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    基于單片機的直流電機控制系統畢業設計論文

    文章出處: 人氣:發表時間:2020-01-02 06:26

      摘要:跟著社會的繁榮和科學本領的進取,機電被愈來愈通俗的利用,直流機電掌管體系的詬誶直接影響機電職能的揚。本文安排了一套直流機電掌管體系,該體系能夠對直流機電舉辦閉環調速,使體系正確地輸出速率值。直流機電掌管體系能夠經由過程速率傳感器對方今機電轉速舉辦及時采樣,體系將這個采樣值和設定值舉辦對照,查驗速率是不是偏離,假若有速率差,體系就會經由過程算法輸出掌管旌旗燈號往減小這個差值,直到結果速率到達樹立值。這類基于單片機的直流機電掌管體系不光布局年夜略牢靠,并且易于編程掌管,具有相當好的調速職能。因而,這類基于單片機的直流機電掌管體系被年夜范圍利用正在各個范疇。

      本體系是以STC89C52單片機為主掌管器,采取L298驅動芯片驅動直流機電,機電的速率行使光電對管舉辦檢測,反應回來的速率正在單片機中竣工PID算法預備,輸出可變占空比的脈沖波(PWM)對驅動電道舉辦掌管,從而使機電的速率不亂到樹立值巨細,機電的轉速能夠經由過程按鍵舉辦樹立,液晶顯示器能夠及時顯示機電方今的轉速和樹立的轉速。

      跟著社會的繁榮和科技的進取,人們對分娩修立提出了速率更疾、精度更高的操縱央浼,電靈活作分娩修立最為主要的驅動源,正在人們的平素存在和產業分娩行動中具有通俗利用,揚著弗成替換的感化?;趩纹瑱C的直流機電掌管體系不光布局年夜略牢靠,并且易于編程掌管,具有相當好的調速職能。1.1 本文商量的目標

      因為直流機電具有相當好的刻板職能,眾種眾樣的掌管方法,和相當好的境況順應性,因而,直流機電正在許眾產業現場獲得愈來愈通俗的利用[1-2]。直流機電掌管體系的詬誶直接影響機電職能的揚。正在上世紀七八十年月,因為電子本領的失落隊,許眾的直流機電依然依靠龐年夜的摹擬電道舉辦掌管,這類摹擬電道采取分別原件搭修,不光布局龐年夜,效用簡單,并且一個掌管電道智能順應某一型號的直流機電,這也致使了這類掌管體系的通用性對比差,恰是由于直流機電掌管體系存正在這些短處,因而,直流電念頭的應器具有很年夜的部分性[3-5]。跟著電子本領的繁榮,固然厥后的摹擬點電道具有對比好的職能,或許饜足某些方面的基礎需求,然則摹擬元件正在年夜功率機電運轉強滋擾的境況下,很輕易遭到滋擾,釀成職能低重,乃至鬧事項。[6-8]。跟著科學本領的繁榮,越是電子本領和傳感器本領的進取,許眾效用都能夠封裝正在集成電道中告竣,并且跟著微型預備機的普及,許眾龐年夜算法和掌管效用都能夠經由過程微型預備機告竣,因而機電掌管體系的到了飛速繁榮,不光具有相當好的掌管職能,并且抗滋擾材干更強,年夜年夜飽勵了直流機電的普及和利用[9]。

      跟著科學本領的進取,方今的直流機電掌管體系依然慢慢告竣由模電掌管往數字掌管傾向繁榮,獨特是單片機的普及,年夜年夜鞭策了直流機電掌管體系的繁榮[10]。異日的直流機電掌管體系正正在往智能化傾向繁榮,本文恰是正在如此的繁榮趨向下,采選了基于單片機的直流機電掌管體系安排如此一個商量課題,具有對比年夜的商量旨趣。

      商量近況跟著電子元器件安排加工本領成熟和節能環保認識的加緊,機電的掌管本領也隨之作了劇變化。電力電子本領和微機本領的飛速繁榮,對機電掌管措施出現了宏偉影響[11-13]。直流電念頭的驅動掌管經驗了幾個繁榮階段。最初由開閉掌管使機電做事正在通中斷形式,這個開閉厥后慢慢被雙向可控硅調換,半控型功率器件機電掌管成為繁榮主流[14]。八十年月,產生了全控型功率器件,好比:晶閘管、GTR、IGBT等高職能開閉器件,這類具有自閉中斷材干器件不中斷繁榮,基礎上依然整體庖代了日常晶閘管,因為日常晶閘管操縱必要有換相電道相配套,而全控型功率器件不須要,因而使電道獲得年夜年夜的簡化;除此除外,這些器件還具有很高的開閉頻率,從而提升了機電做事頻率,低落了噪聲,同時全部體系的的體積也獲得了很好的掌管[15-17]。上個世紀八十年月,基于脈沖寬度調制本領的電念頭的掌管體系被研出來,最早行使正在驅動功率較小、弗成逆的掌管體系中。近期,因為電道本領的不繁榮和晶體管器件職能不中斷提升,市集上產生了以脈寬舉辦調速的永磁直流電念頭,這年夜年夜加疾了脈沖寬度調制本領的繁榮,同時也對電念頭驅動本領出現了推力。初期的脈沖寬度調制本領是被用正在軍事范疇,它的優良職能,或許饜足那些對速率和精度都有高央浼的跟蹤體系里。近年,該本領不中斷被利用正在各類產業上[18]。

      十九世紀三十年月,法拉第最早呈現電磁覺得地步,為機電的供應了堅實的外面根蒂根基。正在厥后的十年年華里,全邦上第一臺直流機電就被研制出來,正在隨后的幾十年里,直流機電不中斷完滿,本領不中斷成熟。跟著直流機電的繁榮,直流機電掌管器也不中斷進取[19]。1918年,美邦人Lamgnal就開墾出最早的水銀整流器,并獲勝開墾出由機電調速用的逆變裝配;二十世紀三十年月,有部門商量職員提出采取離子修立對定子繞組舉辦掌管,然則終極試驗注解,這類裝配的牢靠性不高、掌管的功用相當低、修立相當粗笨,所以很疾被拋卻了[20]。跟著科學本領不中斷繁榮,半導體本領獲得史無前例的進取。開閉型晶體管的研制獲勝,為創設新型機電——無刷直流機電帶來了活力。D.Hanrisanz正在1950年第一次申請了用晶體管換向取代電刷舉辦換向的專利,為無刷直流機電的繁榮奠基了優越的根蒂根基[21]。跟著半導體本領的匪賊年夜進,美邦人正在1962年行使霍爾效應獲勝研出了無刷直流機電[22]。隨后霍爾元件正在機電掌管中的行使獲得宏年夜打破,下手火速普及,因為它的聰慧度比二極管超出許眾倍,因而機電的掌管職能也相當好。1965年德邦人Mieslonler第一次提出電收留移相對機電舉辦換流的掌管措施,正在這個外面提出后不久,德邦人第一次研制出了行使環形分派器和過零判別器無刷直流機電舉辦換向操縱的掌管器。到上個世紀八十年月,晶閘管本領獲得飛速繁榮,依然下手慢慢庖代了古板的直流機電掌管裝配,直流得掌管方法獲得了進取[23]。

      我邦正在直流機電掌管器方面的商量,起步比歐美等暢旺邦度晚,正在上個世紀六十年月才下手舉辦硅晶閘管研制,正在隨后的幾十年里,以晶閘管為根蒂根基的直流機電調速體系也獲得年夜范圍的利用[24]。跟著社會的不中斷進取和需求的不中斷提升,用戶對機電職能和掌管央浼也愈來愈高,除要具有布局年夜略、牢靠性好、平安性上等特質,還要研究電念頭的不亂性和環保性,這些都必需苦守厲肅環邦度法式。方今,更高職能電力電子器件必然會產生,已有的成熟的電力電子器件還會不中斷地進級改善。

      本文安排了一套直流機電掌管體系,該體系能夠對直流機電舉辦閉環調速,使體系正確地輸出速率值。直流機電掌管體系能夠經由過程速率傳感器對方今機電轉速舉辦及時采樣,體系將這個采樣值和設定值舉辦對照,查驗速率是不是偏離,假若有速率差,體系就會經由過程算法輸出掌管旌旗燈號往減小這個差值,直到結果速率到達樹立值。這類基于單片機的直流機電掌管體系不光布局年夜略牢靠,并且易于編程掌管,具有相當好的調速職能。本體系是以STC89C52單片機為主掌管器,采取L298驅動芯片驅動直流機電,機電的速率行使光電對管舉辦檢測,反應回來的速率正在單片機中竣工PID算法預備,輸出可變占空比的脈沖波(PWM)對驅動電道舉辦掌管,從而使機電的速率不亂到樹立值巨細,機電的轉速能夠經由過程按鍵舉辦樹立,液晶顯示器能夠及時顯示機電方今的轉速和樹立的轉速。

      本文安排的直流機電掌管體系網羅六年夜部門:電源電道、測速電道、單片機最小體系電道、機電驅動電道、按鍵電道和顯示電道。直流機電掌管體系能夠經由過程速率傳感器對方今機電轉速舉辦及時采樣,體系將這個采樣值和設定值舉辦對照,查驗速率是不是偏離,假若有速率差,體系就會經由過程算法輸出掌管旌旗燈號往減小這個差值,直到結果速率到達樹立值。體系做事道理圖以下圖2.1所示。

     ?。?)測速模塊:直流機電掌管體系能夠經由過程速率傳感器對方今機電轉速舉辦及時采樣,測速模塊經由過程碼盤和光電管組合操縱告竣,經由過程LM393 芯片管制后輸進單片機。

     ?。?)機電驅動模塊:L298是SGS公司分娩的機電驅動芯片。它不光能夠驅動步進機電,也能夠對直流機電舉辦掌管。L298N的掌管旌旗燈號使法式TTL電平,該款芯片能夠接收的電壓規模很廣,能夠驅動最年夜電流為3A的機電負載。

     ?。?)按鍵模塊:本文選用自力按鍵告竣人機交互效用,操縱者能夠經由過程按鍵對機電轉速和動彈傾向舉辦樹立。

      P0口:它是一個雙向輸進輸出口,一共有八位,整體都是開漏極情勢。當某一名管腳被置高電通常,就相當于這個位被樹立為高阻。該端口除能夠當作日常輸進輸出口用除外,還能夠用來擴年夜外部存儲器,當這個端口用來擴年夜16位的外部存儲器時,它是低八位的輸出地點,經由過程外界擴年夜存儲器能夠提升單片機的存儲職能。

      為了使單片機做事,體系起碼會包括一個時鐘電道和一個復位電道,因而又被稱為單片機最小體系。為了告竣復位效用,起碼要讓復位腳維護起碼相當于兩個機械周期年華的高電平,如此才干竣工體系復位,復位旌旗燈號從單片機的第九腳輸進,手動按下復位按鍵,復位腳輸出一個高電平;當松開復位鍵后,電源給電收留充電,此時的復位腳輸出電平漸漸變小,直到電收留布滿電,才輸出一個低電平,正在按鍵按下到輸出高電平這段年華遠宏壯于兩個刻板周期,因而能夠手動對單片機舉辦復位。單片機最小體系的時鐘電道則為內部效用供應時鐘旌旗燈號,研究到編程的便利性,這里采選的晶振為12MHz,它經由過程兩個電收留并聯輸進到單片機的外部時鐘引腳。單片機的最小體系道理圖以下圖3.2所示,最小體系的外圍電道圖以下圖3.3所示。

      直流機電掌管體系能夠經由過程速率傳感器對方今機電轉速舉辦及時采樣,測速模塊經由過程碼盤和光電管組合操縱告竣,經由過程LM393 芯片管制后輸進單片機。常睹的速率衡量措施有以下三種。1)M法測速

      采取T法測速,轉速是按照兩個脈沖的年華距離來預備。碼盤有單線和眾線能夠采選,中選用單線碼盤時,只消了解兩次脈沖的年華距離就或許算出轉速。中選用單線碼盤時,衡量的年華只是每轉的1/N(N為碼盤的線數)。“T”法脈寬衡量道理以下圖3.5示。準時器對時基脈沖舉辦計數準時,假若正在一個TP內計數值是m2,則預備公式為:

      測速模塊電道如圖3.7所示。電阻R4的感化是限流,保障光電管的不亂運轉,電阻R3的感化是對光電管輸出舉辦上拉,經由過程這個上拉電阻能夠把電阻的轉折轉換成電壓的轉折。因為輸出的電壓依然不法式,因而,咱們正在后端還安排了一個對比器,旌旗燈號轉折源委對比器就可以夠輸出一個法式的脈沖旌旗燈號。

      L298是SGS公司分娩的機電驅動芯片。它不光能夠驅動步進機電,也能夠對直流機電舉辦掌管。L298N的掌管旌旗燈號使法式TTL電平,該款芯片能夠接收的電壓規模很廣,能夠驅動最年夜電流為3A的機電負載。當咱們用L298同時驅動2道電念頭時,須要從兩對輸出口接線N效用邏輯圖

      本文安排的按鍵電道以下圖3.9所示。為了簡化編程,儉約單片機引腳資本,這里采取的是自力按鍵。為了告竣機電的掌管效用,這里安排5個按鍵,按鍵從左到右分手是形式按鍵,機電速率加,減,肯定按鍵和機電的正反轉掌管。

      液晶顯示器能夠顯示字母、數字和符號,正在本文的直流機電掌管體系中,能夠經由過程液晶顯示器來顯示直流機電做事過程當中的速率值和樹立值。液晶顯示電道以下圖2.6所示,上圖中的電阻R1便是用來調動液晶顯示器背光的。

      為了告竣直流機電速率確鑿實衡量,這里選用PID算法對機電舉辦的速率舉辦閉環掌管。PID算法能夠分為摹擬PID和數字PID兩種。

      4.1.1摹擬PID正在初期的掌管體系中,摹擬PID掌管體系被以為最有用,最牢靠的掌管體系之一。摹擬PID掌管體系的做事道理以下圖4.1所示。

      預備出的誤差正在掌管器中舉辦比例、積分、微分運算,得出掌管旌旗燈號,掌管旌旗燈號經由過程轉化管制終極感化正在掌管對象上,使被控對象按設定值運轉,故稱為PID調動器。摹擬PID掌管器的預備公式4.2:

      為了便于預備機運算,使摹擬PID依據必然紀律離散化,這里對公式4.1舉辦變形為 :

      經由過程理解4.6,能夠得出因為處所式PID算存正在誤差積累的短處,這里對其舉辦了改善,詳細以下:

      體系主法式流程如圖4.4所示。體系上電后開始輩行初始化,然后對按鍵舉辦描設,判別速率按鍵有無被按下,假若速率按鍵被按下了,體系就會跳到速率設定法式對速率舉辦設定,,假若速率按鍵沒有被按下,單片機直接讀取方今機電的轉速。經由過程PID算法預備,輸出掌管旌旗燈號,使速率不亂正在樹立值。液晶顯示器顯示方今的轉速和樹立的轉速。

      準時器T0停止辦事法式流程如圖4.5所示,停止呼應后,開始閉塞停止舉辦數據管制,經由過程讀取計數器數值來預備速率,然后調動PWM來舉辦調速,以后將計數器清零,從新為準時器裝初值,正在掀開停止。

      按鍵掃描流做事的程圖以下圖4.6所示,體系竣工初始化后,正在輪回法式中對按鍵舉辦掃描,掃描的目標是及時檢測有無按鍵按下,假若檢測到有按鍵按下,這是還不克不及判別是不是真的按下按鍵,還必需舉辦消抖管制,提防顫栗對判別出現誤判,竣工消抖管制后,還須要再次對按鍵舉辦檢測,假若這回依然檢測到有鍵按下,那末就會履行響應的操縱。

      液晶顯示器的寫掌管流程圖如圖4.7所示。液晶顯示器正在告竣寫掌管過程當中,開始會查驗光標有無開啟,并竣工消除屏幕等初始化操縱。然后體系會按照樹立的法式判別顯示處所正在哪里,對液晶顯示器舉辦地點寫操縱。結果體系把須要顯示的內收留經由過程送到顯示器中顯示。一樣情景下,咱們只消擔任怎樣對液晶舉辦寫操縱,就可以夠告竣各類顯示效用。

      正在本次卒業安排中,從選定標題問題到盤查聯系質料,再到安排電道,法式安排,對這些我都支出了許眾血汗,但每一個人的常識貯備并不是那末周詳,僅僅一個別的勤苦是不敷。因而,惟有正在獲得了許眾教員和同窗的撐持下,我才干竣工這個安排。正在這里,我要獨特感動我的導師XX教員,正在卒業安排的下手,教員給了我許眾助助,指點我解析了許眾單片機的聯系常識,并正在當我安排碰到貧冷時,實時的賜與助助和激勵,同時,對我其他學科的激勵也滲進滲出正在卒業安排時,給了我莫年夜的信仰,為我亨通竣工卒業安排起到了相當主要的感化。而正在結果摒擋論文時,老是正在當真瀏覽以后賜與我當真的評議,使得我的論文不管是從內收留上依然形式上都有了很年夜的進取。我還要感動操演組及試驗室的一起教員,為我的卒業安排供應了相當方便的條款。結果還要感動助助我的同窗,正在我碰到貧冷時賜與我耐煩的助助,沒有他們忘我的助助,也不會有我這日的卒業安排。

      [1]李輝,石書琪,竇樂,邱雄邇,劉新波. 基于STM32單片機的數字直流調速體系的安排[J]. 邵陽學院學報(天然科學版),2017,(01):88-92.

      [3]詹莊春. 單片機掌管的直流機電閉環調速體系安排[J]. 綿陽師范學院學報,2016,(11):23-27.

      3、院系卒業論文(安排)指點委員會審查私睹:經審查,(贊成、不贊成)投入答辯。三一重工,基于單片機的直流電機控制系統畢業設計論文

    此文關鍵字:直流電機的
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