《直流电机转速测量与控制系统》.doc

山东大学威海分校 机电工程学院 课 程 设 计 课程名称 单片机原理与应用 课题名称 直流电机转速测量与控制系统 专 业 测控 学 号 20078004027 姓 名 刘晨曦 任课教师 曹立军 2010年 6 月 18 日 山东大学威海分校 机电工程学院 课 程 设 计 任 务 书 课程名称 单片机原理与应用 课 题 直流电机转速测量与控制系统 专业班级 07测控 学生姓名 刘晨曦 学 号 20078004027 指导老师 曹立军 审 批 任务书下达日期 2010 年 5 月 28 日 任务完成日期 2010年 6 月 18日 设计内容与设计要求 设计内容： 直流电机200W, 电压：24V, 调速范围±30%。要求有设计说明书，画出控制系统结构图；闭环转速测控系统的具体设计，包括所选传感器、执行器和控制器的类型、原理、输入输出接口和工作电路等；系统流程图及控制算法；控制系统界面的软件设计，包括程序流程图和实现代码；控制算法的实现，包括程序流程图和实现代码或仿真代码。 设计要求： 1）确定系统设计方案； 2）进行系统的硬件设计； 3）完成必要的参数计算与元器件选择； 4）完成应用程序设计； 5）应用程序的调试。 主 要 设 计 条 件 单片机通过霍尔传感器检测电机的转速，利用单片机实验台上电机转速调节，进行程序设计和调试，调速范围±30% 说 明 书 格 式 课程设计任务书 目录 总体方案设计 单元模块设计 系统功能调试 设计总结 程序清单 附录 附录A 系统原理图 附录B 程序清单 进 度 安 排 设计时间为三周 第一周： 布置课题任务，讲课及课题介绍 借阅有关资料，总体方案讨论 总体方案 第二周： 系统设计及调试 软件设计及调试 第三周： 写说明书 整理资料 目录 目录 - 5 - 第1章 前言 - 6 - 第2章 基本原理 - 7- 第3章 总体设计思路 - 9 - 3.1 设计方案 - 9 - 第4章 电路的设计方案 - 12 - 第5章 系统功能调试. - 19 - 第6章 结论 - 23 - 第7章 总结与体会 - 23 - 第8章 参考文献 - 24 - 附录1 - 25 - 附录2 - 25 - 第1章 前言 直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂．功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。 第2章 基本原理 2.1转速测量原理 　　转速的测量方法很多，根据脉冲计数来实现转速测量的方法主要有M法（测频法）、T法（测周期法）和MPT法（频率周期法），该系统采用了M法（测频法）。由于转速是以单位时间内转数来衡量，在变换过程中多数是有规律的重复运动。根据霍尔效应原理，将一块永久磁钢固定在电机转轴上的转盘边沿，转盘随测轴旋转，磁钢也将跟着同步旋转，在转盘下方安装一个霍尔器件，转盘随轴旋转时，受磁钢所产生的磁场的影响，霍尔器件输出脉冲信号，其频率和转速成正比。脉冲信号的周期与电机的转速有以下关系： 　　式中：n为电机转速P为电机转一圈的脉冲数T为输出方波信号周期　　根据式（1）即可计算出直流电机的转速。 霍尔器件是由半导体材料制成的一种薄片，在垂直于平面方向上施加外磁场B，在沿平面方向两端加外电场，则使电子在磁场中运动，结果在器件的2个侧面之间产生霍尔电势。其大小和外磁场及电流大小成比例。霍尔开关传感器由于其体积小、无触点、动态特性好、使用寿命长等特点，故在测量转动物体旋转速度领域得到了广泛应用。在这里选用美国史普拉格公司（SPRAGUE）生产的3000系列霍尔开关传感器3013，它是一种硅单片集成电路，器件的内部含有稳压电路、霍尔电势发生器、放大器、史密特触发器和集电极开路输出电路，具有工作电压范围宽、可靠性高、外电路简单输出电平可与各种数字电路兼容等特点