《基于pwm控制的直流電機(jī)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。

1、1緒論1.1課題的研究背景和意義直流電動(dòng)機(jī)是最早出現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)，也是最早能實(shí)現(xiàn)調(diào)速的電動(dòng)機(jī)。長(zhǎng)期以來，直流電動(dòng)機(jī)一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。由于它具有良好的線性調(diào)速特性，簡(jiǎn)單的控制性能，高的效率，優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性;盡管近年來不斷受到其他電動(dòng)機(jī)(如交流變頻電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等)的挑戰(zhàn)，但到目前為止，它仍然是大多數(shù)調(diào)速控制電動(dòng)機(jī)的優(yōu)先選擇。近年來，直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大變化。隨著計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域以及新型的電力電子功率元件的不斷出現(xiàn)，使采用全控型的開關(guān)功率元件進(jìn)行脈寬調(diào)制(PulseWidthModu

2、lation，簡(jiǎn)稱PWM)控制方式已成為絕對(duì)主流。這種控制方式很容易在單片機(jī)控制中實(shí)現(xiàn)，從而為直流電動(dòng)機(jī)控制數(shù)字化提供了契機(jī)。五十多年來，直流電氣傳動(dòng)經(jīng)歷了重大的變革。首先，實(shí)現(xiàn)了整流器件的更新?lián)Q代，從50年代的使用己久的直流發(fā)電機(jī)一電動(dòng)機(jī)組(簡(jiǎn)稱G-M系統(tǒng))及水銀整流裝置，到60年代的晶閘管電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱V-M系統(tǒng))，使得變流技術(shù)產(chǎn)生了根本的變革。再到脈寬調(diào)制(PulsewidthModulation)變換器的產(chǎn)生，不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上有所提高，而且在技術(shù)性能上也顯示了很大的優(yōu)越性，使電氣傳動(dòng)完成

3、了一次大的飛躍。另外，集成運(yùn)算放大器和眾多的電子模塊的出現(xiàn)，不斷促進(jìn)了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理器單片機(jī)應(yīng)用于控制系統(tǒng)，控制電路己實(shí)現(xiàn)高集成化，小型化，高可靠性及低成本。以上技術(shù)的應(yīng)用，使系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅度提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。由于系統(tǒng)的調(diào)速精度高，調(diào)速范圍廣，所以，在對(duì)調(diào)速性能要求較高的場(chǎng)合，一般都采用直流電氣傳動(dòng)。技術(shù)迅速發(fā)展，走向成熟化、完善化、系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化，在可逆、寬調(diào)速、高精度的電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中一直居于壟斷地位[1]。36目前，國(guó)內(nèi)各大專院校、科研單位和廠

4、家也都在開發(fā)直流數(shù)字調(diào)速裝置。姚勇濤等人提出直流電動(dòng)機(jī)及系統(tǒng)的參數(shù)辨識(shí)的方法。該方法依據(jù)系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的輸入輸出特性，應(yīng)用最小二乘法，即可獲得系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的內(nèi)部參數(shù)，所獲的參數(shù)具有較高的精度，方法簡(jiǎn)便易行。張井崗等人提出直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)?？刂品椒āＴ摲椒ㄒ罁?jù)內(nèi)?？刂圃?，針對(duì)雙閉環(huán)直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種內(nèi)模控制器，取代常規(guī)的PI調(diào)節(jié)器，成功解決了轉(zhuǎn)速超調(diào)問題，能使系統(tǒng)獲得優(yōu)良的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能，而且設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單，控制器容易實(shí)現(xiàn)。董芳英等人提出采用模糊控制方法，對(duì)模糊控制理論在小慣性系統(tǒng)上對(duì)其應(yīng)用進(jìn)行了嘗

5、試。經(jīng)1.SKW電機(jī)試驗(yàn)證明，模糊控制理論可以用于直流并勵(lì)電動(dòng)機(jī)的限流起動(dòng)和恒速運(yùn)行控制，并能獲得理想的控制曲線。由于單片機(jī)以數(shù)字信號(hào)工作，控制手段靈活方便，抗干擾能力強(qiáng)。所以，數(shù)字系統(tǒng)的控制精度和可靠性比模擬系統(tǒng)大大提高。而且通過系統(tǒng)總線，數(shù)字控制系統(tǒng)能與管理計(jì)算機(jī)、過程計(jì)算機(jī)、遠(yuǎn)程電控裝置進(jìn)行信息交換，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的分級(jí)自動(dòng)化控制。所以，直流傳動(dòng)控制采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，使系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)嶄新階段[2]。1.2本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容本設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是:設(shè)計(jì)基于PWM方式的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制電路和控制程序。本

6、設(shè)計(jì)主要要求是:控制程序用C語言或匯編語言編寫,在仿真軟件Proteus上設(shè)計(jì)控制電路,設(shè)計(jì)基于PWM方式的直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的控制電路和控制程序。使用元器件：AT89C51單片機(jī)、霍爾電流傳感器、增量式光電編碼器。技術(shù)要求：設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)全數(shù)字雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。全部控制模塊如速度PI調(diào)節(jié)、電流PI調(diào)節(jié)、PWM控制都通過軟件實(shí)現(xiàn)。直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用L298控制電路，通過單片機(jī)的輸出引腳P01～P04輸出控制信號(hào)進(jìn)行控制。用霍爾電流傳感器檢測(cè)電流變化，并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電流反饋信號(hào)，通過P20引腳輸入給單片

7、機(jī)。采用增量式光電編碼器檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的速度變化，經(jīng)P11、P12引腳輸入給單片機(jī)，獲得速度反饋信號(hào)。每100個(gè)PWM周期對(duì)速度進(jìn)行一次PI調(diào)節(jié)。362脈寬調(diào)制技術(shù)及其在直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用2.1直流電機(jī)的構(gòu)成和基本工作原理無刷直流電動(dòng)機(jī)是在普通直流電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，無刷直流電動(dòng)機(jī)的電樞線圈是由電子“換向器”接到直流電源上的。無刷直流電動(dòng)機(jī)具備兩個(gè)特點(diǎn):A.具有直流電動(dòng)機(jī)那樣的優(yōu)良特性;B.直流電源供電，沒有電刷和機(jī)械換向器，繞組電流的通斷和方向變化，是通過電子換向電路實(shí)現(xiàn)的。和普通直流電動(dòng)機(jī)類似，

8、無刷直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的獲得也是通過改變相應(yīng)電樞線圈電流在不同磁極下時(shí)的方向，從而使電磁轉(zhuǎn)矩總是沿著一個(gè)固定的方向。為了實(shí)現(xiàn)電樞電流在不同磁極下?lián)Q相，必須有相應(yīng)的換流裝置，與普通直流電機(jī)不同，無刷直流電動(dòng)機(jī)必須有位置傳感器，檢測(cè)和確認(rèn)磁極與繞組相互間的相對(duì)位置，位置傳感器有相應(yīng)的兩部分，即轉(zhuǎn)動(dòng)部分和固定部分，轉(zhuǎn)動(dòng)部分和無刷直流電動(dòng)機(jī)本體中轉(zhuǎn)子同軸連接，固定部分和定子連接。無刷直流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理如圖2.1所示。圖2.