PLPC电机控制系统.docVIP

　　　　　　 黑龙江科技学院大学生科研基金项目 设 计 说 明 书 项　目　名　称：　基于P89LPC932的电机控制系统　 申　　请　　者：　　 王洪磊　　　　　　　 组 员：　 付强、邓学岩、徐成宏　　　 指 导 教 师：　　 周杰　　　　　　　　 基于 P89LPC932 的电机控制系统 编者按：运用P89LPC932的脉宽调制功能实现对电机的恒转速控制，用外接键盘实现对电机的速度输入，采用数字PID控制算法实现对电机的恒转速控制的选题是一个应届生的毕业设计。 直流电动机因其良好的启动、制动性能，良好的机械特性，使得其在现代工业控制领域得到了广泛的应用。自从 PWM（脉冲宽度调制电路）引入到电机控制以后，给自动控制领域带来了深刻的变化，PWM调速装置在直流调速、伺服控制系统中得到了广泛的应用。 纯硬件的PWM系统，其硬件电路较为复杂，实现不易。而采用 Philips 公司新推出的芯片P89LPC932，利用其内部本身自带的脉宽调制器能够很方便的实现对PWM波形的控制。本系统中采用PWM控制器作为PWM控制器及微处理器，由他来实现以下的任务： 1用外接键盘实现对电机的速度输入，能够实时给定电机的转速。 2.设计一个测速装置由计数器0端口来测量电机的转速并经P89LPC932的串行口送 LED显示。 3.设计数字PID 算法实现对电机的恒转速控制，即由键盘输入给定了电机的速度之后 在电机允许的范围之内，改变其负载的大小，电机的转速能够维持基本恒定不变。 第一章 硬件电路的实现 1.1 概述 本系统以P89LPC932作为核心控制部件，外加一定的辅助电路来完成系统的预期任务 即电机的恒转速控制并送显示。利用其外接键盘作为电机的速度输入端，通过键盘输入转速来输出与之相对应的PWM波形。加以一定的驱动电路来驱动电机。利用磁铁和磁的霍尔传感器的霍尔特性设计一测速电路实时测量电机的转速。利用P89LPC932的串口送电机的实测转速。设计一数字PID 调节器，通过数字PID算法实现对电机的恒转速控制。 整体电路的原理框图如图1-1所示。 图 1-1 整体电路原理框图 图1-1电路中键盘输入数据是由P89LPC932实时扫描来实现的，一旦键盘输入新的数据则立即送出新的与键盘输入数据相对应的相应占空比的PWM波形。因为由P89LPC932 输出的电压高电平仅为+3，输出电流仅仅为2MA左右，因此要驱动本系统中的12V小电机 必须将电流、电压加以放大，在本电路中采用功率三极管加以实现。测速电路是采用磁铁和磁的霍尔传感器的霍尔特性来测量电机的转速的。显示电路用到了P89LPC932的串行口，由串行口送出电机的速度。在监控程序中，将电机的实测转速与通过键盘输入所确定的电机应具有的给定转速比较，一旦二者之间有偏差，马上调用数字PID算法进行纠正，改变PWM 波形的输出占空比，使得电机的实际转速相给定转速靠拢，从而实现电机的恒转速控制。关于P89LPC932的介绍请见参考文献[ 1 ]。 1.2 输入电路 为了实时给定电机的转速，可以通过外接键盘来输入设定，具体电路如图1-2所示。 图1-2 速度输入电路 由于用键盘输入转速和数字PID参数，所以需要的按键数目较多。因此键盘接口采用行列式键盘接口，按键的识别方法采用线反转法。键盘的工作原理请见参考文献《单片机原理与应用》。 最终，由键盘输入数据大小来确定相应PWM波形的占空比，从而改变电机的转速。扫描键盘程序中首先是判断键盘是否有数据输入。若有新数据输入则立即送出与输入数据相对应的PWM波形。只有在键盘没有数据输入的情况下，监控程序才会判断电机的实际测量转速与键盘所输入的给定转速是否相等，若二者有偏差，则必须调用数字PID算法来实现电机的恒定转速控制。 1.3 驱动电机电路 因为在电机驱动系统中，主要是对P89LPC932输出的PWM波形进行功率放大，因此首先必须要介绍一下P89LPC932自带的脉宽调制器的工作原理，详细说明请见参考文献《LPC900系列Flash单片机应用技术》（上册）。 图 1-3 电机驱动电路 在图1-3中，三极管9012的特性参数如下：PCM = 310MW，ICM = 50MA，u(br)ceo = 18V，U(BR)EBO = 3V，ICBO = 0.05ΜA，ICEO = 0.1μA，hFE = 60~103，fT = 80MHZ。 Q0管为功率三极管，因为在书上找不到其资料的详细说明，只是在网络上找到了其资料的简单说明，Q0管的型号为D880特性参数为 140V 10A 100W 。因此采用此功率三极管在本系统是足够的。 Q1管9012作为基极驱动电路由于Q0管接成了射极跟随器的形式，Q