计算机控制课程设计报告(直流电机转速闭环控制)

计算机控制技术课程设计

设计课题：班 级：报 告 人：指导教师：报告

直流电机转速闭环控制

（采用单片机教学实验系统）

倪 晓

完成日期： 2011 年 9 月 22 日

李景峰，董勇，范涛，刘翰林：直流电机转速闭环控制

重庆大学本科学生《计算机控制技术基础》课程设计任务书

课程设计题目 直流电机转速闭环控制（采用单片机教学实验系统） 学院 自动化学院 专业 自动化专业 年级 2008 （1）已知参数和设计要求 1）用单片机产生PWM方波调制直流电机以一定速率旋转，人为给一个速度漂移，霍尔元件测出速度并根据PID算法跟踪校正速度漂移。 2）要求用LED或LCD时实显示电机速度。 3）要求在10秒内PID算法纠正速率漂移。 （2）实现方法 采用单片机教学实验系统实现 （限≤4人选做） 学生应完成的工作： 1）硬件设计：要求完成控制系统框图；绘制完整的控制系统电原理图；说明各功能模块的具体功能和参数；结合实验室现有的单片机教学实验系统进行系统组成，对整个系统的工作原理进行全面分析，论述其结构特点、工作原理、优、缺点和使用场合。分析和论述系统采用的主要单元的工作原理和特性。 2）软件设计：要求合理分配系统资源，完成直流电机转速闭环控制的程序设计（如：系统初始化；主程序；A/D转换；D/A转换；标度变换；显示与键盘管理；控制算法处理；输出等）。 3）对设计控制系统进行系统联调。 4）编写课程设计报告：按统一论文格式、统一报告纸和报告的各要素【封面、任务书、目录、摘要、序言、主要内容（包括设计总体思路、设计步骤、原理分析和相关知识的引用等）、总结、各组员心得体会、参考书及附录（包括系统框图、程序流程图、电原理图和程序原代码）】进行编写，字数要求不少于4000字，要求设计报告论理正确，逻辑性强，文理通顺，层次分明，表达确切。 目前资料收集情况（含指定参考资料）： 《计算机硬件技术基础实验教程》 黄勤等编著 重庆大学出版社 《单片微型计算机机与接口技术》 李群芳等编著 电子工业出版社 《计算机控制技术》王建华等编著 高等教育出版社 课程设计的工作计划： （1）2011年9月19日熟悉设计任务和要求。 （2）2011年9月20日确定设计方案。 （3）2011年9月21日硬件调试。 （4）2011年9月22日软件及系统调试。 （5）2011年9月23日设计答辩。 任务下达日期 2011年 9月 19 日 指导教师 （签名） 完成日期 2011年 9 月 24日 学 生 （签名） 说明：1、学院、专业、年级均填全称，如：光电工程学院、测控技术、2003。

2、本表除签名外均可采用计算机打印。本表不够，可另附页，但应在页脚添加页码。

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李景峰，董勇，范涛，刘翰林：直流电机转速闭环控制

摘要

在运动控制系统中，电机转速控制占有至关重要的作用，其控制算法和手段有很多，模拟PID控制是最早发展起来的控制策略之一，长期以来形成了典型的结构，并且参数整定方便，能够满足一般控制的要求，但由于在模拟PID控

制系统中，参数一旦整定好后，在整个控制过程中都是固定不变的，而在实际

中，由于现场的系统参数、温度等条件发生变化，使系统很难达到最佳的控制效果，因此采用模拟PID控制器难以获得满意的控制效果。随着计算机技术与智能控制理论的发展，数字PID技术渐渐发展起来，它不仅能够实现模拟PID所完成的控制任务，而且具备控制算法灵活、可靠性高等优点，应用面越来越广。

本设计以上面提到的数字PID为基本控制算法，以SST89EE554RC单片机为控制核心，产生占空比受数字PID算法控制的PWM脉冲实现对直流电机转速的控制。同时利用霍尔传感器将电机速度转换成脉冲频率反馈到单片机中，实现转速闭环控制，达到转速无静差调节的目的。在系统中采数码管和4×4键盘作为人机交互界面，启动后可以通过显示部件了解电机当前的转速。该系统控制简单，反应灵敏，具有很强的抗干扰能力。

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李景峰，董勇，范涛，刘翰林：直流电机转速闭环控制

目 录

前言 ............................................................

一.总体设计方案 ................................................ 二.硬件单元模块设计 ............................................ （1）单片机控制单元 .............................................. （2）直流电机驱动单元 ............................................ （3）基于霍尔传感器的测速模块 .................................... （4）LED显示模块 ................................................. 三.软件功能调试 ................................................ （1）主程序设计 .................................................. （2）PWM波软件软件设计 ........................................... （3）显示子程序 .................................................. （4）键盘处理子程序 .............................................. （5）定时处理程序 ................................................ （6）测速软件设计 ............................................... 四.设计总结 ................................................... 17 五.参考文献 ................................................... 17

附录 ……………………………………………………………… 17

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李景峰，董勇，范涛，刘翰林：直流电机转速闭环控制

前言

在工业控制领域中，直流电机是常见的机电装置，以单片机为控制器对电机进行控制，运用串口通信技术实现电机的远程测控。通过采用周期测量法测量电机的转速，运用PWM技术实现对电机的驱动控制，为直流电机的控制提供了一种低成本高精度的测控方案。

在工业自动控制系统和各种智能产品中常常会用用电动机进行驱动、传动和控制，而现代智能控制系统中，对电机的控制要求越来越精确和迅速，对环境的适应要求越来越高。随着科技的发展，通过对电机的改造，出现了一些针对各种应用要求的电机，如伺服电机、步进电机、开关磁阻电机等非传统电机。但是在一些对位置控制要求不高的电机控制系统如传动控制系统中，传统电机如直流电机乃有很大的优势，而要对其进行精确而又迅速的控制，就需要复杂的控制系统。随着微电子和计算机的发展，数字控制系统应用越来越广泛，数字控制系统有控制精确，硬件实现简单，受环境影响小，功能复杂，系统修改简单，有很好的人机交换界面等特点。

总体设计概述

单片机直流电机调速简介：单片机直流调速系统可实现对直流电动机的平滑调速。PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过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”。本系统以SST89E554RC单片机为核心，通过单片机控制，C语言编程实现对直流电机的调速。

系统控制方案的分析：本直流电机调速系统以单片机系统为依托，根据PWM调速的基本原理，通过PI控制以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为依据，实现对直流电动机的平滑调速，并通过单片机控制速度的变化。本文所研究的直流电机调速系统主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提，是整个系统执行的基础，它主要为软件提供程序

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