直流电机调速系统的设计.docx

四川师范大学成都学院本科毕业论文 四川师范大学成都学院本科毕业论文 目 录 前言 1 总体设计方案 2 （一）方案一：PWM 波调速 2 （二）方案二：晶闸管调速 3 单元模块设计 4 （一） H 桥驱动电路设计方案 4 （二） 调速设计方案 5 （三）系统硬件电路设计 6 电源电路 6 2．H 桥驱动电路 7 基于霍尔传感器的测速模块 7 LCD 显示模块 8 （四） 调速设计模块 9 PWM 波软件软件设计 9 测速软件设计 12 系统功能调试 13 （一）调试软件介绍 13 （二）直流电机的调速功能仿真 14 调速前的波形图 14 调速后的波形图 14 （三）电机速度的测量并显示功能仿真 15 （四）系统的电路原理图 15 （五）系统的 PCB 图 16 设计总结 17 参考文献 17 附录 17 四川师范大学成都学院本科毕业论文 四川师范大学成都学院本科毕业论文 PAGE PAGE 10 前言 在现代电子产品中，自动控制系统，电子仪器设备、家用电器、电子玩具等等方面， 直流电机都得到了广泛的应用。大家熟悉的录音机、电唱机、录相机、电子计算机等， 都不能缺少直流电机。所以直流电机的控制是一门很实用的技术。直流电机，大体上可分为四类：几相绕组的步进电机、永磁式换流器直流电机、伺服电机、 两相低电压交流电机 直流电机具有良好的启动性能和调速特性，它的特点是启动转矩大，最大转矩大， 能在宽广的范围内平滑、经济地调速，转速控制容易，调速后效率很高。与交流调速相 比，直流电机结构复杂，生产成本高，维护工作量大。随着大功率晶体管的问世以及矢 量控制技术的成熟，使得矢量控制变频技术获得迅猛发展，从而研制出各种类型、各种 功率的变频调速装置，并在工业上得到广泛应用。适用范围：直流调速器在数控机床、 造纸印刷、纺织印染、光缆线缆设备、包装机械、电工机械、食品加工机械、橡胶机械、生物设备、印制电路板设备、实验设备、焊接切割、轻工机械、物流输送设备、机车车 辆、医疗设备、通讯设备、雷达设备、卫星地面接受系统等行业广泛应用。高性能的交 流传动应用比重逐年上升，在工业部门中，用可调速交流传动取代直流传动将成为历史 的必然。 尽管如此，我认为设计一个直流电机调速系统，不论是从学习还是实践的角度，对一名电子信息工程专业的大学生都会产生积极地作用，有利于提高学习热情。 总体设计方案 （一）方案一：PWM 波调速 采用由达林顿管组成的 H 型 PWM 电路（图 1—1）。用单片机控制达林顿管使之工作在占空比可调的开关状态，精确调整电动机转速。这种电路由于工作在管子的饱和截止模式下，效率非常高；H 型电路保证了可以简单地实现转速和方向的控制；电子开关的速度很快，稳定性也极佳，是一种广泛采用的 PWM 调速技术。我们采用了定频调宽方式， 因为采用这种方式，电动机在运转时比较稳定；并且在采用单片机产生PWM 脉冲的软件实现上比较方便。且对于直流电机，采用软件延时所产生的定时误差在允许范围。 图 图 1 PWM 波调速电路 其结构图如图 1—2 所示： 显示器 单片机（速度的测量计算、输入设定及系统控 制） 键 盘 速度采集电路 电机 单片机（PID 运算控制器、 PWM 模拟发生器） 图 2 电机调速系统框图  电机驱动电路 （二）方案二：晶闸管调速 采用闸流管或汞弧整流器的离子拖动系统是最早应用静止式变流装置供电的直流电动机调速系统。1957 年，晶闸管（俗称“可控硅”）问世，到了60 年代，已生产出成套的晶闸管整流装置，并应用于直流电动机调速系统，即晶闸管可控整流器供电的直流调速系统（V-M 系统）。如图 1-3，VT 是晶闸管可控整流器，通过调节触发装置 GT 的控 制电压U c 来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压U d ，从而实现平滑调速。晶闸管 整流装置不仅在经济性和可靠性上都有很大提高，而且在技术性能上也显示出较大的优越性；晶闸管可控整流器的功率放大倍数在 10 4以上，其门极电流可以直接用晶体管来控制，不再像直流发电机那样需要较大功率的放大器。在控制作用的快速性上，变流机 组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级，这将大大提高系统的动态性能。因此，在 60 年 代到 70 年代，晶闸管可控整流器供电的直流调速系统（V-M 系统）代替旋转变流机组直流电动机调速系统（G-M 系统），得到了广泛的应用。但是由于晶闸管的单向导电性，它 不允许电流反向，给系统的可逆运行造成困难；晶闸管对过电压、过电流和过高的du dt 与di dt 都十分敏感，若超过允许值会在很短的时间内损坏器件。另外，由谐波与无功 功率引起电网电压波形畸变，殃及附近的用电设备，造成“电力公害”，因此必须添置无功补偿和谐波滤波装置。 图