单片机的运动控制系统(附件)【字数：16098】
摘 要我们所知道的运动控制系统大多数是由电机来控制的。如今，电机在人们的生活还有工业生产中起着非常重要的作用，其中直流电动机以它良好的性能一直都被人们偏爱使用，而数字化控制则是运动控制系统一个重要的发展趋势。这个设计是基于单片机的运动控制系统，以AT89C52型单片机作为控制的核心，小型直流电动机作为被控制的对象。硬件部分有电源电路、矩阵键盘、L298电机驱动电路、液晶显示器等；软件部分有按键扫描、PWM波生成、转速测量、PID调节、液晶显示器以及上位机设计等。利用定时器计算出电机的实时转速，接着将实时转速在LCD1602上显示，然后将实时的转速与矩阵键盘设定的转速值做比较，再经过PID来调节，改变PWM波的占空比，从而调节电动机的转速。经过多次调试后，本系统基本能够做到转速无静差，而且抗扰动性能较为良好。
目 录
第一章 绪?论 6
1.1运动控制系统的组成 6
1.2运动控制系统的发展现状 7
1.3单片机在电机控制中的优点 8
第二章 系统总体设计 10
2.1系统设计及功能 10
2.2调速方案的选择 11
2.3调压方案的选择 11
2.4控制回路的选择 12
第三章 硬件设计 15
3.2控制芯片的选择 17
3.3电机以及驱动模块 17
3.4转速及电流检测 18
3.5键盘及显示模块 19
3.6本章小结 21
第四章 软件设计 22
4.1系统主程序设计 22
4.2数字PID控制算法 23
4.3矩阵键盘设计 24
4.4中断处理程序 25
4.4.1PWM波生成程序 25
4.4.2重设参数程序 26
4.5转速测量及数字滤波 27
4.5.1转速测量 27
4.5.2数字滤波 28
4.7本章小结 28
第五章 系统调试 29
5.1硬件电路测试 29
5.2软件调试 29
5.3联合调试 33 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
5.4本章小结 34
第六章 结论与展望 35
6.1系统设计成果 35
6.2经验和收获 35
6.3展望 35
致谢 37
参考文献 38
附录 39
第一章 绪?论
电机可以实现机械能和电能之间的转换，根据电机的数学模型，对电机的输入，如电压、电流、频率、输出，如速度、力矩、位移和运动控制系统的任务是通过改变输入输出控制电机的电机，和使它满足工业生产和人们的其他方面的需要。
1.1运动控制系统的组成
典型的运动控制系统可以分为控制、驱动和反馈三个部分，它由电机、功率放大和转换装置、控制器和相应的速度、电流等传感器组成。
电机的运动控制技术控制，可分为直流电机、交流异步电机和交流同步电机，直流电机调速性能好，起动和制动转矩大，过载能力强，因此被广泛应用在起动和高速控制性能要求的场合，但其结构复杂，消耗更多的有色金属，生产成本高，维护比较麻烦，和电刷和换向器限制其速度和能力，因此其应用受到一定的限制。交流电机，相比之下，结构简单，方便，廉价，可靠的运行，改变励磁可以逆转，没有机械换向器，所以它允许大于直流电机转动的速度和能力，但缺点是：必须从电网吸收滞后的无功电流建立磁场，电网的功率因数变坏，功率损耗增加，而异步电动机的起动和失步的问题，而在恒频电源时的速度是比较困难的。
当前设备使用更多的电力功率放大和变换，半控晶闸管SCR装置早期的电路，只能由晶闸管开通，但不能让它关闭，必须增加力转换器电路，电路结构复杂，随着电力电子技术的发展，电机的速度迅速提高，采用全控型电力电子器件，不强制转换，主电路结构简单，且开关频率很高，提高速度控制质量。目前电力电子器件已由单一设备发展成为一个具有驱动和保护电源模块，提升了可靠性。
运动控制器可以分为数字控制器和模拟控制器，模拟控制器主要包括运算放大器、电器元件的控制信号，虽然直观，但控制规律主要体现在硬件电路复杂，和模拟器的性能易受温度的影响。基于微处理器的数字控制器的控制规则体现的是软件设计，易于修改，没有温度漂移的问题。但前者操作可以并行运行，时间延迟可以忽略，一系列作品的数字控制器，滞后时间相对较大，高速的处理器可以用来减少时间滞后。为了使运动控制系统好的SP调速性能，经常使用的反馈回路，如速度，这个电流和位置需要一个传感器信号的检测，并通过控制理论控制，反馈通道的抑制系统干扰，传感器必须具有更高的精度，可以保证系统的控制精度，电流传感器模拟量输出，速度和位置传感器的输出可以是模拟的或数字的数量，对于这个系统的数字控制器必须反馈信号转换为数字量，同时在实践中，往往在反馈信号产生干扰信号，因此必须反馈信号滤波，在模拟控制系统的一阶和二阶RC滤波电路，另外滤波电路和数字系统，采用光耦隔离，同时，结合软件滤波方法。
1.2运动控制系统的发展现状
在现代生产生活中电动机始终扮演着非常重要的角色，自电气传动技术诞生以来，人们通过长期的研究和实践，调速系统获得了巨大的发展。
电机控制可分为简单控制和复杂控制，简单控制是指对起动、制动和电机的正反转控制通过继电器，可编程控制器和开关。复杂的控制指的是速度的精确控制，角度和电机电流。此前，电机的简单控制应用较多，但随着人们的需求，自动化程度的提高，复杂的控制逐渐成为主流，广泛应用于各个方面。例如军用雷达和火炮瞄准；航天卫星导航，对太阳的跟踪控制等航天器的光电电池；工业数控机床、工业机器人、泵和压缩机，绕线机S，等机，扫描仪，打印机，复印机，等早期主要采用直流电机的速度，但随着电力电子技术、传感器技术、自动控制技术、交流电机的发展也具有很高的调速性能，但直流电机调速系统具有很高的调速性能，控制简单，所以仍然具有很重要的作用。
目 录
第一章 绪?论 6
1.1运动控制系统的组成 6
1.2运动控制系统的发展现状 7
1.3单片机在电机控制中的优点 8
第二章 系统总体设计 10
2.1系统设计及功能 10
2.2调速方案的选择 11
2.3调压方案的选择 11
2.4控制回路的选择 12
第三章 硬件设计 15
3.2控制芯片的选择 17
3.3电机以及驱动模块 17
3.4转速及电流检测 18
3.5键盘及显示模块 19
3.6本章小结 21
第四章 软件设计 22
4.1系统主程序设计 22
4.2数字PID控制算法 23
4.3矩阵键盘设计 24
4.4中断处理程序 25
4.4.1PWM波生成程序 25
4.4.2重设参数程序 26
4.5转速测量及数字滤波 27
4.5.1转速测量 27
4.5.2数字滤波 28
4.7本章小结 28
第五章 系统调试 29
5.1硬件电路测试 29
5.2软件调试 29
5.3联合调试 33 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
5.4本章小结 34
第六章 结论与展望 35
6.1系统设计成果 35
6.2经验和收获 35
6.3展望 35
致谢 37
参考文献 38
附录 39
第一章 绪?论
电机可以实现机械能和电能之间的转换，根据电机的数学模型，对电机的输入，如电压、电流、频率、输出，如速度、力矩、位移和运动控制系统的任务是通过改变输入输出控制电机的电机，和使它满足工业生产和人们的其他方面的需要。
1.1运动控制系统的组成
典型的运动控制系统可以分为控制、驱动和反馈三个部分，它由电机、功率放大和转换装置、控制器和相应的速度、电流等传感器组成。
电机的运动控制技术控制，可分为直流电机、交流异步电机和交流同步电机，直流电机调速性能好，起动和制动转矩大，过载能力强，因此被广泛应用在起动和高速控制性能要求的场合，但其结构复杂，消耗更多的有色金属，生产成本高，维护比较麻烦，和电刷和换向器限制其速度和能力，因此其应用受到一定的限制。交流电机，相比之下，结构简单，方便，廉价，可靠的运行，改变励磁可以逆转，没有机械换向器，所以它允许大于直流电机转动的速度和能力，但缺点是：必须从电网吸收滞后的无功电流建立磁场，电网的功率因数变坏，功率损耗增加，而异步电动机的起动和失步的问题，而在恒频电源时的速度是比较困难的。
当前设备使用更多的电力功率放大和变换，半控晶闸管SCR装置早期的电路，只能由晶闸管开通，但不能让它关闭，必须增加力转换器电路，电路结构复杂，随着电力电子技术的发展，电机的速度迅速提高，采用全控型电力电子器件，不强制转换，主电路结构简单，且开关频率很高，提高速度控制质量。目前电力电子器件已由单一设备发展成为一个具有驱动和保护电源模块，提升了可靠性。
运动控制器可以分为数字控制器和模拟控制器，模拟控制器主要包括运算放大器、电器元件的控制信号，虽然直观，但控制规律主要体现在硬件电路复杂，和模拟器的性能易受温度的影响。基于微处理器的数字控制器的控制规则体现的是软件设计，易于修改，没有温度漂移的问题。但前者操作可以并行运行，时间延迟可以忽略，一系列作品的数字控制器，滞后时间相对较大，高速的处理器可以用来减少时间滞后。为了使运动控制系统好的SP调速性能，经常使用的反馈回路，如速度，这个电流和位置需要一个传感器信号的检测，并通过控制理论控制，反馈通道的抑制系统干扰，传感器必须具有更高的精度，可以保证系统的控制精度，电流传感器模拟量输出，速度和位置传感器的输出可以是模拟的或数字的数量，对于这个系统的数字控制器必须反馈信号转换为数字量，同时在实践中，往往在反馈信号产生干扰信号，因此必须反馈信号滤波，在模拟控制系统的一阶和二阶RC滤波电路，另外滤波电路和数字系统，采用光耦隔离，同时，结合软件滤波方法。
1.2运动控制系统的发展现状
在现代生产生活中电动机始终扮演着非常重要的角色，自电气传动技术诞生以来，人们通过长期的研究和实践，调速系统获得了巨大的发展。
电机控制可分为简单控制和复杂控制，简单控制是指对起动、制动和电机的正反转控制通过继电器，可编程控制器和开关。复杂的控制指的是速度的精确控制，角度和电机电流。此前，电机的简单控制应用较多，但随着人们的需求，自动化程度的提高，复杂的控制逐渐成为主流，广泛应用于各个方面。例如军用雷达和火炮瞄准；航天卫星导航，对太阳的跟踪控制等航天器的光电电池；工业数控机床、工业机器人、泵和压缩机，绕线机S，等机，扫描仪，打印机，复印机，等早期主要采用直流电机的速度，但随着电力电子技术、传感器技术、自动控制技术、交流电机的发展也具有很高的调速性能，但直流电机调速系统具有很高的调速性能，控制简单，所以仍然具有很重要的作用。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/858.html
