山东理工大学
毕
业
设
计
课题：数字控制PWM的直流电机调速系统的课程设计*名：***
学号：**********
班级：自动化1003班
院校：电气与电子工程学院
数字控制PWM的直流电机调速系统的课程设计
一、课程设计的目的
运用计算机控制技术对直流电机正反转运行进行控制，了解计算机控制的过程。
对计算机的原理和内部结构有一定的认识和了解，设计的过程包括系统设计方案的设计，硬件的选择和设计，控制软件的设计。
以便使我们对大学中所学的课程有一个更深的学习，使所有的课程综合在一起。
二、系统总体方案设计
1数字控制双闭环直流PWM调速系统的原理
采用转速、电流双闭环控制结构，在系统中设置两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级连接，即以转速调节器的输出作为电流调节器的输入，再用电流调节器的输出作为PWM的控制电压。
检测部分中，采用了霍尔片式电流检测装置（TA）对电流环进行检测，转速环则是采用了光电码盘进行检测。
（直流调速系统课本P122原理图两者结合码盘测速）
2数字控制直流PWM调速系统的硬件结构
数字控制双闭环直流PWM调速系统硬件结构图
（直流调速系统陈伯时编著课本P101）
双闭环系统结构，采用微机控制；全数字电路，实现脉冲触发、转速给定和检测；采用数字PI算法。
由软件实现转速、电流调节系统由主电路、控制电路、给定电路、显示电路组成
主电路：三相交流电源经不可控整流器变换为电压恒定的直流电源，再经过直流PWM变换器得到可调的直流电压，给直流电动机供电.
主电路采用由达林顿管组成的H型PWM电路。
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。
主电路
三、硬件选择
1.单片机选择
选择89S52单片机
以下是引脚图，以及引脚功能介绍
VCC：供电电压。
GND：接地。
P3.0 RXD（串行输入口）
P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中断0）
P3.3 /INT1（外部中断1）
P3.4 T0（记时器0外部输入）
P3.5 T1（记时器1外部输入）
P3.6 /WR（外部数据存储器写选通）
P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）
2.直流电动机选择
《电力拖动自动控制系统》陈伯时编P79
直流电动机：220V,136A,1460r/min,Ce=0.132V*min/r,允许过载倍数λ=1.5；晶闸管装置放大系数Ks=40;
电枢回路总电阻R=0.5Ω；
时间常数Tl=0.03s,Tm=0.18s,Ton=0.01s,
电流反馈系数：β=0.05V/A,(约等于10V/1.5*In)
四、硬件设计部分
1.键盘设计
采用8*2行列式键盘
输入给定转速时应注意的几个问题：（1）转速不足四位时，在前面加拨0凑够四位；（2）转速输入错误时，按取消键，显示器清空，重新输入值；（3）转速输入完成后，按确认键。
2·显示器设计
采用共阳极的发光二极管构成可以显示8位十进制的显示器，运行中前四个显示额定转速，后四个显示当前的实际转速值。
共阳极显示器，用74LS47驱动
3·8279芯片
8279引脚说明
DB0～DB7:双向数据总线
/RD、/WR:读写选通信号
/CS:片选信号
RESET:复位信号
CLK:时钟信号
A0:命令/状态或数据识别信号A=1,为写命令或读状态; A=0,为数据IRQ:中断请求信号
SL0～SL3: 矩阵扫描线
RL0～RL7: 检测输入线
/BD: 显示消隐信号
SHIFT: 扩展键位的换档信号,带上拉电阻
CTRL/STB: 控制键输入/选通信号输入,带上拉电阻
4.8279与单片机、键盘和显示器的外围总接线如图1示。
5.模拟ACR电流调节器设计
采用PI调节器
图在《电力拖动自动控制系统》陈伯时编P78
通过直流电机型号计算软件，以及检验近似条件P79
6.数字ASR转速PI调节器设计（《电力拖动自动控制系统》陈伯时编P114）
7.数模转换器DAC0832芯片:注输出要0—5V《单片微型计算机原理及应用》姜志海编P247
引脚介绍
Vcc:电源输入线
Vref:基准电压输入线 (-10v~+10v)
AGND:模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地.
DGND:数字地,两种地线在基准电源处共地比较好
D0~D7：数字信号输入端。
ILE：输入寄存器允许，高电平有效。
CS：片选信号，低电平有效。
WR1：写信号1，低电平有效。
XFER：传送控制信号，低电平有效。
/ WR2：写信号2，低电平有效。
IOUT1、IOUT2：DAC电流输出端。
8放大器
同相放大器
反相放大器
9.PWM生成
原理介绍
用脉冲宽度调制的方法，把恒定的直流电源电压调制成频率一定，宽度可变的脉冲电压序列，从而改变平均输出电压的大小，以调节电机转速。
PWM仿真
U3
74HC163D_4V
QA 14QB 13QC 12QD 11
RCO 15
A 3
B 4
C 5D
6ENP
7ENT 10~LOAD 9
~CLR 1CLK
2
R180.6k¦¸R240k¦¸R320k¦¸R4
10k¦¸R5
3.3k¦¸R6
10k¦¸
R720k¦¸
R810k¦¸
R96.8k¦¸
1
2340
R101k¦¸C133nF U4A 74HC14D_4V
VCC 5V
VDD
-12V
VEE
12V
12
VCC 6
U1B
LM324AD
5
6
114
7
U2B LM324AD
5
6
11
4
7
57810VEE VEE
12V VEE
XSC1
A B Ext Trig
+
+_
_+
_
14
U5B
LM119N
9
10
11
7
68
V13 V 0
139
VDD VEE 12V
VEE
11
10.光电离图
光电偶合器件（简称光耦）是把发光器件（如发光二极体）和光敏器件（如光敏三极管）组装在一起，通过光线实现耦合构成电—光和光—电的转换器件。
R1
1k¦¸
R2
1k¦¸
U1
TIL191
2
1
3
4
1
8
2
VCC
12V
VCC
-
11.DAC0832/ACR/放大器、光电耦合电路
12.光电编码器
本设计使用每转1024线的光电编码器作为转速传感器，它产生的测速脉冲
频率与电机转速有固定的比列关系，微机对该频率信号采用M/T 法测速处理。
图（本子草图详细）
M/T法测速原理
转速测定为M/T式编码盘测速，要通过测取给定时间内的编码盘输出的脉冲数。
T0用来定时，T1用来计数，T0和T1均工作与方式1。
T0定时50ms，单片机的时钟频率为12MHz，机器周期为1us，
《电力拖动自动控制系统》陈伯时编P103
13.电源设计
正负5伏特，
正负12伏特
14.驱动电路
驱动八位显示器
15.电流检测
与直流电机相串连，检测电机电流，反馈电流与电流调节器ACR的反馈端相接。
16.报警器
接在单片机P1.0口上，开始时，初始化，令p1.0为低电平，当检测到电流过大时，变为高电平，二极管发亮
四、流程或者系统工作原理
-
五、整机电路图
[参考文献
[1] 王兆安等.电力电子技术.机械工业出版社.
[2]张宏建·自动检测技术与装置·化学工业出版社
[3] 陈伯时.电力拖动自动控制系统--运动控制系统. 机械工业出版社.
[4] 杨欣等·51单片机应用实例详解·清华大学出版社
[5]孙立志.PWM与数字化电动机控制技术应用.中国电力出版社.
[6] 杨素行.模拟电子技术基础.高等教育出版社.
[7] 陈明荧. 8051单片机基础教程.科学出版社..
[8] 姜志海·单片微型计算机原理及应用·电子工业出版社
[9]薛楠·Protel DXP 2004原理图与PCB设计实用教程·机械工业出版社
[10]张志涌·MATLAB教程·北京航空航天大学出版社
[11]李素玲·自动控制理论·机械工业出版社
[12]董传岱·数字电子技术基础·中国石油大学出版社。