PWM调速系统设计.docVIP

课程设计 目录 1 概述 1.1 设计思路………………………………………………………1 1.2 直流电动机PWM调速原理……………………………………1 1.3 总体设计原理图………………………………………………2 2 直流电机的选择与电路设计 2.1 直流电机的选择………………………………………………3 2.1.1 直流电机类型………………………………………………3 2.1.2 直流电机结构………………………………………………3 2.1.3 直流电机工作理……………………………………………4 2.1.4 直流电机主要技术参数……………………………………4 2.2 直流电机的电路设计……………………………………9 2.2.1 延时保护电路…………………………………………………9 2.2.2 主电路…………………………………………10 2.2.3 输出电压波形…………………………………………10 3 单片机和输入 3.1 单片机的选择…………………………………………11 3.2 输入…………………………………………11 4 速度检测装置的选择 4.1 增量式光电编码盘的结构和工作原理……………………15 4.2 编码盘的方向辨别…………………………………………15 4.3 光电编码盘与单片机的接口………………………………15 4.4信号处理电路 5 显示装置 5.1数码管工作原理 5.2静态显示方式及其典型应用电路 6 直流电机PWM控制系统的实现 6.1 总电路图………………………………………………………15 7 直流电机控制程序 8 结束语 参考文献资料…………………………………………………………26 1 系统论述 1.1 设计思路 直流电机PWM控制系统的主要功能包括、该系统由以下电路模块组成：：这一模块主要是利用来实现。控制：。模块 (3-1) 式中 U——电枢端电压； I——电枢电流； R——电枢电路总电阻； ——每极磁通量； K——电动机结构参数。 本设计采用电枢控制方法。 对电动机的驱动离不开半导体功率器件。在对直流电动机电枢电压的控制和驱动中，对半导体功率器件的使用可分为两种方式：线形放大驱动方式和开关驱动方式。实际生活中，绝大多数直流电动机采用开关驱动方式/开关驱动方式是使半导体功率器件工作在开关状态，通过脉宽调制PWM来控制电动机电枢电压，实现调速。 脉宽调制即PWM控制就是对脉冲宽度进行调制的技术，即通过对一系列的脉冲宽度进行调制，来等效地获得所需波形。图2-2是利用开关管对直流电动机进行PWM调速控制原理图和输入输出电压波形。在图2-2(a)中，当开关管MOSFET的栅极输入高电平时，开关管导通，直流电动机电枢绕组两端有电压。秒后，栅极变为低电平，开关管截止，电动机电枢两端电压为0。秒后，栅极输入重新变为高电平，开关管的动作重复前面的过程。这样，对应者输入 的电平高低，直流电动机电枢绕组两端的电压波形如图2-2(b)所示。电动机的电枢绕组两端的电压平均值为式（3-2）： （3-2） 式中 ——占空比，。 图3-2 PWM调速控制原理和电压波形图 Fig.3-2PWM speed control principle and the voltage waveform 占空比表示了在一个周期T里，开关管导通的时间与周期的比值。的变化范围为。可知，当电源电压不变的情况下，电枢的端电压的平均值取决于占空比的大小，改变的值就可以改变电枢两端电压的平均值，从而达到调速的目的，这就是PWM调速原理。 在PWM调速时，占空比是一个重要的参数，以下三种方法都可以改变占空比的值。 （1）定宽调频法 这种方法是保持不变，只改变，这样使周期T(或频率)也随之改变。 （2）调宽调频法 这种方法是保持不变，而改变，这样使周期T(或频率)也随之改变。 （3）定频调宽法(选用此方法) 这种方法是使周期T(或频率)保持不变，而同时改变和。 前两种方法由于在调速时改变了控制脉冲的周期（或频率），当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时，将会引起振荡，因此这两种方法很少用。目前，在直流电动机控制中，主要使用定频调宽法。 PWM控制信号产生的方法有4中。 (1)分立电子元件组成的PWM信号电路。它是最早期的方法，现在已被淘汰了。 (2) 软件模拟法 利用单片机的一个I/O引脚，通过软件对该引脚不断地输出高低电平来实现PWM波输出。这种方法要占用CPU大量时间，使单片机无法进行其它工作，因此也逐渐被淘汰。 (3)专用PWM集成电路