单片机直流双闭环调速系统硬件部分(附件)
本文主要研究直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制部分、功率部分、直流电动机。长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单、易于大范围内平滑调速、控制性能好等特点，一直在传动领域占有统治地位。
论文分析了系统工作原理和提高调速性能的方法，研究了IGBT模块应用中驱动、吸收、保护控制等关键技术。在微机控制方面，讨论了数字触发、数字测速、数字PWM调制器、双极式H型PWM变换电路、转速与电流控制器的原理，并给出了软、硬件实现方案。该方案以89C52微机为核心，分别采用了8255, 8253, 8279, ADC0809, 741914等芯片与一些外围电路。通过实时测试与调节电动机的转速/电流，此调速系统可获得快速、精确的调速效果。
关键词 直流双闭环调速，数字触发，PWM，数字控制器
目 录
1 绪论5
1.1 直流调速的发展概况和意义5
1.2 课题研究的内容7
1.3 单片机系统及特点7
2 单片机直流双闭环调速系统原理设计7
2.1 转速、电流双闭环调速系统及其静特性7
2.2 双闭环脉宽调速系统的动态性能9
2.3 电流调节器和转速调节器的设计12
3 直流双闭环调速系统的硬件设计 14
3.1 直流双闭环调速系统简介 14
3.2 直流双闭环调速系统总体设计 15
3.3 主要芯片的选择 16
3.4 高精度数字测速电路 24
3.5 键盘/显示接口26
4 系统软件程序设计28
4.1 主程序设计28
4.2 PI控制子程序设计 29
4.3 M法数字测速程 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
序设计 31
4.4 故障保护程序设计31
结论33
致谢34
参考文献35
附录一36
1 绪论
当代，自动化的机器的普遍利用和计算机极速勃发，电气拖动技术正在向着计算机控制方面发展，在生产方面以达到快速、优良、高效的特质。
至此，本文主要研究的是直流调速系统。它主要由三个方面组成，包括控制方面、功率反馈方面、直流电动机测速方面。长期以来，由于直流电机其控制速度更灵活，模式较为简单，无极调速能在比较宽的范围内变化，控制性能好等优点，已经在传统的电机控制领域占主导。
1.1 直流调速的发展概况和意义
直流电机设备调度控制直流电机设备, 因为低转速、高扭矩的特性，直流电机在这方面比交流电机更具备优秀的品质，于是直流调速具备更加开阔的利用远景。直流调速系统是强弱电控制相结合的系统。系统的弱电部份是检测电枢电流的速度、机电温度、晶闸管的温度，以检测系统和信号取决于根据检测到的信号；系统的强电部分则是依据反馈信号，调度机械负载进行作业，调节电机转速，以满足不同作业现场需要。
最初的体系是经过向电机接通直流电，而且是转变电机的电阻大小，来变化转速。使用这种方法具有设备制造简单，价格便宜，易于使用的优点。但弊端是不能再较大范围内平滑调速，而且效能低，机械特征不能就好的体现，是以目前不能再实际中得到很好的应用。
现如今选用了与微机相结合的领先技术，使得数字化直流调速体系拥有较杰出的精度，优秀控制性能，较高的抗干扰本领，在国内外具有较好利用前景。 数字直流调速系统的持续改进提供了工业化的不断发展的一个好方法。采用微机控制后，使得直流调速系统更加方便，并且可靠性高，易于控制，更加提升了调速系统的可操作性。直流电机具有调速平滑，而且调速范围大，易于控制，它的抗负载能力强，能够很好的适应各种工业场所，能够较好的完成工业的任务。由于计算机具有较高性价比，各个领域具有广泛的前途，所以现在计算机与直流电机调速系统能够在事业生产上具有较好的前景。
然而，转速，电流双闭环是现在运用较好的调节方式，性能优越，能够适应很多的场所。根据毕业设计题目及要求，我采用了转速，电流双闭环调速系统来完成调速的目的。为了实现转速和电流双闭环能够分别起作用，我采用了两个调节器，分别是转速调节器和电流调速器，并且让他们嵌套链接，实现目标情况从而完成设计。从构造来讲，里面的是电流环，是内环；外面的是转速环，是外环，从而达成电流、转速双闭环的目的。
目前，随着技术和时代的发展，国外先进设备均具备了全数字化，并且转速、电流双闭环调速系统能够在工业生产中得到完美的体现，而且国内也在积极发展直流双闭环调速系统。随着全球的调速技术快速发展，现在正在进行数字化，智能化，和网络化的改变。然而，国内经过了几十年的发展，正在逐步赶上外国先进技术的步伐，虽然还没有达到欧美先进水平，但是已经在直流双闭环调速方面取得了重大科技成果。未来，新的调速方法还会更加的完美，但是直流调速系统还是占有一席的地位。
1.2 课题研究的内容
运用微机与直流电机的相结合，能够使得调速系统的可靠性更高，操作方便，能够在一定的条件下完成目标任务。直流电机具备杰出的机能，在电力拖动范畴中得到普遍的利用，数字化是直流调速体系的发展方向，单片机具有体积小，功能强大等长处。通过此课题可以让我们能够更好的熟悉单片机与直流电机调速之间联系，能够更好的完成课题任务要求。
1.3 单片机系统及特点
一块单片机芯片就是一台计算机。然而，单片机体积小，功能强大，能够在很多的领域中具有良好的应用，并且由于现在的技术快速发展，低价的，高性能的单片机可以使双闭环调速系统能够在工业生产中获得良好的应用。
2 单片机直流双闭环调速系统原理设计
2.1 转速、电流双闭环调速系统及其静特性
2.1.1 转速、电流双闭环调速系统的组成
为实现转速负反馈和电流负反馈的作用，两个监管机构会在系统中被设置，而切转速调节器和电流调节器这两个会串级连接[1]。将电流环的输入设置成转速环的输出，PWM调制器则是被电流环控制。从闭环结构上看，电流调节环是内环；转速调节器是外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。
2.1.2 稳态结构图和静特性
为了阐释双闭环调速系统的静特征，从而画出了它的稳态构造图，如图2-1所示。解析静特性的环节是掌管PI调节器的稳态特征[2]。正常会有两种不同的情况：饱和：输出到达限幅值；不饱和：输出未达到限幅值。如果输出的两位恒定的值，那么调节器会饱和，而且也不会根据你的输入量的大小改变而改变，当然，如果你施加了一个逆向的输入信号使得调节器退出了饱和状态。用另一句话说，就是当时饱和器断开了输入输出之间的联系，从而使得两个环之间不能串级联接，形成了开环。然而，当调节器不是饱和状态时，PI调节器输入失调电压时，就会出现它在稳态状态时为零的状况。
图2-1 系统稳态结构图
事实，一般工作时，电流监控机构的状态是不是饱和的情况。因此，在静特性，只是速度调节器分为两种环境：饱和与不饱和。
图2-6 转速调节闭环等效动态结构图
可见，上图已具备典型II型系统的标准形式，ASR调节器的参数按以下各式计算即可
（2-12）
3.3.1 单片机的选择
在详细的系统分析的基础上，实用性和经济性分析，MCS-51系列单片机的89C52的选择，其结构图如图3-2所示。
1 绪论5
1.1 直流调速的发展概况和意义5
1.2 课题研究的内容7
1.3 单片机系统及特点7
2 单片机直流双闭环调速系统原理设计7
2.1 转速、电流双闭环调速系统及其静特性7
2.2 双闭环脉宽调速系统的动态性能9
2.3 电流调节器和转速调节器的设计12
3 直流双闭环调速系统的硬件设计 14
3.1 直流双闭环调速系统简介 14
3.2 直流双闭环调速系统总体设计 15
3.3 主要芯片的选择 16
3.4 高精度数字测速电路 24
3.5 键盘/显示接口26
4 系统软件程序设计28
4.1 主程序设计28
4.2 PI控制子程序设计 29
4.3 M法数字测速程 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
序设计 31
4.4 故障保护程序设计31
结论33
致谢34
参考文献35
附录一36
1 绪论
当代，自动化的机器的普遍利用和计算机极速勃发，电气拖动技术正在向着计算机控制方面发展，在生产方面以达到快速、优良、高效的特质。
至此，本文主要研究的是直流调速系统。它主要由三个方面组成，包括控制方面、功率反馈方面、直流电动机测速方面。长期以来，由于直流电机其控制速度更灵活，模式较为简单，无极调速能在比较宽的范围内变化，控制性能好等优点，已经在传统的电机控制领域占主导。
1.1 直流调速的发展概况和意义
直流电机设备调度控制直流电机设备, 因为低转速、高扭矩的特性，直流电机在这方面比交流电机更具备优秀的品质，于是直流调速具备更加开阔的利用远景。直流调速系统是强弱电控制相结合的系统。系统的弱电部份是检测电枢电流的速度、机电温度、晶闸管的温度，以检测系统和信号取决于根据检测到的信号；系统的强电部分则是依据反馈信号，调度机械负载进行作业，调节电机转速，以满足不同作业现场需要。
最初的体系是经过向电机接通直流电，而且是转变电机的电阻大小，来变化转速。使用这种方法具有设备制造简单，价格便宜，易于使用的优点。但弊端是不能再较大范围内平滑调速，而且效能低，机械特征不能就好的体现，是以目前不能再实际中得到很好的应用。
现如今选用了与微机相结合的领先技术，使得数字化直流调速体系拥有较杰出的精度，优秀控制性能，较高的抗干扰本领，在国内外具有较好利用前景。 数字直流调速系统的持续改进提供了工业化的不断发展的一个好方法。采用微机控制后，使得直流调速系统更加方便，并且可靠性高，易于控制，更加提升了调速系统的可操作性。直流电机具有调速平滑，而且调速范围大，易于控制，它的抗负载能力强，能够很好的适应各种工业场所，能够较好的完成工业的任务。由于计算机具有较高性价比，各个领域具有广泛的前途，所以现在计算机与直流电机调速系统能够在事业生产上具有较好的前景。
然而，转速，电流双闭环是现在运用较好的调节方式，性能优越，能够适应很多的场所。根据毕业设计题目及要求，我采用了转速，电流双闭环调速系统来完成调速的目的。为了实现转速和电流双闭环能够分别起作用，我采用了两个调节器，分别是转速调节器和电流调速器，并且让他们嵌套链接，实现目标情况从而完成设计。从构造来讲，里面的是电流环，是内环；外面的是转速环，是外环，从而达成电流、转速双闭环的目的。
目前，随着技术和时代的发展，国外先进设备均具备了全数字化，并且转速、电流双闭环调速系统能够在工业生产中得到完美的体现，而且国内也在积极发展直流双闭环调速系统。随着全球的调速技术快速发展，现在正在进行数字化，智能化，和网络化的改变。然而，国内经过了几十年的发展，正在逐步赶上外国先进技术的步伐，虽然还没有达到欧美先进水平，但是已经在直流双闭环调速方面取得了重大科技成果。未来，新的调速方法还会更加的完美，但是直流调速系统还是占有一席的地位。
1.2 课题研究的内容
运用微机与直流电机的相结合，能够使得调速系统的可靠性更高，操作方便，能够在一定的条件下完成目标任务。直流电机具备杰出的机能，在电力拖动范畴中得到普遍的利用，数字化是直流调速体系的发展方向，单片机具有体积小，功能强大等长处。通过此课题可以让我们能够更好的熟悉单片机与直流电机调速之间联系，能够更好的完成课题任务要求。
1.3 单片机系统及特点
一块单片机芯片就是一台计算机。然而，单片机体积小，功能强大，能够在很多的领域中具有良好的应用，并且由于现在的技术快速发展，低价的，高性能的单片机可以使双闭环调速系统能够在工业生产中获得良好的应用。
2 单片机直流双闭环调速系统原理设计
2.1 转速、电流双闭环调速系统及其静特性
2.1.1 转速、电流双闭环调速系统的组成
为实现转速负反馈和电流负反馈的作用，两个监管机构会在系统中被设置，而切转速调节器和电流调节器这两个会串级连接[1]。将电流环的输入设置成转速环的输出，PWM调制器则是被电流环控制。从闭环结构上看，电流调节环是内环；转速调节器是外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。
2.1.2 稳态结构图和静特性
为了阐释双闭环调速系统的静特征，从而画出了它的稳态构造图，如图2-1所示。解析静特性的环节是掌管PI调节器的稳态特征[2]。正常会有两种不同的情况：饱和：输出到达限幅值；不饱和：输出未达到限幅值。如果输出的两位恒定的值，那么调节器会饱和，而且也不会根据你的输入量的大小改变而改变，当然，如果你施加了一个逆向的输入信号使得调节器退出了饱和状态。用另一句话说，就是当时饱和器断开了输入输出之间的联系，从而使得两个环之间不能串级联接，形成了开环。然而，当调节器不是饱和状态时，PI调节器输入失调电压时，就会出现它在稳态状态时为零的状况。
图2-1 系统稳态结构图
事实，一般工作时，电流监控机构的状态是不是饱和的情况。因此，在静特性，只是速度调节器分为两种环境：饱和与不饱和。
图2-6 转速调节闭环等效动态结构图
可见，上图已具备典型II型系统的标准形式，ASR调节器的参数按以下各式计算即可
（2-12）
3.3.1 单片机的选择
在详细的系统分析的基础上，实用性和经济性分析，MCS-51系列单片机的89C52的选择，其结构图如图3-2所示。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/3709.html
