電力拖動自動控制系統(tǒng)課程設(shè)計--基于單片機(jī)的直流電機(jī) pwm 控制系統(tǒng)

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文主要設(shè)計一個基于單片機(jī)的直流電機(jī) PWM 控制系統(tǒng)。PWM 控制提高了調(diào)速 范圍，提高了調(diào)速精度，改善了快速性能、功率和功率因數(shù)。系統(tǒng)在設(shè)計中被控對象采用 5V 的直流電機(jī)，以 MCS-51 單片機(jī)為控制核心，采用 LCD12864 液晶作為顯示元件，進(jìn)行軟硬件的設(shè)計。硬件電路由 protel 設(shè)計制作，主要設(shè)計了液晶顯示電

2、路、鍵盤控制電路、復(fù)位電路、測速電路和驅(qū)動電路。軟件設(shè)計在 Keil 開發(fā)平臺用 C 語言編寫，程序采用模塊化設(shè)計方案，包括液初始化程序、晶顯示程序、鍵盤控制程序。 本系統(tǒng) PWM 控制直流電機(jī)采用調(diào)壓調(diào)速的方法，整體設(shè)計包括軟件和硬件兩個部 分。通過利用單片機(jī)產(chǎn)生 PWM 控制信號控制直流電機(jī)，詳細(xì)介紹脈寬調(diào)制 ( PWM) 控 制原理，直流電機(jī)的工作原理和數(shù)學(xué)模型以及用 H型橋電路基本原理設(shè)計的驅(qū)動電路。 通過硬件電路的模擬

3、情況，說明系統(tǒng)運(yùn)行正常，各個功能模塊實現(xiàn)是可行的，控制精度 比較高，能夠滿足系統(tǒng)的基本要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 單片機(jī)；PWM；直流電機(jī)；L298N；</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、 設(shè)計任務(wù)5</b></p><p><b>　

4、　二、 設(shè)計方案5</b></p><p><b>　　1、 任務(wù)分析5</b></p><p><b>　　2、 方案設(shè)計6</b></p><p>　　3、 方案流程圖6</p><p>　　三、 系統(tǒng)硬件設(shè)計7</p><p>　　1、 STC12

5、最小系統(tǒng)7</p><p>　?。?） STC12C5A60S2芯片7</p><p>　　（2） 系統(tǒng)時鐘電路11</p><p>　?。?） 復(fù)位電路11</p><p>　　（4） 最小系統(tǒng)原理圖12</p><p>　　2、 電機(jī)模塊12</p><p>　　3、 L298N

6、模塊13</p><p>　　4、 測速模塊15</p><p>　　5、 測壓模塊16</p><p>　　6、 液晶模塊17</p><p>　　7、 按鍵模塊19</p><p>　　8、 燈光信號模塊20</p><p>　　四、 系統(tǒng)軟件設(shè)計21</p>&

7、lt;p>　　1、 軟件流程圖21</p><p>　　2、 PWM程序設(shè)計22</p><p>　　3、 測壓程序設(shè)計22</p><p>　　4、 測速程序設(shè)計23</p><p>　?。?）1S定時程序23</p><p>　　（2） 光電開關(guān)信號采樣程序23</p><p&

8、gt;　?。?） 電機(jī)速度計算程序23</p><p>　　5、 液晶驅(qū)動程序設(shè)計24</p><p>　　6、 菜單程序設(shè)計25</p><p>　　7、 按鍵程序設(shè)計27</p><p>　　8、 電機(jī)反電動勢系數(shù)計算程序28</p><p>　　9、 電機(jī)力矩系數(shù)計算程序29</p>&

9、lt;p>　　10、 逼近算法控制程序29</p><p>　　11、 比例控制程序29</p><p>　　12、 PID控制程序30</p><p>　　五、直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學(xué)模型的建立32</p><p><b>　　六、調(diào)速數(shù)據(jù)36</b></p><p>　　1、 比例

10、調(diào)速數(shù)據(jù)36</p><p>　　2、 PID調(diào)速數(shù)據(jù)37</p><p>　　3、 逼近算法調(diào)速數(shù)據(jù)37</p><p>　　4、 反電動勢系數(shù)和電機(jī)力矩系數(shù)數(shù)據(jù)38</p><p><b>　　七、心得體會38</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)40</b

11、></p><p>　　附錄一 硬件原理圖41</p><p>　　附錄二 硬件PCB圖42</p><p>　　附錄三 程序清單43</p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　本課題設(shè)計主要的目的是為了能夠準(zhǔn)確及時的控制直流電動機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止、加速

12、和減速功能可以準(zhǔn)確調(diào)節(jié)控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。同時，本設(shè)計可以自動測量計算直流電機(jī)的反電動勢系數(shù)以及馬達(dá)的力矩系數(shù)。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制分別采用三種可選擇的調(diào)速方案：逼近算法調(diào)速、比例控制調(diào)速和PID控制調(diào)速。本系統(tǒng)采取了菜單式選擇界面，方便了使用者對系統(tǒng)各項功能的使用與選擇，同時加入了大量圖片設(shè)計和動畫效果，使人機(jī)交流界面更加人性化。</p><p><b>　　設(shè)計方案</b></p&g

13、t;<p><b>　　任務(wù)分析</b></p><p>　　本設(shè)計要求中央控制芯片具有定時計數(shù)的功能，一定的程序存儲空間，還要有足夠的IO外接端口。由于本設(shè)計以LCD12864作為人機(jī)交流的顯示界面，所以要求中央控制芯片具有一定的電流驅(qū)動能力。LCD、電機(jī)控制信號、LED指示燈、獨(dú)立按鈕，電壓采集這些都需要占用大量IO接口，所以要求中央控制芯片要有足夠多的外部接口以滿足需要。

14、本設(shè)計將采用菜單界面設(shè)計方面，涉及大量圖片和文字，所以要求控制芯片要有足夠大的內(nèi)存空間。大量變量標(biāo)志將實現(xiàn)各項菜單的切換，所以要求控制芯片要有足夠的RAM空間來存儲臨時變量。</p><p>　　本設(shè)計要求能準(zhǔn)確控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向以及轉(zhuǎn)速，所以要求電機(jī)的控制芯片就有較強(qiáng)的調(diào)速控制功能以及轉(zhuǎn)向控制功能。</p><p>　　本設(shè)計要求所采用的的直流電機(jī)轉(zhuǎn)速具有一定的可調(diào)空間以及足夠的靈敏度。&l

15、t;/p><p>　　本設(shè)計涉及直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的采集，電機(jī)輸出電壓的測量，所以要求本系統(tǒng)具有測量電機(jī)轉(zhuǎn)速和采集電壓的功能。</p><p><b>　　方案設(shè)計</b></p><p>　　由于STC12c5a60s2單片機(jī)具有1280B的RAM，60KROM，P0-P4數(shù)量眾多的IO口，高達(dá)20MA的電流驅(qū)動能力和1T的運(yùn)行速度，具有片上PWM模塊

16、和ADC模塊，滿足本課題的設(shè)計要求，所以本設(shè)計采用STC12c5a60s2芯片作為中央主控芯片。</p><p>　　帶41線碼盤測速碼盤日本三美直流電機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)范圍寬，響應(yīng)迅速，并且?guī)в袑ι涫焦怆婇_關(guān)測速模塊，只需接上相應(yīng)的信號放大電路就可以被單片機(jī)所識別。所以本系統(tǒng)采用了帶41線碼盤測速碼盤日本三美直流電機(jī)。</p><p>　　本系統(tǒng)采用了LCD12864作為人機(jī)交流界面，滿足了控制

17、項目多，控制信息多，顯示信息完整等要求。</p><p><b>　　方案流程圖</b></p><p><b>　　系統(tǒng)硬件設(shè)計</b></p><p><b>　　STC12最小系統(tǒng)</b></p><p>　　STC12C5A60S2芯片</p><p

18、>　　STC12C5A60S2不但和8051指令、管腳完全兼容，而且速度快8-12倍。內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路,2路PWM,8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換(250K/S),針對電機(jī)控制，強(qiáng)干擾場合，其片內(nèi)的具有大容量程序存儲器60K FLASH ROM，用戶可以用電的方式瞬間擦除、改寫。STC系列單片機(jī)支持串口程序燒寫，對開發(fā)設(shè)備的要求很低，開發(fā)時間也大大縮短。以下是STC12C5A60S2的功能：</p><

19、;p>　　1.增強(qiáng)型8051 CPU，1T，單時鐘/機(jī)器周期，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051； 2.工作電壓：STC12C5A60S2系列工作電壓：5.5V-3.3V（5V單片機(jī)）STC12LE5A60S2系列工作電壓：3.6V-2.2V（3V單片機(jī)）； </p><p>　　3.工作頻率范圍：0 - 35MHz，相當(dāng)于普通8051的 0～420MH

20、z； </p><p>　　4.用戶應(yīng)用程序空間8K /16K / 20K / 32K / 40K</p><p>　　/ 48K/ 52K / 60K / 62K字節(jié)； </p><p>　　5.片上集成1280字節(jié)

21、RAM； </p><p>　　6.通用I/O口（36/40/44個），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/弱上拉（普通8051傳統(tǒng)I/O口），可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口/弱上拉，推挽/強(qiáng)上拉，僅為輸入/高阻，開漏，每個I/O口驅(qū)動能力均可達(dá)到20mA，但整個芯片最大不要超過55Ma； </p><p>　　7. ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器

22、，無需專用仿真器  可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片； </p><p>　　8.有EEPROM功能(STC12C5A62S2/AD/PWM無內(nèi)部EEPROM)；</p><p><b>　　9. 看門狗； </b></p><p>　　10.內(nèi)部集成MAX81

23、0專用復(fù)位電路（外部晶體12M以下時，復(fù)位腳可直接1K電阻到地）； </p><p>　　11.外部掉電檢測電路:在P4.6口有一個低壓門檻比較器，5V單片機(jī)為1.32V，誤差為+/-5%,3.3V單片機(jī)為1.30V，誤差為+/-3%； </p><p>　　12.時鐘源：外部高精度晶體/時鐘，內(nèi)部R/C振蕩器(溫漂為+/-5%到+/-10%以內(nèi)) 1用戶在下

24、載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體/時鐘，常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：5.0V單片機(jī)為：11MHz～15.5MHz，3.3V單片機(jī)為：8MHz～12MHz，精度要求不高時，可選擇使用內(nèi)部時鐘，但因為有制造誤差和溫漂，以實際測試為準(zhǔn)； </p><p>　　13.共4個16位定時器   兩個與傳統(tǒng)8051兼容的定時器/計數(shù)器,16位定時器T0和T1，沒有

25、定時器2，但有獨(dú)立波特率發(fā)生器   做串行通訊的波特率發(fā)生器   再加上2路PCA模塊可再實現(xiàn)2個16位定時器； </p><p>　　14. 2個時鐘輸出口，可由T0的溢出在P3.4/T0輸出時鐘，可由T1的溢出在P3.5/T1輸出時鐘； </p><p>　　15.外部中斷I/O口7路,傳統(tǒng)的下降

26、沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,并新增支持上升沿中斷的PCA模塊， Power Down模式可由外部中斷喚醒，INT0/P3.2,INT1/P3.3,T0/P3.4, T1/P3.5, RxD/P3.0,CCP0/P1.3(也可通過寄存器設(shè)置到P4.2 ), CCP1/P1.4 (也可通過寄存器設(shè)置到P4.3)； </p><p>　　16.

27、 PWM(2路）/PCA（可編程計數(shù)器陣列,2路）</p><p>　　——也可用來當(dāng)2路D/A使用 </p><p>　　——也可用來再實現(xiàn)2個定時器 </p><p>　　——也可用來再實現(xiàn)2個外部中斷(上升沿中斷/下降沿中斷均可分別或同時支持)； </p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換, 10位精度ADC，共8路，轉(zhuǎn)換速度可達(dá)25

28、0K/S(每秒鐘25萬次)</p><p>　　18.通用全雙工異步串行口(UART)，由STC12</p><p>　　系列是高速的8051，可再用定時器或PCA軟件實現(xiàn)多 串口； </p><p>　　19. STC12C5A60S2系列有雙串口，后綴有S2標(biāo)志 的才有雙串口，RxD2/P1.2(可通過寄存器設(shè)置到P4.2

29、)， TxD2/P1.3(可通過寄存器設(shè)置到P4.3)； </p><p>　　20.工作溫度范圍：-40 - +85℃(工業(yè)級) / 0 - 75 ℃(商 業(yè)級)21.封裝：PDIP-40,LQFP-44,LQFP-48 I/O 口不夠時，可用2到3根普通I/O口線外接 74HC164/165/595（均可級聯(lián)）來擴(kuò)展I/

30、O口, 還可用 A/D做按鍵掃描來節(jié)省I/O口，或用雙CPU,三線通信， 還多了串口。</p><p>　　STC12C5A60S2的引腳如圖1所示</p><p>　　圖1 STC12c5a60s2引腳圖</p><p><b>　　系統(tǒng)時鐘電路</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用

31、11.0592MKZ的外部石英晶振作為單片機(jī)的時鐘脈沖輸入。電路圖如圖2所示。</p><p><b>　　圖2 時鐘電路</b></p><p><b>　　復(fù)位電路</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用的是上電復(fù)位方式。如圖3所示。</p><p><b>　　圖3 復(fù)位電路<

32、/b></p><p><b>　　最小系統(tǒng)原理圖</b></p><p>　　最小系統(tǒng)包括系統(tǒng)時鐘電路，復(fù)位電路、單片機(jī)芯片引腳借口，保證了單片機(jī)能夠正常的工作。如圖4所示.</p><p>　　圖4 STC12最小系統(tǒng)</p><p><b>　　電機(jī)模塊</b></p>&

33、lt;p>　　直流電機(jī)是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能（直流電動機(jī)）或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能（直流發(fā)電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。它是能實現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。當(dāng)它作電動機(jī)運(yùn)行時是直流電動機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。本系統(tǒng)采用帶41線碼盤測速碼盤日本三美直流電機(jī)。其實物圖如圖5所示。</p><p><b>　　圖5 電機(jī)</b></p&g

34、t;<p><b>　　L298N模塊</b></p><p>　　圖10 ADC的結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　液晶模塊</b></p><p>　　本系統(tǒng)設(shè)計了6個獨(dú)立按鍵，低電平有效。分別用作主菜單按鍵、電機(jī)正轉(zhuǎn)按鍵/菜單向上按鍵、電機(jī)反轉(zhuǎn)按鍵/菜單向下按鍵、電機(jī)加速按鍵/菜單加按鍵、電機(jī)減速按鍵/

35、菜單減按鍵，電機(jī)停止按鍵/菜單確定鍵。其電路原理圖如圖12所示。</p><p><b>　　圖12 按鍵電路圖</b></p><p><b>　　燈光信號模塊</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用三個發(fā)光二級管作為電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)提示燈。分別表示電機(jī)正轉(zhuǎn)提示燈、電機(jī)反轉(zhuǎn)提示燈、電機(jī)停止提示燈。其電路原理圖如圖13所示。&

36、lt;/p><p>　　圖13 LED電路圖</p><p><b>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p><b>　　軟件流程圖</b></p><p><b>　　器高8位</b></p><p>　　ADC_RESL=0; //清零轉(zhuǎn)換結(jié)果寄存器低

37、2位</p><p>　　ADC_CONTR=0x80;//開啟AD電源</p><p>　　Delay(2);//等待1ms，讓AD電源穩(wěn)定</p><p>　　讀取相關(guān)通道的電壓數(shù)據(jù)：U16 AD_get(U8 channel)；</p><p>　　轉(zhuǎn)化電壓數(shù)據(jù)：float AD_work(U8 channel)；</p>

38、<p><b>　　測速程序設(shè)計</b></p><p>　　本系統(tǒng)開去外部中斷0來計算對射式光電開關(guān)輸入單片機(jī)的高電平次數(shù)，采用定時器0以1秒的頻率計算電機(jī)一分鐘的轉(zhuǎn)速，并采用平均法減小誤差。</p><p><b>　?。?）1S定時程序</b></p><p>　　TMOD=0x21;//設(shè)置定時器0為工

39、作方式1</p><p>　　TH0=(65536-50000)/256;</p><p>　　TL0=(65536-50000)%256; //計算初值并將其寫入TH0、TL0</p><p>　　EA=1;//開總中斷</p><p>　　ET0=1;//開T0中斷允許位</p><p>　　TR0=1; //

40、啟動</p><p>　　光電開關(guān)信號采樣程序</p><p>　　void int0() interrupt 0</p><p><b>　　{</b></p><p>　　ExinNum++;</p><p><b>　　}</b></p><p>

41、;<b>　　電機(jī)速度計算程序</b></p><p>　　SpeedV[SpeedVnum]=(int)(ExinNum*60.0/41.0);</p><p>　　for(i=0;i<5;i++)</p><p>　　speedvel+=SpeedV[i];</p><p>　　CurrentSpeed=spe

42、edvel/5;</p><p><b>　　液晶驅(qū)動程序設(shè)計</b></p><p>　　LCD12864驅(qū)動除了集成基本的讀寫函數(shù)、空閑檢測等基本函數(shù)外，本系統(tǒng)還字符輸出、圖形繪制、畫點、畫直線、畫圓等方便于界面顯示的功能函數(shù)，并且采取了多個函數(shù)實現(xiàn)參數(shù)化，這有利于在其他文件中進(jìn)行調(diào)用，傳入不同參數(shù)可以出現(xiàn)不同效果。</p><p>　　在

43、這些功能函數(shù)中，運(yùn)用了大量的數(shù)學(xué)算法，在畫任意直線中，我們采用了Bresenham算法進(jìn)行坐標(biāo)點的計算，在畫圓形圖片的功能函數(shù)中，則運(yùn)用了數(shù)學(xué)上的正八邊形確定一個圓的方法。</p><p>　　在其他清屏函數(shù)、反白函數(shù)、畫框函數(shù)等效果功能函數(shù)里，我們大量采用子函數(shù)包含運(yùn)用，大大提高了代碼的利用率，介紹了代碼的重復(fù)編寫。</p><p><b>　　液晶驅(qū)動函數(shù)：</b>

44、;</p><p>　　void Lcd2Init(void);</p><p>　　void Lcd2TextOut(uchar x,uchar y,uchar *adata);</p><p>　　void Lcd2DrawPoint(uchar x,uchar y,uchar color);</p><p>　　void Lcd2Dr

45、awRowLine(uchar x0,uchar y0,uchar x1,uchar color);</p><p>　　void Lcd2DrawCollumLine(uchar x0,uchar y0,uchar y1,uchar color);</p><p>　　void Lcd2DrawAnyLine(uchar x0,uchar y0,uchar x1,uchar y1,uch

46、ar color);</p><p>　　void Lcd2DrawUpImg(uchar *img); //</p><p>　　void Lcd2DrawDownImg(uchar *img);//</p><p>　　void Lcd2DrawFullImg(uchar *img);//</p><p>　　void Lcd2Draw

47、HalfPic(uchar x,uchar y,uchar PicW,uchar PicH,uchar *Pic);</p><p>　　void Lcd2DelayMs(uint n);</p><p>　　void Lcd2CheckBusy(void);</p><p>　　void Lcd2ClrGDRAM(void);</p><p&g

48、t;　　void Lcd2Clear(void);</p><p>　　uchar Lcd2ReadData(void);</p><p>　　void Lcd2WriteCom(uchar cmd);</p><p>　　void Lcd2WriteData(uchar adata);</p><p>　　void LcdShowNum(u

49、char x,uchar y,char n);</p><p>　　void Lcd2ShowNums(uchar x,uchar y,uint num);</p><p>　　void Lcd2ShowVin(uchar x,uchar y,uint num);</p><p>　　void Lcd2ShowCe(uchar x,uchar y,uint num)

50、;</p><p>　　void Lcd2ShowSureNum(uchar x,uchar y,int num);</p><p>　　void LcdShowChar(uchar x,uchar y,uchar* english,uchar count);</p><p>　　void LcdDrawCircle(uchar x0,uchar y0,uchar

51、r,uchar colour);</p><p>　　void LcdInverse(int low);</p><p>　　void Lcd2Sleep(uchar Flage);</p><p>　　ut);flage=5;}}</p><p><b>　　//Key6</b></p><p&g

52、t;　　if(KeyEnter==0){Delay(10);</p><p>　　if(KeyEnter==0){while(!KeyEnter);flage=6;}}</p><p>　　return flage;}</p><p>　　電機(jī)反電動勢系數(shù)計算程序</p><p>　　float CalutCe(float Vin,int S

53、peed)</p><p>　　{float M_Ce,Iin;</p><p>　　Iin=(Vin-Speed*KCO)/MOTOR_RES;</p><p>　　M_Ce=(Vin-Iin*MOTOR_RES)/(float)Speed;</p><p>　　return M_Ce;}</p><p>　　電機(jī)力

54、矩系數(shù)計算程序</p><p>　　float CalutMc(float Vin,int Speed)</p><p>　　{float M_mc,Iin;</p><p>　　Iin=(Vin-Speed*KCO)/MOTOR_RES;</p><p>　　M_mc=9550.0*Iin*Iin/(float)Speed;</p&g

55、t;<p>　　return M_mc;}</p><p><b>　　逼近算法控制程序</b></p><p>　　采用微調(diào)PWM的占空比不斷改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使其逐步接近設(shè)定的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　void SpeedAdjust(void)</p><p>　　if(CurrentCap>1

56、.0)CurrentCap=0.85;</p><p>　　if(CurrentCap<0.40)CurrentCap=0.45; if(MotorStatue==FORWARD_RUN)PwmCap(CurrentCap,PWM0_ENABLE);else if(MotorStatue==ROLLBACK_RUN)PwmCap(CurrentCap,PWM1_ENABLE);</p>

57、;<p>　　else {} } }}</p><p><b>　　PID控制程序</b></p><p>　　PID（比例-積分-微分）控制器作為最早實用化的控制器已有70多年歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。</p><p><

58、b>　　態(tài)數(shù)學(xué)模型的建立</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速反饋直流調(diào)速系統(tǒng)的功率主電路是電力電子變換器和直流電動機(jī)，其中PWM控制器和變換器的近似傳遞函數(shù)如下：</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　他勵直流電動機(jī)在額定勵磁下的等效電路如下：</p><p><b&g

59、t;　　圖（5-1）</b></p><p>　　假定主電路電流連續(xù)，動態(tài)電壓方程為：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　忽略粘性摩擦及彈性轉(zhuǎn)矩，電動機(jī)軸上的動力學(xué)方程式為</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p

60、>　　式中 ——包括電動機(jī)空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩；</p><p>　　——電力拖動裝置折算到電動機(jī)軸上的飛輪慣量；</p><p>　　額定勵磁下的感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩分別為</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p>

61、<p>　　式中 ——電動機(jī)額定勵磁下的轉(zhuǎn)矩系數(shù)（）， </p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　再定義下列時間常數(shù)：</p><p>　　——電樞回路電磁時間常數(shù)（s），</p><p>　?。?（5-6）</p><p>　　——電力拖動

62、系統(tǒng)機(jī)電時間常數(shù)（s），</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　代入（5-2）和（5-3）式中，并考慮到（5-4）和（5-5）式，整理得</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p><b>　?。?-9）</b></p&g

63、t;<p>　　式中 ——負(fù)載電流（A）， （5-10）</p><p>　　在零初始條件下，取等式兩側(cè)的拉普拉斯變換，得到電壓和電流間的傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　（5-11）</b></p><p><b>　　動態(tài)結(jié)構(gòu)圖為</b></p><p><b

64、>　　圖（5-2）</b></p><p>　　電流與電動勢間的傳遞函數(shù)為</p><p><b>　?。?-12）</b></p><p><b>　　動態(tài)結(jié)構(gòu)圖為</b></p><p><b>　　圖（5-3）</b></p><p&

65、gt;　　將圖 （5-2）和圖（5-3）合并，考慮到 ，即得額定勵磁下的直流電動機(jī)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　　圖（5-4）</b></p><p>　　將擾動量 的綜合點移前，進(jìn)行等效變換，得直流電動機(jī)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖的變換</p><p><b>　　圖（5-5）</b></p><p&

66、gt;　　考慮到系統(tǒng)中的比例放大器和測速反饋環(huán)節(jié)，它們的響應(yīng)都可以認(rèn)為是瞬時的，因此它們的傳遞函數(shù)如下</p><p>　　放大器： （5-13）</p><p>　　測速反饋： （5-14）</p><p>　　綜合上面，可得轉(zhuǎn)速反饋控制直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如下</p><p&g

67、t;<b>　　圖（5-6）</b></p><p><b>　　其開環(huán)傳遞函數(shù)是</b></p><p><b>　　（5-15）</b></p><p>　　設(shè) =0，從給定輸入作用上看，閉環(huán)傳遞函數(shù)是</p><p><b>　?。?-16）</b>

68、</p><p><b>　　六、調(diào)速數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　比例調(diào)速數(shù)據(jù)</b></p><p>　　設(shè)置轉(zhuǎn)速：1000R/MIN</p><p><b>　　PID調(diào)速數(shù)據(jù)</b></p><p>　　設(shè)置轉(zhuǎn)速：1000R/MIN&

69、lt;/p><p><b>　　1035</b></p><p><b>　　逼近算法調(diào)速數(shù)據(jù)</b></p><p>　　設(shè)置轉(zhuǎn)速：1000R/MIN</p><p>　　反電動勢系數(shù)和電機(jī)力矩系數(shù)數(shù)據(jù)</p><p><b>　　七、心得體會</b>&l

70、t;/p><p>　　經(jīng)過兩周的課程設(shè)計，有很多新的感受和體會。這次采用的STC12C5A60S2單片機(jī)，程序存儲空間達(dá)到了60KB，如此龐大的存儲空間給了我們在程序上盡情發(fā)揮的空間。所以這次液晶顯示屏采用了LCD12864，并且大量引用了圖片對界面進(jìn)行裝飾。特別是在屏幕刷屏上，我們下了很大功夫。為了避免頻繁刷屏造成的閃爍現(xiàn)象，我們采用了局部區(qū)域更新的方法，這是我們更加深入的了解LCD12864的驅(qū)動原理，特別是在屏

71、幕上隨意畫圖的技術(shù)上。</p><p>　　當(dāng)然，在這次課程設(shè)計中也出現(xiàn)了不少問題。隨著我們編寫的程序越來越大，最終我們的程序接近20KB，于是對文件的組織，變量的應(yīng)用，以及編程的結(jié)構(gòu)都提出了很大的挑戰(zhàn)。于是我們采取了模塊化編程解決了多文件系統(tǒng)問題，在變量用于多個文件的問題上，我們采取了頭文件聲明全局變量的方法。</p><p>　　這次課程設(shè)計，既是對以往所學(xué)的單片機(jī)編程知識和電力拖動自

72、動控制系統(tǒng)的一次總結(jié)，也是一次考驗！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李慶亮. C語言程序設(shè)計實用教程. 機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　[2] 王新穎. 單片機(jī)原理及應(yīng)用設(shè)計. 北京大學(xué)出版社</p><p>　　[3] 陳伯時. 電力拖動自動控制系統(tǒng)——運(yùn)動控制系統(tǒng)機(jī)械工

73、業(yè)出版社</p><p>　　[4] 王兆安. 電力電子技術(shù). 機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　[5] 胡學(xué)鋼. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)算法設(shè)計指導(dǎo). 北京：清華大學(xué)出版社</p><p>　　[6] 馬全喜. 電子元器件與電子實習(xí). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社</p><p>　　[7] 曾曉宏. 數(shù)字電子技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社</p>

74、<p>　　[8] 江曉安 模擬機(jī)電子技術(shù). 西安電子科技大學(xué)出版社</p><p>　　[9] 江 力. 單片機(jī)原理與應(yīng)用設(shè)計. 北京：清華大學(xué)出版社</p><p>　　[10] 王新穎. 電力電子技術(shù). 北京：中國鐵道出版社</p><p>　　[11] 王志良. 電力電子新器件及其應(yīng)用技術(shù). 國防工業(yè)出版社</p><p&g

75、t;　　附錄一 硬件原理圖</p><p>　　附錄二 硬件PCB圖</p><p><b>　　附錄三 程序清單</b></p><p>　　#include "Common.h"</p><p>　　#include "PwmLib.h"</p><p

76、>　　#include "Lcd12864Library.h"</p><p>　　#include "ItLib.h"</p><p>　　#include "Menu.h"</p><p>　　double ExinNum;</p><p>　　int KeyFlage;&

77、lt;/p><p>　　int miao_one;</p><p>　　int Timer_Pic;</p><p>　　int SpeedV[5]={2000,2000,2000,2000,2000};</p><p>　　int SpeedVnum;</p><p>　　int MainMenu;//菜單頁標(biāo)志 0-

78、</p><p>　　int MenuInfo;//菜單頁的菜單項標(biāo)志 0-</p><p>　　int MotorStatue;</p><p>　　int BufMotorStatue;</p><p>　　int OldMotorStatue;</p><p>　　float CurrentCap;</p

79、><p>　　float BufCap;</p><p>　　U16 CurrentSpeed;</p><p>　　U16 OldSpeed;</p><p>　　U16 SetSpeed;</p><p>　　U16 BufSetSpeed;</p><p>　　int CapStep;//占空

80、比加減步伐大小</p><p>　　U16 SpeedStep;//轉(zhuǎn)速加減步伐大小</p><p>　　int PIDEnable;//PID開關(guān)標(biāo)志</p><p>　　int BufPIDEnable;</p><p>　　int PicStep;//繪圖曲線步伐</p><p>　　float Kp,Ki,Kd

81、;</p><p>　　int Speed_Error;</p><p>　　int Pre_Error;</p><p>　　int Two_Error;</p><p>　　int Old_Error;</p><p>　　float P_Kp;</p><p>　　int TimeSure

82、;</p><p>　　int SureStatue;</p><p>　　void ValueInit(void);</p><p>　　int KeysCan(void);</p><p>　　void OnKeys(void);</p><p>　　void PID(void);</p><p

83、>　　void P_Com(void);</p><p>　　void SpeedAdjust(void);</p><p>　　void main()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　ValueInit();P4M0 &=0xf7;P4M1 &=0xf7;</p&

84、gt;<p>　　ItInit();PwnInit();Lcd2Init();</p><p>　　Menu_Main(MenuInfo);MotorRun(FORWARD_RUN,CurrentCap);LedGo=0;while(1)</p><p>　　{OnKeys();}}</p><p>　　void ValueInit(void)&l

85、t;/p><p>　　{KeyFlage=0;ExinNum=0;miao_one=0;MotorStatue=FORWARD_RUN;OldMotorStatue=FORWARD_RUN;CurrentCap=0.75;CurrentSpeed=0;OldSpeed=0;SetSpeed=1000;MainMenu=MENU_MAIN;</p><p>　　MenuInfo=0;CapSte

86、p=1;SpeedStep=50;</p><p>　　PicStep=200;PIDEnable=0;Timer_Pic=0;Speed_Error=50;</p><p>　　Kp=0.005;Ki=0.50;Kd=0.0025;P_Kp=0.50;</p><p>　　Old_Error=20;Pre_Error=20;SpeedVnum=0;BufPIDE

87、nable=PIDEnable;BufSetSpeed=SetSpeed;ureStatue=0;}</p><p>　　void PID(void)</p><p>　　{ Speed_Error=SetSpeed-CurrentSpeed;Pre_Error=Old_Error Old_Error=Speed_Error;Two_Error=Speed_Error-Pre_Error

88、;</p><p>　　if(MotorStatue==FORWARD_RUN)PwmCap(CurrentCap,PWM0_ENABLE);if(Speed_Error!=0)</p><p>　　{ if(MotorStatue==FORWARD_RUN) CurrentCap=ReadPwm(PWM0_ENABLE)+(Kp*(float)Pre_Error+Ki*(float)

89、Speed_Error+Kd*(float)Two_Error)/10000.0;</p><p>　　else if(MotorStatue==ROLLBACK_RUN) CurrentCap=ReadPwm(PWM1_ENABLE)+(P_Kp*(float)Speed_Error)/10000.0; else{</p><p>　　CurrentCap=ReadPwm(PWM0_

90、ENABLE)+(P_Kp*(float)Speed_Error)/10000.0；}if(CurrentCap>1.0)CurrentCap=0.9;</p><p>　　if(CurrentCap<0.40)CurrentCap=0.37; if(MotorStatue==FORWARD_RUN)PwmCap(CurrentCap,PWM0_ENABLE); else if(MotorS

91、tatue==ROLLBACK_RUN)PwmCap(CurrentCap,PWM1_ENABLE);else {} }}</p><p>　　void P_Com(void)</p><p>　　{Speed_Error=SetSpeed-CurrentSpeed;if(MotorStatue!=STOP_RUN){if(Speed_Error!=0){ if(MotorStatue==

92、FORWARD_RUN) CurrentCap=ReadPwm(PWM0_ENABLE)+(P_Kp*(float)Speed_Error)/10000.0; else if(MotorStatue==ROLLBACK_RUN) CurrentCap=ReadPwm(PWM1_ENABLE)+(P_Kp*(float)Speed_Error)/10000.0;else {CurrentCap=ReadPwm(PWM0_ENABLE)

93、+(P_Kp*(float)Speed_Error)/10000.0;}if(CurrentCap>1.0)CurrentCap=0.85;</p><p>　　if(CurrentCap<0.40)CurrentCap=0.45; if(MotorStatue==FORWARD_RUN)PwmCap(CurrentCap,PWM0_ENABLE); else if(MotorStatue=

94、=ROLLBACK_RUN)PwmCap(CurrentCap,PWM1_ENABLE);else {}}}}</p><p>　　void SpeedAdjust(void)</p><p>　　{float SpeedAjtSiep=0.01;Speed_Error=SetSpeed-CurrentSpeed;</p><p>　　if(Speed_Error

95、>0){ CurrentCap+=SpeedAjtSiep;}</p><p>　　else {CurrentCap-=SpeedAjtSiep; }if(CurrentCap>1.0)CurrentCap=0.85;if(CurrentCap<0.40)CurrentCap=0.45; if(MotorStatue==FORWARD_RUN)PwmCap(CurrentCap,PWM0_EN

96、ABLE);else PwmCap(CurrentCap,PWM1_ENABLE);}</p><p>　　int KeysCan(void)</p><p>　　{int flage=0;if(KeyMenu==0){Delay(10);</p><p>　　if(KeyMenu==0){while(!KeyMenu);flage=1;}}</p>

97、<p>　　if(KeyGo==0){Delay(10);if(KeyGo==0)</p><p>　　{while(!KeyGo);flage=2;}}</p><p>　　if(KeyBack==0){Delay(10);if(KeyBack==0){while(!KeyBack);flage=3;}}</p><p>　　if(KeyAdd==0

98、){Delay(10);if(KeyAdd==0)</p><p>　　{while(!KeyAdd);flage=4;}}</p><p>　　if(KeyCut==0){Delay(10);if(KeyCut==0)</p><p>　　{while(!KeyCut);flage=5;}}</p><p>　　if(KeyEnter==0

99、)</p><p>　　{Delay(10);if(KeyEnter==0){while(!KeyEnter);flage=6;}</p><p>　　}return flage;}</p><p>　　void OnKeys(void)</p><p>　　{float v,ce,mc;int i;</p><p>

100、　　KeyFlage=KeysCan();if(KeyFlage==1)</p><p>　　{if(MainMenu!=MENU_MAIN)</p><p>　　{MenuInfo=0;MainMenu=MENU_MAIN;</p><p>　　Timer_Pic=0;TimeSure=0;</p><p>　　SureStatue=0;E

101、S=0;</p><p>　　Menu_Main(MenuInfo);}}</p><p>　　if(KeyFlage==2)//Go</p><p>　　{if(MainMenu==MENU_MAIN)</p><p>　　{if(MenuInfo<3){</p><p>　　SetMainMenuInfo(

102、MenuInfo,0);</p><p>　　MenuInfo++;SetMainMenuInfo(MenuInfo,1);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p>

103、<p>　　if(MenuInfo==3)Menu_Main1(MenuInfo);</p><p>　　else SetMainMenuInfo(MenuInfo-4,0);</p><p>　　MenuInfo++;</p><p>　　if(MenuInfo==8)</p><p><b>　　{</b&g

104、t;</p><p>　　MenuInfo=0;</p><p>　　Menu_Main(MenuInfo); }</p><p><b>　　else</b></p><p>　　SetMainMenuInfo(MenuInfo-4,1);}}</p><p>　　else if(MainMen

105、u==MENU_MOTORCTORL)//MENU_MOTORCTORL菜單下功能</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(MotorStatue!=FORWARD_RUN)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　EnablePwm(PWM_CLO

106、SE);</p><p>　　Delay(250);Delay(250);</p><p>　　CurrentCap=ReadPwm(PWM0_ENABLE);</p><p>　　MotorStatue=FORWARD_RUN;</p><p>　　MotorRun(FORWARD_RUN,CurrentCap);</p>&

107、lt;p><b>　　LedGo=0;</b></p><p>　　LedBack=1;</p><p>　　LedStop=1;</p><p>　　ChangeRun(FORWARD_RUN);}}</p><p>　　else if(MainMenu==MENU_SYSSET)</p><

108、p><b>　　{</b></p><p>　　ChangeSysSetSelect(MenuInfo,0);</p><p>　　MenuInfo++;</p><p>　　if(MenuInfo==3)MenuInfo=0;</p><p>　　ChangeSysSetSelect(MenuInfo,1);&l

109、t;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if(MainMenu==MENU_SPEEDCOMMODE)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(SureStatue==0){</p><p>　　ChangeAdjustM

110、odeSelect(MenuInfo,0);</p><p>　　MenuInfo++;</p><p>　　if(MenuInfo==2)MenuInfo=0; </p><p>　　ChangeAdjustModeSelect(MenuInfo,1);}}</p><p><b>　　else{}}</b></

111、p><p>　　if(KeyFlage==3)//Back</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(MainMenu==MENU_MAIN)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(MenuInfo>0&&

112、;MenuInfo<4)</p><p>　　{SetMainMenuInfo(MenuInfo,0);</p><p>　　//if(MenuInfo==0)MenuInfo=4;</p><p>　　MenuInfo--;</p><p>　　SetMainMenuInfo(MenuInfo,1);}</p><

113、p><b>　　else</b></p><p>　　{if(MenuInfo==0)</p><p>　　{MenuInfo=7;Menu_Main1(MenuInfo);}</p><p>　　else if(MenuInfo==4)</p><p>　　{MenuInfo=3;Menu_Main(MenuIn

114、fo);}</p><p><b>　　else</b></p><p>　　{SetMainMenuInfo(MenuInfo-4,0);</p><p>　　MenuInfo--;</p><p>　　SetMainMenuInfo(MenuInfo-4,1);}}}</p><p>　　el

115、se if(MainMenu==MENU_MOTORCTORL)//MENU_MOTORCTORL菜單下功能</p><p>　　{if(MotorStatue!=ROLLBACK_RUN)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　EnablePwm(PWM_CLOSE);</p><p>　　D

116、elay(250);Delay(250);</p><p>　　CurrentCap=ReadPwm(PWM1_ENABLE);</p><p>　　MotorStatue=ROLLBACK_RUN;</p><p>　　MotorRun(ROLLBACK_RUN,CurrentCap);</p><p><b>　　LedGo=1

117、;</b></p><p>　　LedBack=0;</p><p>　　LedStop=1;</p><p>　　ChangeRun(ROLLBACK_RUN);}}</p><p>　　else if(MainMenu==MENU_SYSSET)</p><p>　　{ChangeSysSetSelec

118、t(MenuInfo,0);</p><p>　　if(MenuInfo==0)MenuInfo=3;</p><p>　　MenuInfo--;</p><p>　　ChangeSysSetSelect(MenuInfo,1);}</p><p>　　else if(MainMenu==MENU_SPEEDCOMMODE)</p>

119、;<p>　　{if(SureStatue==0)</p><p>　　{ChangeAdjustModeSelect(MenuInfo,0);</p><p>　　if(MenuInfo==0)MenuInfo=2;</p><p>　　MenuInfo--; </p><p>　　ChangeAdjustModeSelect

120、(MenuInfo,1);}}</p><p><b>　　els{}}</b></p><p>　　if(KeyFlage==4)//Add</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(MainMenu==MENU_MOTORCTORL)</p><p&g

121、t;　　{if(MotorStatue==FORWARD_RUN)PwmCapAdd(10,PWM0_ENABLE);else PwmCapAdd(10,PWM1_ENABLE);}</p><p>　　else if(MainMenu==MENU_PWMCTROL)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(Motor

122、Statue==FORWARD_RUN)PwmCap(CurrentCap,PWM0_ENABLE);</p><p>　　BufCap+=((float)CapStep/100.0);</p><p>　　if(BufCap>1.0)BufCap=0.01;</p><p>　　if(MotorStatue==FORWARD_RUN)PwmCap(Curre

123、ntCap,PWM0_ENABLE);</p><p>　　ChangeSetPwm(BufCap);}</p><p>　　else if(MainMenu==MENU_SPEEDCTROL)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　SetSpeed+=SpeedStep;</p>&

124、lt;p>　　if(CurrentCap>2500)CurrentCap=0;</p><p>　　ChangeSpeedComSet(SetSpeed);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　else if(MainMenu==MENU_SYSSET)</p><p><b&g

125、t;　　{</b></p><p>　　if(MenuInfo==0)</p><p>　　{CapStep++;</p><p>　　if(CapStep>100)CapStep=0;</p><p>　　ChangeSysSetCap(CapStep);</p><p><b>　　}&

126、lt;/b></p><p>　　else if(MenuInfo==1)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　SpeedStep++;</p><p>　　if(SpeedStep==200)SpeedStep=1;</p><p>　　ChangeSysSetSp