直流电机调速系统数字控制的实现

直流电机调速系统数字控制的实现

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MCS-51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MCS-51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。8051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：  直流电机 调速系统 数字控制 PI控制

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  直流电机数字控制调速系统的发展概况 1

1．3 论文的意义及任务 2

第二章  直流电机数字调速系统的原理及特点 3

2．1  直流电机数字控制系统的原理及特点 3

2．2  本章小结 4

第三章  直流数字式调速系统的硬件设计 6

3．1  直流数字式调速系统的硬件结构图 6

3．2  信号检测及处理 6

3．3  微处理器的选择 8

3．3．1  MCS－51单片机的特点 9

3．3．2  MCS－51芯片引脚图 9

3．3．3  复位电路 9

3．4  A/D转换电路 11

3．4．1  逐次比较型A/D转换器的原理图 11

3．4．2  ADC0808引脚图 12

3．5  脉宽调制（PWM）与驱动 12

3．5．1  PWM控制原理及电路 13

3．5．2  PWM驱动电路 14

3．6  与上位机通信 15

3．7  本章小结 16

第四章  直流电机数字调速系统的PI控制 17

4．1  数字PI控制 17

4．1．1  PI控制原理 17

4．1．2  数字PI控制算法 18

4．2  数字PI控制器的参数设定 19

4．2．1  采样周期T的选择 20

4．2．2  数字PI控制器的参数整定 21

4．3  控制软件流程 22

4．4  本章小结 23

第五章 结论与展望 24

参考文献 25

致  谢 26

附录 27