电动机速度控制系统的设计(附件)【字数：10778】
摘 要 本课题采用单片机控制电机转速。单片机作为控制枢纽的中心，可以对直流电动机进行调速。并辅之以驱动、复位、LED显示电路，软件模块可以作为AT89C51的输入，再经过按键模块，完成直流电机的正常运行，停止运行以及正反转、加减速等控制功能的目标。同时，由LED与电动机转速体现控制效果。直流电动机作为本课题的研究对象，为了控制其转速，采用单片机控制的直流电机PWM调速系统，采用该芯片进行直流电动机控制系统的设计，系统构成得到简化，系统成本得以降低，满足了更多的应用需求。实现电机正向运转和反向运转的控制、电机停止运转、加速、减速的控制，还有显示电路的设计，用户可以通过显示与控制系统交互，对电机所运行时的种种状态进行实时显示，同时可以对电机进行速度控制。而且，我们可以通过proteus和keil仿真软件进行该系统的仿真。
目 录
第一章 引言 1
1.1选题意义和背景 1
1.2国内外现状分析 1
1.3主要研究目标 2
第二章 总体规划 3
2.1 控制系统基本组成 3
2.2相关软件介绍 3
2.3 总体设计框图 5
第三章 系统的硬件设计 6
3.1单片机最小系统的设计 6
3.2稳压电源电路设计 8
3.3驱动电路设计 9
3.4显示模块电路设计 10
3.5按键模块电路设计 12
第四章 系统软件设计 13
4.1软件总体设计 13
4.2 软件开发流程 14
第五章 仿真结果 15
5.1 电路图仿真 15
5.2 仿真运行直流电机转动情况 15
结束语 19
致 谢 20
参考文献 21
附录 22
第一章 引言
1.1选题意义和背景
除了良好的起动特性，直流电动机还具有优异的制动性能，由于直流电动机还兼具平滑调速范围广的特点，因而其在电力领域需要进行速度调节或方向调整的应用场景中应用得越来越多。早期的直流电动机控制电路以非线性集成器件和运算放大器 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
件为核心控制单元，辅以一定的数字电路来驱动直流电动机运转。这种传统的控制方式由于器件繁多导致线路连接繁杂，虽然能够符合实际应用场景的功能需求，但是硬件调试比较困难，失去了操作的灵活性，也无法方便地迁移到其他应用场景，因而该控制方式应用极为受限。由于模拟元器件的性能对工作环境的依赖性比较高，在外界温度、湿度等多种因素的影响下，控制电路的元件较易出现老化现象，从而直接影响倒直流电动机稳定可靠地运转，整个系统安全运行也不到保障，极端情况下还会导致安全事故发生。上述传统控制方式存在的诸多问题阻碍了直流电动机应用领域的扩展，直流电动机控制技术亟待革新。
在单片机技术的不断地发展之中，软件技术也在不断地发展着，这样就能实现更多的控制作用，随之系统的性能也会提升，同时为控制直流电机带来了很多的方便。该控制系统，可以节省资源，减少成本，从而工作效率会得到有效的提升。
1.2国内外现状分析
直流电机的历史将近有140多年，从19世纪中后期开始，电动机就大规模的代替蒸汽机作为生产运行的动力了。随着电力电子技术、自控技术的发展，中小型功率的电动机开始广泛应用于工农业生产中，甚至普及到人民的日常生活中。特别是最近几年计算机技术的飞速发展进一步促进了直流电机技术的进步。工业生产中随处都可见直流电动机的身影，例如纺织设备和机床设备中需要使用小型的直流电动机，功率甚至可以小到几瓦；而矿产开采、矿产冶炼和起重搬运等方面采用的直流电动机功率较大，甚至超过数万瓦。由于国防安全的需求，我国电机行业开始于20世纪50年代中后期，经历了国外进口仿制、自主设计和研究创新的阶段，至今已有60年左右的发展历史，已形成产品开发、大规模生产和关键零部件、专用设备、测试设备配套的完整的工业体系。据不完全统计，我国电机生产及配套厂家在1500家以上，该行业人员超过15万人，工业总产值超过110亿元。电机行业已成为国民经济和国防现代化建设中不可缺少的一个核心产品工业。
经过超过一百年的钻研，目前国外直流电机技术已经非常完善，拥有多达数百个类型的标准直流电机系列。大量专业的生产企业针对各个行业领域的特殊需求研发了功能多样、种类繁多的直流电机。目前它们不仅在水利和建筑等工业领域得到了广泛应用，而且餐饮和电力等民用领域也越来越常见。国内直流电机的发展与国外相比滞后相当长一段距离，不仅在技术上远远落后，而且在制造标准方面也存在非常大的差距。虽然国内直流电机制造标准参照西门子公司的标准进行制定，但总体而言，整个直流电机行业技术创新不强、工艺创新不够，也不具备有力的管理水平。最近几年受益于逐年增加的重型机械出口数量，直流电机行业迎来了一个快速发展的机遇，不仅电机生产企业的规模得以不断扩大，而且整个直流电机行业的技术水平更是上了一个台阶。直流电机产品的大量需求带动了整个行业的持续发展，表明直流电机行业具有十分可观的发展前景。
在转速控制方面，直流调速系统关注的主要指标包括调速、加减速和稳速。其中稳速指的是实现直流电机以稳定的速度运转，运转过程避免干扰因素造成的较大的转速扰动从而保持一定的转速精度。上述三个指标中，调速指标和加减速指标在实际应用中比较容易满足，但要达到理想的稳速指标难度比较大。
1.3主要研究目标
本文是研究直流电机PWM调速系统设计，通过设计PWM调速器完成对电机转速的控制，实现的具体功能包括转动控制、速度控制和急停控制等多个方面，其中转动控制分为控制正转和控制反转；速度控制包括加速控制和减速控制。本文设计的PWM调速器选用单片机AT89C51核心控制器件，集中控制如下多个功能模块：命令输入模块选用独立键盘用来实现命令输入，该键盘具备中断功能；显示模块的功能是显示电机运转过程中的各项转速参数；驱动模块包括光电隔离电路和H型驱动电路两个部分，其中光电隔离电路接收单片机控制程序产生的PWM波形，输入给H型驱动电路实现对电机转动方向和速度的控制。单片机控制程序采用keil集成开发环境开发，通过程序设定PWM波形高电平和电平的持续时间，从而调节PWM波形的脉冲宽度，施加该PWM波形后，电机的电枢电压发生相应地变化，达到对电动机的速度进行调节的目的。本文设计的PWM调速器电路器件选型采用的均为高可靠性的集成电路模块，不仅使得硬件电路设计得到简化，同时确保了整个控制电路的稳定运行。本文所设计的硬件电路采用proteus进行了仿真，结果表明该控制系统功能满足了设定的指标要求。
目 录
第一章 引言 1
1.1选题意义和背景 1
1.2国内外现状分析 1
1.3主要研究目标 2
第二章 总体规划 3
2.1 控制系统基本组成 3
2.2相关软件介绍 3
2.3 总体设计框图 5
第三章 系统的硬件设计 6
3.1单片机最小系统的设计 6
3.2稳压电源电路设计 8
3.3驱动电路设计 9
3.4显示模块电路设计 10
3.5按键模块电路设计 12
第四章 系统软件设计 13
4.1软件总体设计 13
4.2 软件开发流程 14
第五章 仿真结果 15
5.1 电路图仿真 15
5.2 仿真运行直流电机转动情况 15
结束语 19
致 谢 20
参考文献 21
附录 22
第一章 引言
1.1选题意义和背景
除了良好的起动特性，直流电动机还具有优异的制动性能，由于直流电动机还兼具平滑调速范围广的特点，因而其在电力领域需要进行速度调节或方向调整的应用场景中应用得越来越多。早期的直流电动机控制电路以非线性集成器件和运算放大器 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
件为核心控制单元，辅以一定的数字电路来驱动直流电动机运转。这种传统的控制方式由于器件繁多导致线路连接繁杂，虽然能够符合实际应用场景的功能需求，但是硬件调试比较困难，失去了操作的灵活性，也无法方便地迁移到其他应用场景，因而该控制方式应用极为受限。由于模拟元器件的性能对工作环境的依赖性比较高，在外界温度、湿度等多种因素的影响下，控制电路的元件较易出现老化现象，从而直接影响倒直流电动机稳定可靠地运转，整个系统安全运行也不到保障，极端情况下还会导致安全事故发生。上述传统控制方式存在的诸多问题阻碍了直流电动机应用领域的扩展，直流电动机控制技术亟待革新。
在单片机技术的不断地发展之中，软件技术也在不断地发展着，这样就能实现更多的控制作用，随之系统的性能也会提升，同时为控制直流电机带来了很多的方便。该控制系统，可以节省资源，减少成本，从而工作效率会得到有效的提升。
1.2国内外现状分析
直流电机的历史将近有140多年，从19世纪中后期开始，电动机就大规模的代替蒸汽机作为生产运行的动力了。随着电力电子技术、自控技术的发展，中小型功率的电动机开始广泛应用于工农业生产中，甚至普及到人民的日常生活中。特别是最近几年计算机技术的飞速发展进一步促进了直流电机技术的进步。工业生产中随处都可见直流电动机的身影，例如纺织设备和机床设备中需要使用小型的直流电动机，功率甚至可以小到几瓦；而矿产开采、矿产冶炼和起重搬运等方面采用的直流电动机功率较大，甚至超过数万瓦。由于国防安全的需求，我国电机行业开始于20世纪50年代中后期，经历了国外进口仿制、自主设计和研究创新的阶段，至今已有60年左右的发展历史，已形成产品开发、大规模生产和关键零部件、专用设备、测试设备配套的完整的工业体系。据不完全统计，我国电机生产及配套厂家在1500家以上，该行业人员超过15万人，工业总产值超过110亿元。电机行业已成为国民经济和国防现代化建设中不可缺少的一个核心产品工业。
经过超过一百年的钻研，目前国外直流电机技术已经非常完善，拥有多达数百个类型的标准直流电机系列。大量专业的生产企业针对各个行业领域的特殊需求研发了功能多样、种类繁多的直流电机。目前它们不仅在水利和建筑等工业领域得到了广泛应用，而且餐饮和电力等民用领域也越来越常见。国内直流电机的发展与国外相比滞后相当长一段距离，不仅在技术上远远落后，而且在制造标准方面也存在非常大的差距。虽然国内直流电机制造标准参照西门子公司的标准进行制定，但总体而言，整个直流电机行业技术创新不强、工艺创新不够，也不具备有力的管理水平。最近几年受益于逐年增加的重型机械出口数量，直流电机行业迎来了一个快速发展的机遇，不仅电机生产企业的规模得以不断扩大，而且整个直流电机行业的技术水平更是上了一个台阶。直流电机产品的大量需求带动了整个行业的持续发展，表明直流电机行业具有十分可观的发展前景。
在转速控制方面，直流调速系统关注的主要指标包括调速、加减速和稳速。其中稳速指的是实现直流电机以稳定的速度运转，运转过程避免干扰因素造成的较大的转速扰动从而保持一定的转速精度。上述三个指标中，调速指标和加减速指标在实际应用中比较容易满足，但要达到理想的稳速指标难度比较大。
1.3主要研究目标
本文是研究直流电机PWM调速系统设计，通过设计PWM调速器完成对电机转速的控制，实现的具体功能包括转动控制、速度控制和急停控制等多个方面，其中转动控制分为控制正转和控制反转；速度控制包括加速控制和减速控制。本文设计的PWM调速器选用单片机AT89C51核心控制器件，集中控制如下多个功能模块：命令输入模块选用独立键盘用来实现命令输入，该键盘具备中断功能；显示模块的功能是显示电机运转过程中的各项转速参数；驱动模块包括光电隔离电路和H型驱动电路两个部分，其中光电隔离电路接收单片机控制程序产生的PWM波形，输入给H型驱动电路实现对电机转动方向和速度的控制。单片机控制程序采用keil集成开发环境开发，通过程序设定PWM波形高电平和电平的持续时间，从而调节PWM波形的脉冲宽度，施加该PWM波形后，电机的电枢电压发生相应地变化，达到对电动机的速度进行调节的目的。本文设计的PWM调速器电路器件选型采用的均为高可靠性的集成电路模块，不仅使得硬件电路设计得到简化，同时确保了整个控制电路的稳定运行。本文所设计的硬件电路采用proteus进行了仿真，结果表明该控制系统功能满足了设定的指标要求。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jsj/wlw/2.html
