数字式直流电机的调速设计

数字式直流电机调速系统的设计

摘     要

电机控制向数字化和集成化发展，直流电机系统的全数字控制是一个重要发展方向，在国内的电机控制器应用领域虽然以感应电机为主体、模拟器件实现的电机控制器仍占主导地位，但是直流电机系统的优越性早已经被认可，伴随着永磁材料的成本不断降低、微处理器性能不断提高、价格不断下降，全数字控制的直流电机系统的应用时机已经十分成熟。

本文简述了直流电机的调速原理，并提出了一种以80C196KC为控制核心的直流电机数字控制调速系统。简述了系统的总体结构，并对系统的各个功能模块的设计思想和实现方案作了详细介绍。从直流调速系统原理出发，逐步建立了双闭环直流调速系统的数学模型，并对比典型低阶系统求出了电流控制器与转速控制器的参数，然后再在微机控制方面讨论了数字触发、数字测速、转速与电流控制器的原理并给出了软、硬件实现方案。

以80C196KC系列单片机为控制核心的交流电机调速系统比一般的调速系统相比具有很大优势。由于速度给定和测速采用数字化，能够在很宽的范围内高精度测速，所以扩大了调速范围，提高了速度控制的精度；由于硬件高度集中化，所以零部件的数量和触点大大的减少了。很多功能都可以通过程序来完成。使得硬件得以简化，故障比一般的调速系统要少的多。80C196KC单片机以数字信号工作，控制灵活，抗干扰能力大大加强。

关键词：模糊PID控制  直流电动机  调速  电磁兼容性

目录

摘     要 I

Abstract II

目录 III

第一章   绪论 1

1.1  电气传动的发展概况 1

1.2  数字式直流电机调速系统的发展概况 2

1.3  本论文的主要研究内容 3

第二章  数字式直流电机调速系统的设计 4

2.1  数字式直流电机调速系统的工作原理图 4

2.2  控制系统的硬件设计 4

2.2.1  80C196KC单片机 5

2.2.2  触发脉冲输出电路 7

2.2.4  显示电路 9

2.2.5  信号反馈电路 10

2.3  数字式直流电机调速系统的软件设计 11

2.3.1  光电编码器测速的软件设计 11

2.3.2  显示模块的软件设计 16

2.3.3  触发脉冲的软件设计 16

2.3.4  主程序的设计 18

第三章 数字式直流电机调速系统的模糊PID控制 20

3.1  PID控制原理 20

3.2  位置式PID控制算法 22

3.3  调速系统的PID参数整定和模糊PID控制 23

3.3.1  直流电机的数学模型的建立 24

3.3.2  比例、积分系数初值的确定 25

3.3.3  采样周期T的选定 26

3.3.4  模糊PID调速系统 26

第四章   抗干扰源的措施 32

4.1电磁干扰源及其危害性分析 32

4.1.1  电磁干扰源 32

4.1.2  电磁干扰对调速系统的危害性 33

4.2  电磁兼容性设计 34

4.2.1  抑制电磁干扰的原则 34

4.2.2  抗电磁干扰的硬件措施 34

第五章  结论 36

致谢 37

参考文献 37