【正文】 摘 要 在電氣時代 的今天，電動機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與人們?nèi)粘Ｉ钪卸计鹬种匾淖饔?。 而 在運(yùn)動控制系統(tǒng)中，電機(jī)轉(zhuǎn)速控制占有至關(guān)重要的作用，其控制算法和手段有很多， 模擬 PID 控制 就是其中之一。隨著計算機(jī) 技術(shù)與智能控制理論的發(fā)展，數(shù)字 PID 技術(shù)漸漸發(fā)展起來 ，它 不僅能夠?qū)崿F(xiàn)模擬 PID 所完成的控制任務(wù)，而且具備控制算法靈活、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用面越來越廣。 本設(shè)計以上面提到的數(shù)字 PID 為基本控制算法，以單片機(jī)為控制核心，產(chǎn)生占空比受數(shù)字 PID 算法控制的 PWM 脈沖實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。同時利用 霍爾傳感器 將電機(jī) 速度轉(zhuǎn)換成脈沖頻率反饋到單片機(jī)中，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，達(dá)到轉(zhuǎn)速無靜差調(diào)節(jié)的目的。 關(guān)鍵詞 :直流電機(jī) ； 單片機(jī) ； 霍爾傳感器 ； PID 控制 Abstract Electrical times today, the motor in industrial and agricultural production and people39。s daily life plays a very important role. In the motion control system of motor speed control occupies a pivotal role and its control algorithm and means many simulation of PID control is one of them. With the development of puter technology and intelligent control theory and digital PID technique developed, it will not only be able to achieve plete the simulation of PID control task and its control algorithm for flexible, reliability, high, more and more widely used. The design of digital PID control algorithm with mentioned above, with Single Chip Microputer to control the core, the duty cycle by PWM pulse realization of digital PID algorithm control for DC motor speed control. While leveraging hall position sensor pulse Frequency feedback motor speed converting to a single chip Microputer in the implementation of speed closed loop control to achieve the goal of speed astatic regulation. Key words : DC motor 。 single chip Microputer 。 hall position sensor 。 PID control 目 錄 引 言 ............................................................................................ 1 第一章 概述 ............................................................................... 2 直流電動機(jī)的發(fā)展歷史 ....................................................... 2 直流電動機(jī)的特點(diǎn) ............................................................... 2 直流電動機(jī)的分類 ............................................................... 3 他勵直流電動機(jī) ............................................................. 3 自勵直流電動機(jī) ............................................................. 3 直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)及基本工作原理 .................................... 4 直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu) ........................................................ 4 直流電動機(jī)的基本工作原理 .......................................... 5 直流電動機(jī)的機(jī)械特性 ................................................. 5 本章小結(jié) ............................................................................... 9 第二章 直流電動機(jī) PID 調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計方案 .......................... 10 系統(tǒng)總體設(shè)計方案 ............................................................. 10 調(diào)速方案選擇 .............................................................. 10 檢測方案選擇 .............................................................. 12 單片機(jī)的選擇 .............................................................. 17 PID 調(diào)節(jié)器 ................................................................... 22 PID 控制器的原理 ............................................................... 26 各環(huán)節(jié)作用 ......................................................................... 27 比例環(huán)節(jié)的作用 ........................................................... 27 積分環(huán)節(jié)的作用 .......................................................... 28 微分環(huán)節(jié)的作用 .......................................................... 30 本章小結(jié) ............................................................................. 31 第三章 直流電動機(jī) PID 系統(tǒng)硬件設(shè)計 ................................. 32 H 橋驅(qū)動電路設(shè)計方案 ...................................................... 32 調(diào)速設(shè)計方案 ..................................................................... 33 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 ............................................................. 34 電源電路 ....................................................................... 34 橋驅(qū)動電路 ................................................................ 35 基于霍爾傳感器的測速模塊 ........................................ 35 基于單片機(jī)的直流電機(jī) PID 調(diào)速系統(tǒng)整體硬件設(shè)計 ...... 36 本章小結(jié) ............................................................................. 37 第四章 直流電動機(jī) PID 系統(tǒng)軟件設(shè)計 ................................. 38 如何應(yīng)用 PID 控制電動機(jī) 轉(zhuǎn)速 .......................................... 38 直流電機(jī)動態(tài)數(shù)學(xué)模型 ............................................... 38 增量式 PID 控制算法 .................................................. 39 調(diào)速系統(tǒng)主程序原理框圖 ................................................. 45 中斷服務(wù)程序原理框圖 ..................................................... 46 本章小結(jié) ............................................................................. 47 結(jié)束語 .......................................................................................... 48 參考文獻(xiàn) ...................................................................................... 49 致 謝 .......................................................................................... 51 附 錄 .......................................................................................... 51 江西理工大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 引 言 本文主要研究了利用 8051 系列單片機(jī)，通過 PWM 方式控制直流電機(jī)調(diào)速的方法。 沖量相 等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時，其效果基本相同。PWM 控制技術(shù)就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。 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)。 PWM 控制技術(shù)以其控制簡單、靈活和動態(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)將會成為 PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。 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 信號的發(fā)生系統(tǒng)，然后 通過放大來驅(qū)動電機(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，把電壓信號輸入給 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。 江西理工大學(xué) 2020屆本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 第一章 概述 直流電動機(jī)的發(fā)展