基于单片机直流电机调速控制系统文献综述.doc

基于单片机直流电机调速控制系统 ——文献综述 电机在各行各业发挥着重要的作用,而电机转速是电机重要的性能指标之一,因而测量电机的转速和电机的调速,使它满足人们的各种需要,更显得重要，而且随着科技的发展,PWM调速已经成为电机调速的新方式。随着科技的发展，人们对控制系统的要求越来越高,电机调速成了人们研究的课题,现在对于普通直流电机的调速已经有了一些比较成熟的方法。直流电动机转速的控制方法可分为两类励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法控制磁通,其控制功率虽然小,但低速时受到磁饱和的限制,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,所以使用较少。电枢电压控制法总体上可以分为两种,一种是调节电压,一种是调节电流。传统的调速系统是用模拟电子电路来实现的,这种电路虽然响应快,但是灵活性较差,维修复杂。单片机作为一种可编程控制器技术上已经比较成熟。通过单片机对普通直流电机进行调速的系统已经存在，单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点。 一、研究背景及动态 起先的电机电枢电压调节法采用串联电阻调速法,这种方法耗能大、且调速不太平稳,逐渐被其他调速装置代替。以后又出现了晶闸管、MOSFET、IGBT等为主控元件的调速装置。电子技术的高速发展,促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变,特别是单片机技术的应用,使直流电机调速技术进入一个新的阶段。传统的晶闸管直流调速系统控制回路的硬件设备极其复杂,安装调试困难,相对故障率较高,维修比较困难。而采用单片机控制的电机调速系统,其控制方案是依靠软件实现的,控制器由可编程功能模块组成,配置和参数调整简单方便,工作稳定。 脉宽调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法,它不仅容易由软件来实现,而且从处理器到被控制信号都是数字形式无需数模转化,加上PWM对噪声的抵抗能力强，使得PWM成为目前电机调速的主要方法。一些人采用闭环控制,对检测量与目标量进行计算,通过单片机产生PWM波控制直流电机电枢的通断时间来实现变电压调速；另一部分人采用模糊控制,使用开环系统,只通过该变程序参数来实现所需要的速度变化。另一种电机调速直接对模拟量进行调整,由单片机的多个口线编码,通过D/A转换元件转化成模拟量,直接控制可控硅的导通角,D/A的位数决定调速的级数。 二、评述 脉宽调制本质上是一种电压调速,它结合其他元件改变电机电枢在一定周期内的导通时间,调节电机两端的平均电压,达到调节电机速度的目的。采用脉宽调制控制电机电枢的通断与串电阻调节法相比,减少了电能在电阻中的损耗,能够节约能源。在硬件电路的搭建上面,一般采用闭环控制方式，通过两个定时器对电机的转速进行测量,由于51单片机的定时器只有两个,需要通过程序或结合其他外设来产生控制脉冲。当然也可以采用52单片机，用单纯程序来改变脉冲输出的频率,其中延时的长短是动态的,软件法在电动机控制中,要不停地产生控制脉冲,占用了大量的CPU时间。所以一般结合定时器来产生脉冲.当要求控制脉冲频率较高时候,还需要外加一些模块来产生PWM,比如PWM波形发生器。在自动调速的算法上一般采用PID算法,通过目标量与检测量进行比较,再由算法来调制脉宽。 另一种脉宽调制系统采用模糊控制法,它不需要检测装置,硬件电路搭建相对简单。但要实现某种速度变换需要不断地结合实际来修改程序参数,结果比较不精确，不能随外界的环境变化而变通。直接调整模拟量的电机调速方法,通过D/A转换直接控制双向可控硅的导通角,即调节触发角a的大小,来改变电机主绕组两端的平均电压,以实现降压调速. 在电机的驱动元件上,有光耦、双向可控硅、L297（步进电机驱动）、场效应管、三极管、固态继电器（SSR）等.在选择驱动元件时除了考虑电机的功率外,还应该考虑驱动元件的响应速度. 三课题的研究内容 本文设计是一套基于PIC单片机的直流电机控制器，作为其配套的试验装置。论文根据系统的要求完成了整体方案设计和系统选型，针对所设计的控制方案对控制系统的软、硬件设计作了详细论述。硬件部分先作了整体设计，然后介绍了以单片机为核心的硬件构成，对键盘电路、测量电路、显示电路等作了详细阐述;软件部分采用模块化设计思想，编制了各个模块的流程图。论述了软件的设计思想和方法;实现了对直流电动机转动参数的设置、启动、停止、加速、减速和显示等功能。利用PIC系列芯片进行低成本直流电动机控制系统的设计，能够简化系统构成、降低系统成本、增强系统性能、满足更多应用场合的需要 四、结论 脉宽调制调速法突破传统的串电阻调速,节省了电能。单片机来实现电机调速为电机调速提供了新的方法，它虽然没有传统的模拟数字电路调速来得反应快,但是由单片机搭建的电机调速电路要比使用模拟数字电路简单得多，不仅节约