直流電機(jī)調(diào)速報(bào)告.

1、直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)摘要: 在自動(dòng)控制中，計(jì)算機(jī)控制一直成為人們的關(guān)注焦點(diǎn)，但控制的實(shí)現(xiàn)還得借助電 子控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中電機(jī)的驅(qū)動(dòng)是一個(gè)最為普遍的問(wèn)題。本文所給出的直流電 機(jī)驅(qū)動(dòng)電路相當(dāng)直觀，直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)比較簡(jiǎn)單，既可通過(guò)繼電器或功率晶體管 驅(qū)動(dòng),也可利用可控硅或功率型 M0場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)。此課程設(shè)計(jì)目的在于驅(qū)動(dòng)較 大功率直流電動(dòng)機(jī)，解決驅(qū)動(dòng)電路發(fā)熱，功率不足的問(wèn)題。驅(qū)動(dòng)目標(biāo)在于能夠?qū)?現(xiàn)直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，快慢調(diào)速，啟動(dòng)停止等。關(guān)鍵詞：直流電機(jī)，正反轉(zhuǎn)調(diào)速，MOST, H橋，單片機(jī)14、弓丨言 目錄錯(cuò)誤！未定義書簽二、直流電機(jī)的優(yōu)勢(shì)及總體方案 錯(cuò)誤！未定義書簽錯(cuò)誤！未定義書簽。68101112

2、141516181819三、功能模塊一、電源模塊二、控制模塊三、驅(qū)動(dòng)模塊四、測(cè)試調(diào)試分析一、程序及仿真二、軟件設(shè)計(jì)五、參考文獻(xiàn)六、附錄1、pcb 圖2、備用驅(qū)動(dòng)程序七、實(shí)驗(yàn)總結(jié)第一章引言在電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中，隨著各項(xiàng)技術(shù)水平的不斷提高，使得傳統(tǒng)工藝有了深層 次的提高，對(duì)人類的生產(chǎn)與生活，產(chǎn)生了深刻且深遠(yuǎn)的影響，已經(jīng)與我們息息相 關(guān)。由于直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能,適宜在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，因此 在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。而且，從控制的角度來(lái)看，直流調(diào)速還是交流調(diào)速，都用到拖動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。隨著單片機(jī)技 術(shù)的日新月異，使許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來(lái)完成，

3、不但為直流電動(dòng)機(jī)的控制提供了更大的靈活性，而且使系統(tǒng)能達(dá)到了更高的性能，從而大大節(jié) 約了人力資源，降低了系統(tǒng)成本，有效地提高了工作效率。單片機(jī)具有小巧靈活、成本低、易于產(chǎn)品化、可靠性好、適應(yīng)溫度范圍寬、 易擴(kuò)展、控制功能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，用單片機(jī)取代模擬電路作為電動(dòng)機(jī)的控制器，使電路更簡(jiǎn)單，模擬電路為了實(shí)現(xiàn)控制邏輯需要許多電子元件，使電路復(fù)雜，使用單片 機(jī)微處理器后，絕大多數(shù)控制邏輯可通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制，單片機(jī)有更強(qiáng)的邏輯功能，運(yùn)算速度和精度高、有大容量的存儲(chǔ)單元，因此有能力實(shí)現(xiàn) 復(fù)雜的控制靈活性和適應(yīng)性強(qiáng)，單片機(jī)的控制方式是由軟件完成的，如果需要修 改控制規(guī)律，一般不必改變系統(tǒng)的硬件電

4、路，只需修改程序即可，在系統(tǒng)調(diào)試和升 級(jí)時(shí),可以不斷嘗試選擇最優(yōu)參數(shù)，非常方便無(wú)零點(diǎn)漂移，控制精度高、數(shù)字控制 不會(huì)出現(xiàn)模擬電路中經(jīng)常遇到的零點(diǎn)漂移問(wèn)題，無(wú)論被控量的大小，都可以保證足夠的控制精度可提供人機(jī)界面，多機(jī)聯(lián)網(wǎng)工作等優(yōu)點(diǎn)。所以在電氣傳動(dòng)實(shí)時(shí)控 制系統(tǒng)中受到重視和普遍應(yīng)用。第二章系統(tǒng)的概述及總體方案概述：電動(dòng)機(jī)可以分為有換向器和無(wú)換向器的直流電動(dòng)機(jī)兩大類。直流電機(jī)在結(jié)構(gòu)、價(jià)格、維護(hù)方面都比不上交流電動(dòng)機(jī)，但是交流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制一直 以來(lái)難以得到滿意的解決方案，所以直流電機(jī)的良好控制特性得到了較為廣泛的 應(yīng)用?？偨Y(jié)一下，直流電機(jī)具有以下較為明顯的優(yōu)勢(shì)： 直流發(fā)電機(jī)的電勢(shì)波形較好，對(duì)電磁

5、干擾的影響小。直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍寬廣，調(diào)速特性平滑。直流電動(dòng)機(jī)過(guò)載能力較強(qiáng)，拖動(dòng)和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大。控制設(shè)備制作方便、價(jià)格低廉。缺點(diǎn)是：效率低、機(jī)械特性軟。存在換向器，因此制造復(fù)雜，需要維修和保養(yǎng)，并且價(jià)格較高。直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)圖如下電刷換向片繞組線湘圖1.1直流電機(jī)物理結(jié)構(gòu)整體方案此電路設(shè)計(jì)采用mos管搭建H橋的辦法驅(qū)動(dòng)，mos管具有價(jià)格低廉，可驅(qū)動(dòng)電機(jī) 功率大的特點(diǎn)，mos管驅(qū)動(dòng)芯片采用ir2104，控制系統(tǒng)使用AT89C5仲片機(jī)。第三章功能模塊電源模塊圖上為17.5V整流電路，C1為整流濾波電容，它把整流后的脈動(dòng)波形濾波為脈動(dòng)紋波 很小的直流電壓，它的容量與負(fù)載有關(guān)，一般說(shuō)，負(fù)載越重，C1的

6、值要求越大，具體計(jì)算此處從略。才也為L(zhǎng)M7805穩(wěn)壓集成電路所要求的，它用于穩(wěn)定LM7805內(nèi)部放大器的工作狀態(tài)，同時(shí)改善電壓調(diào)整的過(guò)渡響應(yīng)。它的數(shù)值為生產(chǎn)廠家規(guī)定值，不得小于0.1微法，它的連接必須盡可能緊連LM7805的3腳和3腳。上圖為5V 12V開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路，圖中 R4為滑動(dòng)變阻器，通過(guò)改變滑動(dòng)變阻器 來(lái)控制所需要的穩(wěn)定電壓。LM2596開(kāi)關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出 3A的驅(qū)動(dòng) 電流，同時(shí)具有很好的線性和負(fù)載調(diào)節(jié)特性。固定輸出版本有 3.3V、5V、12V， 可調(diào)版本可以輸出小于37V的各種電壓。該器件內(nèi)部集成頻率補(bǔ)償和固定頻率發(fā)生器，開(kāi)關(guān)頻率為150KHz，與

7、低頻開(kāi)關(guān)調(diào)節(jié)器相比較，可以使用更小規(guī)格的濾波元件。由于該器件只需4個(gè)外接元件，可以使用通用的標(biāo)準(zhǔn)電感，這更優(yōu)化了LM2596的使用，極大地簡(jiǎn)化了開(kāi)關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)。其封裝形式包括標(biāo)準(zhǔn)的 5腳TO-220封裝（DIP ）和5腳TO-263表貼封裝（SMD ）。 該器件還有其他一些特點(diǎn)：在特定的輸入電壓和輸出負(fù)載的條件下，輸出電壓 的誤差可以保證在土 4%的范圍內(nèi)，振蕩頻率誤差在土 15%的范圍內(nèi)；可以用僅 80卩A的待機(jī)電流，實(shí)現(xiàn)外部斷電；具有自我保護(hù)電路（一個(gè)兩級(jí)降頻限流保護(hù) 和一個(gè)在異常情況下斷電的過(guò)溫完全保護(hù)電路控制模塊控制器選擇：AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片

8、內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ) 器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51 指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存 儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。調(diào)速方式：直流電機(jī)米用調(diào)壓，調(diào)阻等調(diào)速方式，本設(shè)計(jì)米用調(diào)壓方式，直 接加直流電源來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度； 根據(jù)電動(dòng)機(jī)在其額定電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)有一 定的額定轉(zhuǎn)速。根據(jù)其輸入電壓的減小，其轉(zhuǎn)動(dòng)速度也相應(yīng)的減小。從而在傳統(tǒng) 的改

9、變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速問(wèn)題中，就是利用所給電動(dòng)機(jī)的電壓的不同， 而達(dá)到人們所 需要的速度。設(shè)計(jì)采用AT89C51單片機(jī)作為微控制器，采用輸出不同占空比的 PWM波 調(diào)控電機(jī)電壓的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的控制與調(diào)速。PWM調(diào)速工作方式：方案一：雙極性工作制。雙極性工作制是在一個(gè)脈沖周期內(nèi)，單片機(jī)兩控 制口各輸出一個(gè)控制信號(hào)，兩信號(hào)咼低電平相反，兩信號(hào)的咼電平時(shí)差決定電動(dòng) 機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。方案二：?jiǎn)螛O性工作制。單極性工作制是單片機(jī)控制口一端置低電平，另 一端輸出PWM信號(hào)，兩口的輸出切換和對(duì)PWM的占空比調(diào)節(jié)決定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn) 向和轉(zhuǎn)速。由于單極性工作制中，應(yīng)用相對(duì)簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)與操作，所以我們采用了單極性工作制。驅(qū)動(dòng)

10、模塊該驅(qū)動(dòng)電路采用了 IR2104集成芯片，該集成電路具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力和保 護(hù)功能。IR2104是一種高電壓、高速度的功率 MOSFET和IGBT驅(qū)動(dòng)器，工作電壓 10-20V。系統(tǒng)使用兩片IR2104控制四片N溝道的IR3205組成一個(gè)全橋驅(qū)動(dòng)電 路控制一臺(tái)直流力矩電機(jī)。IR2104通過(guò)HO輸出分別控制全橋驅(qū)動(dòng)電路的上半 橋Q1、Q3的導(dǎo)通與關(guān)斷，而IR2104的LO輸出分別控制全橋驅(qū)動(dòng)電路的下半 橋Q2、Q4的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速與正反轉(zhuǎn)的目的。典型連接IN ATOLOAD(Refer to Lead Assinmanl lor cone cl pin conti gural

11、ion) Ttits/l nese diagram(s) show electrical con nedian s cnly. Pleas 9 refer to aur h cati on t-Jctes and DesignTips for prop( ci rcurt dos rd I ayoul.V vcc%INHOSO%COMLO符號(hào)說(shuō)呼IN高和低仙fii腹驅(qū)幼器輸出fHC和L01 .同相何逼狷第人SD高側(cè)淳訕電雞HO高例AH祗弭動(dòng)輸出vs高側(cè)淳前電殛返回Vcc儡壓例和遐垢固宦電源LO低協(xié)冊(cè)腹龜幼輸出COM倔彌回很鉛作業(yè)1VCCV5S2INHQ73茹VS64COML058引抑IR210

12、41VCCVBs2INHO7丄soVS64COMLO58 引 I93OICIR2104S設(shè)計(jì)最終采用電路如下:蕭二;I grmi ai匚時(shí)Hf云w其中7400芯片起隔離作用，防止測(cè)試時(shí)燒毀 mos管或其他硬件PWM控制H橋雙極性主電路從上面的原理可以看出，產(chǎn)生高壓側(cè)門極驅(qū)動(dòng)電壓的前提是低壓側(cè)必須有開(kāi) 關(guān)的動(dòng)作，在高壓側(cè)截止期間低壓側(cè)必須導(dǎo)通，才能夠給自舉電容提供充電的通 路。因此在這個(gè)電路中，u1、u5或者u3、u4是不可能持續(xù)、不間斷的導(dǎo)通的。我們可以采取雙PWMI號(hào)來(lái)控制直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)以及它的速度。將這樣就使得兩芯片所輸出的信號(hào)恰好相反。在SD為高電平期間，u1、u5導(dǎo)通，在直流電機(jī)上加正

13、向的工作電壓。其具體的 操作步驟如下：當(dāng)ini為高電平時(shí)，HO為高電平LO為低電平，使U1導(dǎo)通，U3關(guān)閉，同時(shí) in2為低電平，HO為低電平，LO為高電平，U4關(guān)閉，U5導(dǎo)通，電機(jī)實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)。 同理，當(dāng)當(dāng)ini為低電平時(shí)，HO為低電平LO為高電平，使U1關(guān)閉，U3導(dǎo)通， 同時(shí)in2為高電平，HO為高電平，LO為低電平，U4導(dǎo)通，U5關(guān)閉，電機(jī)實(shí)現(xiàn)反 轉(zhuǎn)。設(shè)PWM波的周期為T，HIN為高電平的時(shí)間為t1，這里忽略死區(qū)時(shí)間，那么 LIN為高電平的時(shí)間就為T-t1。HIN信號(hào)的占空比為D=t1/T。設(shè)電源電壓為V， 那么電樞電壓的平均值為： Vout= t1 - ( T - t1 ) V / T=(2

14、 t1- T ) V / T=(2D- 1 )V四、測(cè)試調(diào)試分析程序及仿真定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：由于PWM號(hào)軟件實(shí)現(xiàn)的核心是單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器，而 不同單片機(jī)的定時(shí)器具有不同的特點(diǎn)，即使是同一臺(tái)單片機(jī)由于選用的晶振不 同，選擇的定時(shí)器工作方式不同，其定時(shí)器的定時(shí)初值與定時(shí)時(shí)間的關(guān)系也不同。 因此，首先必須明確定時(shí)器的定時(shí)初值與定時(shí)時(shí)間的關(guān)系。如果單片機(jī)的時(shí)鐘頻 率為f,定時(shí)器/計(jì)數(shù)器為N位，則定時(shí)器初值與定時(shí)時(shí)間的關(guān)系為：N7x10式中，TW 定時(shí)器定時(shí)初值；N 個(gè)機(jī)器周期的時(shí)鐘數(shù)。N隨著機(jī)型的不同而不同。在應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體的機(jī)型給出相應(yīng)的值。這樣，我們可以通過(guò)設(shè)定不同的定時(shí)初值TW，從而改變占空

15、比，進(jìn)而達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。電機(jī)控制方法：直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的控制方法可分為兩類，即勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法。勵(lì)磁控制法控制勵(lì)磁通 ，其控制功率雖然小， 但低速時(shí)受到磁極飽和的限制，高速時(shí)受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制。而且由于勵(lì)磁線圈電感較大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差。所以常用的是電樞電壓控制法。Ua=Ud-laR，雖然調(diào)節(jié)電阻R即可改變端電壓達(dá)到調(diào)速目的，但這種方法效率 很低。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，可由PWM斬波器進(jìn)行斬波調(diào)壓。所得源程序：#in clude#defi ne uint un sig ned int#defi ne uchar un sig ned charuchar time

16、,count=50,flag=1; 低電平的占空比sbit PWM仁P2P;PWM 通道1，反轉(zhuǎn)脈沖 sbit PWM2=P2A1;/PWM 通道 2，正轉(zhuǎn)脈沖 sbit key_add=P3A5; 電機(jī)加速sbit key_dec=P3A6; 電機(jī)減速sbit key_turn=P3A7; 電機(jī)換向*函數(shù)聲明 *void delayxms( uint z);/*主函*/void Motor_turn(); void Motor_add(); void Motor_dec(); void timer0_i nit();void main()timerOn it(); while(1)Motor

17、_turn();Motor_add();Motor_dec();*延時(shí)處理 *void delayxms(uint z)/ 延時(shí) xms 程序 uint x,y;for(y=z;x0;x-) for(y=110;y0;y-); void Motor_turn()*電機(jī)正反向控制 */if(key_t urn=0)delayxms(2);/此處時(shí)間不能太長(zhǎng)，否者會(huì)的中斷產(chǎn)生沖突if(key_turn=0)flag=flag; while(!key_turn); void Motor_add()/ 電機(jī)加速if(key_add=0)delayxms(2);/此處時(shí)間不能太長(zhǎng)，否者會(huì)的中斷產(chǎn)生沖突i

18、f(key_add=0)coun t+=5;if(cou nt=100)coun t=0;while(!key_add);void Motor_dec() 電機(jī)加減速if(key_dec=0)delayxms(2);/此處時(shí)間不能太長(zhǎng)，否者會(huì)的中斷產(chǎn)生沖突if(key_dec=0)coun t-=5;if(cou nt=1OO)coun t=0; while(!key_dec);*定時(shí)器 0初始化*/void timer0_i nit()TMOD=0x01; /定時(shí)器0工作于方式1TH0=(65536-10)/256;TL0=(65536-10)%256;TR0=1;ET0=1;EA=1; v

19、oid timer0_i nt() in terrupt 1 *定時(shí)寸0中斷攵卜壬理*/TR0=0;/設(shè)置定時(shí)器初值期間，關(guān)閉定時(shí)器TH0=(65536-10)/256;TL0=(65536-10)%256;TR0=1;if(flag=1)電機(jī)正轉(zhuǎn)PWM 仁0; time+; if(time=100) time=0;else 電機(jī)反轉(zhuǎn)PWM2=0; time+; if(time=100) time=0;仿真圖：-fc-e-D0JM4T1vsf二I-吉?號(hào)|4uJ 5-50WE 一OKrs噸亙5KTLTLTLnjrGfl匚口芒一3Q 出=?口S 一空Z(yǔ)SDN-STSs-&doD5Q=*o -26

20、0c-I百度文庫(kù)：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制PWM勺直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)51單片機(jī)工程師是怎樣煉成的老楊單片機(jī)原理張毅剛電力電子技術(shù)王兆安六附錄PCB圖R2looo備用程序：#in clude#define ucha un sig ned char#define uint un sig ned intsbit key1=P1A4;/ 慢sbit key2=PM5;/ 快sbit key3=P1A6;/ 正快sbit key4=P1A7;/ 反快sbit p1=P2A0；sbit p2=P2A1；sbit p3=P0A0；sbit p4=P0A1；uint num,n,m ,ms,i ,l,a3,a4,a1,a2,b; display。；void delay( uint ms)uint i;while(ms-) for(i=0;i120;i+);void ini t()TMOD=0x01;EA=1;ET0=1;TH0=(65536-1000)/256;TL0=(65536-1000)%256;TR0=1;void pwm1 (ui nt m)/ 正傳