摘 要
本课题是对双闭环PWM直流调速系统的研究，主要实现对电动机的数字化控制。因此在设计中，对直流调速的原理，直流调速控制方式及调速特性，PWM基本原理及实现方式进行了全面阐述。
为实现系统的微机数字化控制，在设计中，采用了8051单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分，配以各种显示、驱动、测量对模块，实现对电动机转速参数的显示和测量；主电路由整流电路、滤波电路、即功率变换模块组成，控制电路以单片微机为核心,组成包括电流检测模块、转速检测模块、保护模块。在设计中，采用PWM调速方式，通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压，进而实现对电动机的调速。为了提高控制系统的性能和可靠性，设计中，对电流环和转速环采用PID调节器。在软件实现中，本人采用位置式PID控制算法来实现对系统PID参数的整定，得到PID调节器的比例、积分、饱和积分修正系数、积分时间等参数，由于篇幅原因计算过程未列如本论文内容中，只是在最后程序中直接赋予各值。设计的整个控制系统，在硬件结构上采用了大量的集成电路模块，大大简化了硬件电路，提高了系统的稳定性和可靠性，使整个系统的性能得到提高。
关键词：8051单片机； PWM； 直流调速系统
目 录
1 概论………………………………………………………………………………..1
1.1 直流电机调速原理………………………………………………………………..1
1.2 直流电动机的调速性能指标…………………………………………………….2
1.2.1 调速系统的稳态指标…………………………………………………………. 2
1.2.2 调速系统的动态指标……………………………………………………………3
2 闭环控制直流调速系统整体方案设计……………………………………………4
2.1 直流电动机的PWM控制原理…………………………………………………… ..4
2.2 直流电动机可逆PWM系统…………………………………………………….. ..5
2.2.1 可逆PWM系统的原理………………………………………………………… …5
2.2.2 用单片机实现受限单极性控制……………………………………………… … 7
2.38051 单片机对电动机控制的支持………………………………………………….8
2.3.1 MCS-51单片机的基本组成……………………………………………………. 8
2.3.2 存储器………………………………………………………………………… 8
2.3.3 I/O 接口………………………………………………………………………. 9
2.4 单片机系统扩展及接口电路………………………………………………….….10
2.4.1 EPROM的扩展……………………………………………………………….. 10
2.4.2 8051与ADC0809接口………………………………………………………. ..11
3 单片机控制PWM直流调速系统的硬件设计……………………………………. 14
3.1系统方案介绍…………………………………………………………………… 14
3.2单片机控制PWM直流调速系统的电路设计…………………………………. …..15
3.2.1主电路………………………………………………………………………. .15
3.2.2驱动电路…………………………………………………………………….. 16
3.2.3检测回路…………………………………………………………………….. 21
3.2.4保护电路设计………………………………………………………………….23
3.3 显示模块的设计与实现…………………………………………………………. 24
3.4 参数计算与元器件选择……………………………………………………..... 24
4电流环和转速环的设计…………………………………………………………. 27
4.1电流环的设计…………………………………………………………………. .27
4.2转速环的设计…………………………………………………………………. .27
5数字滤波与数字PID控制器设计………………………………………………. 29
5.1数字滤波………………………………………………………………………. .29
5.2 PID控制原理…………………………………………………………………. ..30
5.3位置式PID控制算法……………………………………………………….. ..31
5.4增量式PID控制算法……………………………………………………….. ..32
5.5数字PID控制器的参数及采样周期选择………………………………….. …..33
5.5.1 PID参数选择………………………………………………………………….33
5.5.2采样周期的选择……………………………………………………………. ..33
6系统软件设计…………………………………………………………………… .35
结束语…………………………………………………………………………….. 38
致谢………………………………………………………………………………….39
参考文献…………………………………………………………………………….40
附录 原理图及程序 ……………………………………………………………….41
