nèi)部進(jìn)行PI運(yùn)算，輸出控制量完成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速控制。2直流電機(jī)調(diào)速原理電動(dòng)機(jī)是用以驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的，根據(jù)負(fù)載的需要，常常希望電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速能在一定或?qū)拸V的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，且調(diào)節(jié)的方法要簡單經(jīng)濟(jì)。直流電動(dòng)機(jī)在這些方面有其獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)。從直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速公式[4]n = 可知，調(diào)速方法有兩種：（1） 電樞控制，即用調(diào)節(jié)電樞電壓或者在電樞電路中接入調(diào)速電阻來調(diào)速。（2） 磁場控制，即用調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來調(diào)速。 電樞電路中接入調(diào)速電阻電樞電路接入調(diào)速電阻RΩ后，有公式n = 可知其機(jī)械特性將隨之增大，它和負(fù)載特性TL+T0的交點(diǎn)將逐步下移，于是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將下降。圖21 串入電阻后的機(jī)械特性曲線R2R1這種調(diào)速方法雖說簡單易行，但是串入電阻后電樞的銅耗增大，電動(dòng)機(jī)的效率要降低，氣機(jī)械特性要變軟，負(fù)載變動(dòng)時(shí)產(chǎn)生較大的變化。 調(diào)節(jié)電樞電壓來調(diào)速圖22 不同電樞電壓是他勵(lì)直流電機(jī)的機(jī)械特性曲線（U1U2U3）電機(jī)的電樞需要由專用的直流電源（多采用可控整流電源）單獨(dú)供電勵(lì)磁則由另一電源他勵(lì)，從機(jī)械特性表達(dá)式和右圖可知提高或降低電樞端電壓U（主磁通Φ保持不變），電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性將平行的上升或下降，使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速相應(yīng)地上升或下降。 串勵(lì)電動(dòng)機(jī)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)也可以通過改變電樞電壓來調(diào)速，如圖表示電樞電壓分別是U1和U2（U1U2）時(shí)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性和負(fù)載特性。從圖中可以看出提高電樞電壓可以提高速度。圖23 改變電樞端電壓時(shí)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性（U1U2） 調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流來調(diào)速從轉(zhuǎn)速公式中可知可以看出減小勵(lì)磁電流時(shí)。氣隙磁通量Φ將減少，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速將升高。從不同勵(lì)磁電流時(shí)他勵(lì)或并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線中也可以看出。這種方法所用的設(shè)備簡單，調(diào)節(jié)也方便切效率高。但是隨著轉(zhuǎn)速和電樞電流的增加，電機(jī)溫升升高，換向變壞，轉(zhuǎn)速過高時(shí)會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。圖24不同勵(lì)磁電流時(shí)，他勵(lì)（并勵(lì)）電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性曲線（I1I2）本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就行利用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)改變電壓占空比來改變平均電樞電壓來調(diào)速的。3硬件電路設(shè)計(jì) 總體硬件