基于单片机的直流电机调速控制系统设计_毕业设计(论文)

毕业设计(论 文)

基于单片机的直流电机调速控制系统设计

系 别 专 业 班级学号 姓 名 指导教师

自动化 自动化

2010年 6月 16日

东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第I页

基于STC单片机的直流电机调速控制系统设计

摘 要

当今，直流电动机有较大的起动转矩和过载能力强等优点，因此在许多行业中仍有应用。它广泛应用于数控机床、工业机器人等工厂自动化设备中。随着现代化生产规模的不断扩大，各个行业对直流电机的需求日益增大，为此，改善系统的研究有着十分重要的意义。

本文介绍了一种基于单片机控制的PWM直流电机调速系统，以单片机为核心，以小直流电机为控制对象，以SPGT62C19B为电机驱动芯片，实现速度单闭环和PID控制，测速系统由光栅转盘和光电转换电路构成。调速原理是直流电机由PWM信号驱动，控制PWM波形占空比等于控制电机端压，从而调节电机转速。结合其它外围电路，该系统实现了包含电机的启停控制、正反转控制、调速控制多种功能。非常方便的是，用矩阵键盘可以输入转速给定值。并在LED上实时显示占空比、动态转速和转速设定值.论文详细介绍了硬件设计、软件编程，以及计算机仿真和硬件调试，呈现了程序流程图、Kei1C51程序以及Proteus的仿真结果并给出了实验结果。为了克服常规数字直流调速装置的缺点，引入fuzzy-PID复合控制方案和参数模糊自整定控制策略。

关键词：STC单片机，PWM，直流调速，PID算法

75

东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 II 页

The Design of Regulating Speed system of DC Motor

Based on STC Single-Chip Microcomputer

Author：Li Jian

Tutor：Liu Li

Abstract

Nowadays,DC motor has much merit,such as bigger starting torque and stronger overload capacity etc.Therefore, it is applied widely in many industries.DC motor is widely used on the automatic equipments, such as CNC and industrial robot. As the scale of production becomes larger and larger, the demand and requirements become higher and higher, so the research on improving the DC controlling system behavior has important sense.

A PWM speed regulation system of DC motor is introduced in this paper. Taking STC Single Chip Microcomputer as core and the little DC motor as control object, the DC motor drive chip is SPGT62C19B,and the single closed loop speed control and PID control were realized.The speed measurement system is composed of optical grating turnplate and photoelectric conversion circuit .The speed regulation principle is the DC motor is driven by a PWM signal. Contro11ing the PWM duty cycle is equivalent to controlling the motor terminal voltage,which in turn adjusts directly the motor speed. With other peripheral circuits ,this system realizes multi-purpose including the speed adjusting for DC motor, the control of start and brake of motor and pros and cons turn. The given speed can be inputted with matrix keyboard，which is very convenient. The duty cycle，dynamic rotational speed and the given speed can be shown on LEDs with real time. The paper elaborates the hardware design, the software program,computer simulation and the hardware debugging are completed in the design. Programs in KeilC51, program flow chart and a simulation result in Proteus are presented. The experimental results of this speed controller are also given in the paper. To conquer the shortcoming in routine digital DC Speed Regulation，we can bring in fuzzy-PID compound control scheme and fuzzy Self-tuning PID control strategy.

Keywords: single chip microcomputer, PWM, DC speed regulation, PID method

75

东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 III 页

目 录

1 绪 论 ........................................................... 1

1.1 直流调速系统的发展概况 ...................................... 1 1.2 数字式直流调速系统的研究现状 ................................ 1 1.3 论文研究的背景和意义 ........................................ 4 1.4 本文所做的主要工作 .......................................... 5 2 直流调速控制系统概况及理论基础 ................................... 6

2.1 直流电机调速方法及原理 ...................................... 6 2.2 直流电动机的PWM调速原理 .................................... 6 2.3 调速系统的性能指标 .......................................... 7 3 调速系统硬件部分设计 ............................................ 10

3.1 调速控制系统实现的功能 ..................................... 10 3.2 系统总体设计框图及其工作原理 ............................... 10 3.3 器件选型 ................................................... 10 3.4 测速环节 ................................................... 11 3.5 凌阳电机驱动芯片——SPGT62C19B芯片 ......................... 12 3.6 控制系统核心——单片机 ..................................... 14 3.7 八位共阳极数码管 ........................................... 17 3.8 74LS245LED驱动芯片 ......................................... 18 4 系统软件部分 ..................................................... 19

4.1 主函数 ..................................................... 19 4.2 初始化函数 ................................................. 21

75

东北大学秦皇岛分校毕业设计（论文） 第 IV 页

4.3 控制器函数 ................................................. 22 4.4 PWM波形发生函数 ............................................ 25 4.5 显示函数（含延时函数） ..................................... 27 4.6 矩阵键盘相关函数 ........................................... 30 4.7 综合设置函数 ............................................... 33 5 硬件调试与控制策略改进 .......................................... 35

5.1 程序下载 ................................................... 35 5.2 硬件连线 ................................................... 35 5.3 PID参数调节 ................................................ 35 5.4 基于模糊控制算法的改进方案 ................................. 36 结 论 ........................................................... 41 致 谢 .............................................................. 42 参考文献 ........................................................... 43 附 录 ........................................................... 44

附录A 英文文献翻译 ............................................. 44 附录B 函数流程图 ............................................... 55 附录C 系统总图及矩阵键盘仿真图 .................................. 1 附录D 变量定义及矩阵键盘相关代码 ................................ 2

百度搜索“77cn”或“免费范文网”即可找到本站免费阅读全部范文。收藏本站方便下次阅读，免费范文网，提供经典小说综合文库基于单片机的直流电机调速控制系统设计_毕业设计(论文)在线全文阅读。