直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制

《直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制》由會員上傳分享，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。

1、杭州電子科技大學(xué)電子系統(tǒng)設(shè)計綜合實驗設(shè)計報告實驗名稱1直流電機(jī)速度控制大組號1小組號49姓名學(xué)號徐志朗11192127指導(dǎo)教師2013年6月15日目錄一.設(shè)計目的二.直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制設(shè)計任務(wù)2.1設(shè)計內(nèi)容2.2設(shè)計要求三.總體設(shè)計方案3.1設(shè)計思想3.2系統(tǒng)框圖四.硬件設(shè)計4.1控制器4.2電機(jī)速度采集電路設(shè)計4.2.1方案論證4.2.2方案設(shè)計4.3電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計4.3.1方案論證與設(shè)計4.3.2主要芯片介紹4.4電機(jī)邏輯控制部分的設(shè)計4.5電源設(shè)計五.軟件設(shè)計5.1PID算法5.2軟件流程圖六.測量結(jié)果與誤差分析摘要：本方案以MSP430單片機(jī)為控制核心以及直流電

2、機(jī)、遙控鍵盤、LCD和傳感器構(gòu)成的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng)。其中光電傳感器負(fù)責(zé)對電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，并將測量的結(jié)果反饋給控制中心，并由控制中心將之與設(shè)定值進(jìn)行比較得到偏差，再由偏差產(chǎn)生直接控制作用去消除偏差。采用直流電機(jī)集成驅(qū)動芯片L298N作為直流電機(jī)驅(qū)動模塊。并由單片機(jī)對電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向進(jìn)行控制，由于單片機(jī)單元和電機(jī)供電部分不采用同一單元的電源為安全起見使用光耦對兩部分電路進(jìn)行強(qiáng)弱隔離。由光電傳感器TLP521完成實際轉(zhuǎn)速的檢測，單片機(jī)對經(jīng)整形處理后檢測信號進(jìn)行識別并加以計算由顯示模塊進(jìn)行顯示。關(guān)鍵字:MSP430F149直流電動機(jī)PWMEPEC3T144C6NPID一設(shè)計目的

3、1.編制程序，將直流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)在LCD上顯示出來。2.掌握直流電機(jī)的驅(qū)動原理。3.了解直流電機(jī)調(diào)速的方法，了解直流電機(jī)的工作原理。掌握PID算法及PWM控制技術(shù)。1.學(xué)會直流電機(jī)驅(qū)動程序的設(shè)計。2.進(jìn)一布提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計和調(diào)試水平。二直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制設(shè)計任務(wù)2.1設(shè)計內(nèi)容：掌握直流電機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計方法和直流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。學(xué)會編制直流電機(jī)驅(qū)動程序的軟件設(shè)計方法。通過PWM脈寬調(diào)制來達(dá)到調(diào)節(jié)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。遙控鍵盤實現(xiàn)電機(jī)的啟動、停止、加速、減速、反轉(zhuǎn)的控制，并在LCD上顯示電機(jī)運(yùn)行的當(dāng)前狀態(tài)。2.2設(shè)計要求：設(shè)計出電路原理圖，說明工作原理，編寫程。序

4、及程序流程圖。三總體設(shè)計方案3.1設(shè)計思想：主要由電機(jī)驅(qū)動電路、電機(jī)速度采集電路、電機(jī)、遙控鍵盤、NOKIA5110、單片機(jī)（msp430）組成。電機(jī)速度采集電路反映機(jī)械轉(zhuǎn)速的高低，單片機(jī)msp430是該系統(tǒng)的核心部分，一方面負(fù)責(zé)計算電機(jī)的轉(zhuǎn)速，另一方面將計算得到的轉(zhuǎn)速與設(shè)定轉(zhuǎn)速相比較，經(jīng)過計算處理，得到相應(yīng)的控制信號，并將該信號輸入到電機(jī)驅(qū)動電路從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。通過鍵盤可以設(shè)定工作模式（通過輸入設(shè)定轉(zhuǎn)速，單片機(jī)自動控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，使其接近設(shè)定值）設(shè)定轉(zhuǎn)速。由單片機(jī)檢測哪一個按鍵按下，實現(xiàn)設(shè)定值的修改，并通過NOKIA5110實時顯示設(shè)定值以及測的轉(zhuǎn)速。3.2系統(tǒng)框圖：

5、msp430單片機(jī)（PID控制）開始顯示數(shù)據(jù)FPGA產(chǎn)生PWM電機(jī)遙控控制四硬件設(shè)計4.1控制器用MSP430為控制器，對傳感器的輸出信號測頻計數(shù)，將測得數(shù)據(jù)顯示在液晶NOKIA5110上。單片機(jī)通過一系列的數(shù)據(jù)處理并發(fā)出控制轉(zhuǎn)速的信號。4.2電機(jī)速度采集電路設(shè)計4.2.1方案論證方案一：采用干簧管構(gòu)成電機(jī)轉(zhuǎn)速采集模塊電路。方案二：采用反射式光電耦合器構(gòu)成電機(jī)轉(zhuǎn)速采集模塊電路。方案三：采用凹槽型光電開光作為電機(jī)轉(zhuǎn)速采集模塊電路。由于考慮到電機(jī)轉(zhuǎn)速采集模塊安裝方便，易于調(diào)試。故采用方案三作為直流電機(jī)轉(zhuǎn)速采集模塊電路。4.2.2方案設(shè)計在本系統(tǒng)中由于要將電機(jī)本次采樣的速度與

6、上次采樣的速度進(jìn)行比較，通過偏差進(jìn)行PID運(yùn)算，因此速度采集電路是整個系統(tǒng)不可缺少的部分。本次設(shè)計中應(yīng)用了比較常見的光電測速方法來實現(xiàn)，其具體做法是將電機(jī)軸上固定一圓盤，且其邊緣上有N個等分凹槽如圖（a）所示，在圓盤的一側(cè)固定一個發(fā)光二極管，其位置對準(zhǔn)凹槽處，在另一側(cè)和發(fā)光二極光平行的位置上固定一光敏三極管，如果電動機(jī)轉(zhuǎn)到凹槽處時，發(fā)光二極管通過縫隙將光照射到光敏三極管上，三極管導(dǎo)通，反之三極管截止，電路如圖（b）所示，從圖中可以得出電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈在P3.3的輸出端就會產(chǎn)生N個低電平。這樣就可根據(jù)低電平的數(shù)量來計算電機(jī)此時轉(zhuǎn)速了。例如當(dāng)電機(jī)以一定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行時，P3.3將輸

7、出如圖（c）所示的脈沖，若知道一段時間t內(nèi)傳感器輸出的低脈沖數(shù)為n，則電機(jī)轉(zhuǎn)速v=r/s。(a)(b)電機(jī)速度采集方案(c)傳感器輸出脈沖波形4.3電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計4.3.1方案論證與設(shè)計方案一：采用IRF640絕緣柵型（CMOS）場效應(yīng)管構(gòu)成電流可逆向控制電路模塊來驅(qū)動直流電機(jī)。方案二：采用開關(guān)管9013構(gòu)建成H橋結(jié)構(gòu)電路來作為直流電機(jī)驅(qū)動模塊。方案三：采用直流電機(jī)集成驅(qū)動芯片L298N作為直流電機(jī)驅(qū)動模塊。由于L298N為直流電機(jī)集成驅(qū)動芯片，比自己實際用9013構(gòu)建的H橋直流電機(jī)驅(qū)動模塊的性能更穩(wěn)定，更可靠；與采用IRF64（CMO