冬基于系列单片机的直流电机PWM调速.docVIP

第一章 直流电动机调速概述 1.1直流电机调速原理 直流电动机根据励磁方式不同，直流电动机分为自励和他励两种类型。不同励磁方式的直流电动机机械特性曲线有所不同。但是对于直流电动机的转速有以下公式： n=U/Cc-TR内/CrCc—励磁绕组本身的电阻；—每极磁通(Wb)；Cc—电势常数；Cr—转矩常量。由上式可知，直流电机的速度控制既可采用电枢控制法，也可采用磁场控制法。磁场控制法控制磁通，其控制功率虽然较小，但低速时受到磁极饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制，而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差。所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。 图1-1 直流电机的工作原理图 电枢控制是在励磁电压不变的情况下，把控制电压信号加到电机的电枢上，以控制电机的转速。在工业生产中广泛使用其中脉宽调制(PWM)应用更为广泛。脉宽调速利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开，并通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短，即改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速，因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。 图1-2电枢电压占空比和平均电压的关系图 根据上图，如果电机始终接通电源时，电机转速最大为vmax，占空比为D=/T，则电机的平均速度为：，可见只要改变占空比D，就可以得 到不同的电机速度，从而达到调速的目的。 1.2直流调速系统实现方式 PWM为主控电路的调速系统：基于单片机类由软件来实现PWM，在PWM调速系统中占空比D是一个重要参数在电源电压ud不变的情况下，电枢端电压的平均值取决于占空比D的大小，改变D的值可以改变电枢端电压的平均值从而达到调速的目的。改变占空比D的值有三种方法： A、定宽调频法：保持t1不变，只改变t，这样使周期(或频率)也随之改变。（图1-2）B、调宽调频法：保持t不变，只改变t1，这样使周期(或频率)也随之改变。（图1-2）C、定频调宽法：保持周期T(或频率)不变，同时改变t1和t。（图1-2） 前两种方法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，因此常采用定频调宽法来改变占空 比从而改变直流电动机电枢两端电压。 1.3 89C51单片机 89C51单片机接口如图1-3所示： 图 1-3 89C51单片机 第二章 硬件电路设计 2.1 PWM波形的程序实现 随计算机技术及电力电子技术的发展，PWM波形采用软件方法实现显得非常灵活和实用以89C51单片机为控制核心,晶振频率为12MHz定 时计数器TO,T1作定时器使用，工作在方式1，定时时间为0.1ms，若PWM波形的频率为50 Hz ，占空比为1：1，则和 R0载入30H和31H单元的值初始100,若在程序中利用按键产生中断调用来改变30H和31H单元的值就可以改变占空比.系统流程图如图2-1所示 ： 图 2-1 程序流程图 2.2直流电动机驱动 在直流电动机的驱动中对大功率的电动机常采用IGBT作为主开关元件,对中小功率的电机常采用功率场效应管作为主开关元件.另外还可以采用集成电路来完成对电机的驱动，系统采用集成电路L298来驱动电机 图2-2 L298内部结构和功能引脚图 L298是双H高电压大电流功率集成电路.直接采用 L逻辑电平控制,可以驱 动继电器、直流电动机 、步进电动机等电感性负载。其内部有两个完全相同的功率放大回路。其内部结构和引脚功能如图 2-2所示。 L298 引脚符号及功能 SENSA、SENSBENA 、ENBTTL逻辑电平信号 OUT1、OUT2、OUT3、OUT4：输出端，与对应输入端同逻辑 VCC：逻辑控制电源，4.5~7V GND:地 VSS：电机驱动电源，最小值需比输入的低电平电压高 当使能端为高电平时，输入端IN1为PWM信号,IN2为低电平信号时,电机正转；输入端IN1为低电平信号，IN2为PWM信号时,电机反转;;IN1与IN2相 同时,电机快速停止。当使能端为低电平时,电动机停止转动。 2.3续流电路设计 由于电机具有较大的感性，电流不能突变，若突然将电流切断，将在功率管两端产生很高的电压，损坏器件。我们在此电路中应用的是二极管来续流，利用二极管的单向导通性。二极管的选用要根据PWM的频率和电机的电流来决定，二极管要有足够迅速的恢复时间和足够的电流承受能力。 由于电机具有较大的感性，电流如果突变易损坏功率胳即L2