電機拖動課程設(shè)計論文—直流電動機pwm脈寬調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)
2025-07-10 09:30 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 4007 4 STC89S52RC 1 光電測速模塊 1 12M晶振 1 電容 104 1 電解電容 47P/16V 2 10K排阻 1 電阻 1K 3 L298 1 7805 1 自鎖按鍵 1 3. 系統(tǒng)四象限運行原理 直流電機的機械特性方程式的一般形式： 其中 U額定電壓 。Ra電樞電動勢； Rc電樞回路串入的電阻值。 當(dāng)按規(guī)定正方向用曲線表示機械特性時，電動機的 固有機械特性即認(rèn)為機械特性位于直角坐標(biāo)的四個象限之中。在一、三象限內(nèi)為電動運行狀態(tài)；二、四象限內(nèi)為制動狀態(tài)。 四象限調(diào)速表示電機電機可實現(xiàn)四象限內(nèi)運行。本系統(tǒng)是通過雙極式 PWM變換器實現(xiàn)的。雙極式 PWM 變換器調(diào)節(jié)占空比 50%。50%或等于 50%分別實現(xiàn)電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停轉(zhuǎn)。 PWM（脈沖寬度調(diào)制）是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，改變負(fù)載兩端的電壓，從而達到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。 PWM 可以應(yīng)用在許多方面，比如：電機調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等。在 PWM 驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率 來接通和斷開電源，并且根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷TnTΦCC RRΦCUn Tee ?????? 02ca11 開”時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來達到改變平均電壓大小的目的，從而來控制電動機的轉(zhuǎn)速。也正因為如此， PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。 圖 8 PWM 原理 設(shè)電機始終接通電源時，電機轉(zhuǎn)速最大為 Vmax 設(shè)占空比為 D= t1 / T，則電機的平均速度為 Va= Vmax * D，其中 Va指的是電機的平均速度； Vmax 是指電機在全通電時的最大速度； D = t1 / T 是指占空比。 由上面的公式可見，當(dāng)我們改變占空比 D = t1 / T 時，就可以得到不同的電機平均速度 Vd，從而達到調(diào)速的目的。嚴(yán)格來說，平均速度 Vd 與占空比 D 并非嚴(yán)格的線性關(guān)系，但是在一般的應(yīng)用中，我們可以將其近似地看成是線性關(guān)系。 在本設(shè)計中，使用單片機的 、 口作為 PWM 波發(fā)生器，當(dāng) 為 1， 為 0，電機制動并正轉(zhuǎn)；當(dāng) 為 0， 為 1時，電機制動并反轉(zhuǎn)； PWM波的頻率為 1Khz,用單片機的定時器 0計數(shù)，通過改變占空比實現(xiàn)電機的調(diào)速。 12 圖 9 PWM 發(fā)生電路 軟件由 1 個主程序和 2 個定時器中斷程序， 1個外部中斷計 數(shù)程序組成。 主程序設(shè)計 主程序是一個循環(huán)程序，其主要思路是，先設(shè)定好 占空比 初始值，給 PWM 發(fā)生電路改變波形的占空比，進而控制電機的轉(zhuǎn)速。其程序流程圖如圖所示。主程序是一個循環(huán)程序，其主要思路是由單片機 P0 口 進行鍵盤掃描，根據(jù)按鍵輸入信息選擇進行操作的函數(shù)，進行控制電機。 圖 10 主程序框圖 中斷服務(wù)程序設(shè)計 速度顯示程序中是由外部中斷 0 和 定時中時斷 1兩者的中斷服務(wù)程序組成的。其開始 液晶顯示器初始化 P1 口輸出置高 鍵盤掃描 正轉(zhuǎn)函數(shù) 反轉(zhuǎn)函數(shù) 加速函數(shù) 反轉(zhuǎn)函數(shù) 制動函數(shù) 根據(jù)所設(shè)置的占空比通過定時器 0 定時輸出 PWM波 13 中外部中斷 0 僅用來對外部脈沖進行計數(shù)。而定時中斷 1用來實現(xiàn)每 5s計算速度并顯示在 1602 液晶模塊上。以下是定時中斷 1服務(wù)程序框圖： N Y 圖 11 定時中斷 1服務(wù)子程序框圖 5．系統(tǒng)仿真 仿真軟件選擇 Proteus ，在 Proteus 中畫出系統(tǒng)電路圖 ， 當(dāng)程序在 Keil C中調(diào)試通過后，會 生成以 hex 為擴展名的文件，這就是系統(tǒng)能夠在 Proeus 中成功進行仿真的文件。將些文件加載到單片機仿真系統(tǒng)中，驗證是否能完成對直流電機的速度調(diào)節(jié)。 PWM 是占空比，圖中顯示的是 50%， STEP 是指在按加速、減速鍵時改變的占空比大小的百分?jǐn)?shù)， SP EED 是通過測速顯示的速度大小，每 2秒計算并刷新一次。 開始 1602 顯示 定時 5s？ n =TPm60 結(jié)束 14 圖 12 顯示仿真 當(dāng)按下 K1 鍵時，電機開始工作。按下 K2 鍵，以達到改變電機轉(zhuǎn)向的目的。若需要加快電機的轉(zhuǎn)速，則按下 K3 鍵，直到電機轉(zhuǎn)速適中；相反，需要減慢電機的轉(zhuǎn)速時，則按下 K4 鍵，當(dāng)電機不工作時，則按 下 K5 鍵。 圖 13 正轉(zhuǎn)波形圖 圖 14 反轉(zhuǎn)波形圖： 15 圖 15 加速前后波形圖（以正轉(zhuǎn)為例）： 圖 16 減速前后波形圖（以反轉(zhuǎn)為例）：
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