PWM控制电机转速设计.pdfVIP

四川师范大学成都学院电子工程系嵌入式课程设计 目 录 目 录- 1- 一、 前言-2- 二、设计任务-2- 三、 设计原理-2- 3.1 电机调速原理-2- 3.2 H 桥功率驱动原理-3- 3.3 IR2111外围电路及器件选择-4- 3.4 IR2111死区延迟特性-4- 四、 方案与论证-4- 五、 设计内容-5- 5.1 系统框图和设计原理图- 5- 5.2 软件设计流程图-7- 8.1PWM波形在线仿真效果图-8- 8.2PWM PCB - 9- 驱动电机调速 图 8.3PWM 驱动电机调速程序- 10- 第 - 1- 页 共 16 页 四川师范大学成都学院电子工程系嵌入式课程设计 一、前言 长期以来,直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数 变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。特别随着计算机在控制领域, 高开关频率、全控型第二代电力半导体器件(GTR、GTO、MOSFET、IGBT 等)的发展, 以 及脉宽调制(PWM)直流调速技术的应用, 直流电机得到广泛应用。为适应小型直流电 机的使用需求, 各半导体厂商推出了直流电机控制专用集成电路, 构成基于微处理 器控制的直流电机伺服系统。但是,专用集成电路构成的直流电机驱动器的输出功率 有限, 不适合大功率直流电机驱动需求。因此采用N沟道增强型场效应管构建H 桥, 实现大功率直流电机驱动控制。该驱动电路能够满足各种类型直流电机需求, 并具 有快速、精确、高效、低功耗等特点, 可直接与微处理器接口, 可应用PWM技术实现 直流电机调速控制。 二、设计任务 1. 设计电机驱动电路，使用PROTEL绘制出电路原理图和PCB，并制作出实物， 焊接并调试，确保硬件无误。 2. 使用LM3S8962实验板配合自己设计的电机驱动模块，编写程序驱动直流电 机。要求具备直流电机调试、正反转、其中，电机正反转状态和当前的转速 （档位） 通过LM3S8962实验板上的液晶模块 （LCD1602）显示。 3. 撰写设计报告，要求具备摘要、软硬件设计方案、系统框图、程序流程图、 总结等相关内容。 三、设计原理 3.1 电机调速原理 直流电机PWM调速的基本原理图如图1。可控开关S以固定的周期重复地接通和断 开，当开关S接通时，直流供电电源U通过开关S施加到直流电机两端，电机在电源作 用下转动，同时电机电枢电感储存能量；当开关S断开时，供电电源停止向电动机提 供能量，但此时电枢电感所储存的能量将通过续流二极管VD使电机电枢电流继续维 持，电枢电流仍然产生电磁转矩使得电机继续旋转。开关S重复动作时，在电机电枢 两端就形成了一系列的电压脉冲波形，如图3-1所示。 电枢电压平均值的理论计算式为: 其中：α为占空比，即导通时间与脉冲周期之比。 由式 （1）可知，平均电压由占空比及电源电压决定，保持开关频率恒定，改变占空 比能够相应地改变平均电压，从而实现了直流电动机的调压调速。 第 -2 - 页 共 16 页 四川师范大学成都学院电子工程系嵌入式课程设计 图3-1 电机调速原理图 3.2 H 桥功率驱动原理 直流电机驱动使用最广泛的就是H 型全桥式电路, 这种驱动电路方便地实现直 流电机的四象限运行, 分别对应正转、正转制动、反转、反转制动。H桥功率驱动原 理图如图3-2 所示。 图3-2 H 桥功率驱动原理图 H 型全桥式驱动电路的4 只开关管都工作在斩波状态, S1、S2 为一组, S3、S4 为一组, 这两组状态互补, 当一组导通时, 另一组必须关断。当S1、S2 导通时,S3、 S4 关断, 电机两端加正向电压实现电机的正转或反转制动; 当S3、S4 导通时,S1、 S2 关断,电机两端为反向电压, 电机反转或正转制动。实际控制中, 需要不断地使 电机在四