毕业论文：直流电机转速闭环控制-精品.doc

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1、摘要在运动控制系统中，电机转速控制占有至关重要的作用，其控制算法和手段有很多，模拟PID控制是最早发展起来的控制策略之一，长期以来形成了典型的结构，并且参数整定方便，能够满足一般控制的要求，但由于在模拟PID控制系统中，参数一旦整定好后，在整个控制过程中都是固定不变的，而在实际中，由于现场的系统参数、温度等条件发生变化，使系统很难达到最佳的控制效果，因此采用模拟PID控制器难以获得满意的控制效果。随着计算机技术与智能控制理论的发展，数字PID技术渐渐发展起来，它不仅能够实现模拟PID所完成的控制任务，而且具备控制算法灵活、可靠性高等优点，应用面越来越广。本设计以上面提到的数字PID为基本控制算

2、法，以SST89EE554RC单片机为控制核心，产生占空比受数字PID算法控制的PWM脉冲实现对直流电机转速的控制。同时利用霍尔传感器将电机速度转换成脉冲频率反馈到单片机中，实现转速闭环控制，达到转速无静差调节的目的。在系统中采数码管和44键盘作为人机交互界面，启动后可以通过显示部件了解电机当前的转速。该系统控制简单，反应灵敏，具有很强的抗干扰能力。目 录前言一.总体设计方案二.硬件单元模块设计（1）LED显示模块（2）直流电机驱动单元（3）基于霍尔传感器的测速模块（4）单片机控制单元三.软件功能调试（1）主程序设计（2）PWM波软件软件设计（3）显示子程序（4）键盘处理子程序（）测速软件设计

3、（）控制算法子程序四.设计总结五.参考文献1附录1前言 在工业控制领域中，直流电机是常见的机电装置，以单片机为控制器对电机进行控制，运用串口通信技术实现电机的远程测控。通过采用周期测量法测量电机的转速，运用PWM技术实现对电机的驱动控制，为直流电机的控制提供了一种低成本高精度的测控方案。在工业自动控制系统和各种智能产品中常常会用用电动机进行驱动、传动和控制，而现代智能控制系统中，对电机的控制要求越来越精确和迅速，对环境的适应要求越来越高。随着科技的发展，通过对电机的改造，出现了一些针对各种应用要求的电机，如伺服电机、步进电机、开关磁阻电机等非传统电机。但是在一些对位置控制要求不高的电机控制系统

4、如传动控制系统中，传统电机如直流电机乃有很大的优势，而要对其进行精确而又迅速的控制，就需要复杂的控制系统。随着微电子和计算机的发展，数字控制系统应用越来越广泛，数字控制系统有控制精确，硬件实现简单，受环境影响小，功能复杂，系统修改简单，有很好的人机交换界面等特点。一、总体设计概述单片机直流电机调速简介：单片机直流调速系统可实现对直流电动机的平滑调速。PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压

5、的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。本系统以SST89E554RC单片机为核心，通过单片机控制，C语言编程实现对直流电机的调速。系统控制方案的分析：本直流电机调速系统以单片机系统为依托，根据PWM调速的基本原理，通过PI控制以直流电机电枢上电压的占空比来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速为依据，实现对直流电动机的平滑调速，并通过单片机控制速度的变化。本文所研究的直流电机调速系统主要是由硬件和软件两大部分组成。硬件部分是前提，是整个系统执行的基础，它主要为软件提供程序运行的平台。而软件部分，是对硬件端口所体现的信号，加以采集、分析、

6、处理，最终实现控制器所要实现的各项功能，达到控制器自动对电机速度的有效控制。二、硬件部分硬件部分由电源模块、单片机控制单元、电机驱动电路、LED显示电路、霍尔传感器电路构成。键盘向单片机输入相应控制指令，由单片机通过P2.0与P2.1其中一口输出与转速相应的PWM脉冲，另一口输出方波，根据方波测出转速，比较给定转速与实际转速得到差值再通过P控制来实现电动机转速的控制。电动机的运转状态通过LED显示出来。电动机所处速度显示。每次电动机启动后开始计时，停止时LED显示出本次运转所用时间，时间精确到0.1s。总体设计方案的硬件部分详细框图如图一所示数码管显示小键盘单片机直流电机及驱动键盘扫描及显示直

7、流电机驱动电路基于霍尔传感器的测速电路 工作原理：霍尔开关集成电路中的信号放大器将霍尔元件产生的幅值随磁场强度变化的霍尔电压UH放大后再经信号变换器、驱动器进行整形、放大后输出幅值相等、频率变化的方波信号。信号输出端每输出一个周期的方波，代表转过了一个齿。单位时间内输出的脉冲数N，因此可求出单位时间内的速度VNT。单片机本次实验采用的是SST89E554RC单片机，三、软件设计主程序设计主程序主程序是一个循环程序，其主要思路是，先设定好速度初始值，这个初始值与测速电路送来的值相比较得到一个误差值，然后用P算法输出控制系数给PWM发生电路改变波形的占空比，进而控制电机的转速。主程序流程图如下：开

8、始结束调用控制算法子程序调用键盘处理子程序调用转速显示子程序调用pwm波调制子程序延时开定时器0初始化PWM波软件软件设计SST89E554RC提供了一个特殊的16位定时器，该定时器具有5个16位捕捉/比较模块。每个模块都可被编程工作于以下四种模式：上升和/或下降沿捕捉，软件定时器，高输出（HSO）和脉冲宽度调制（PWM）。第五个模块除上述四种模块外还可以编程为看门狗定时器。 每个模块都有一个外部引脚，与P1口复用：模块0连接至P1.3（CEX0），模块1连接至P1.4（CEX1），模块0连接至P1.5（CEX2），模块1连接至P1.6（CEX3），模块1连接至P1.7（CEX4）.其结构框图

9、如下：PCA定时/计数器P1.5/CEX2P1.3/CEX0P1.4/CEX1P1.6/CEX3P1.7/CEX4模块1模块2模块3模块4模块0在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来达到改变平均电压大小的目的，从而来控制电动机的转速。设电机始终接通电源时，电机转速最大为Vmax，设占空比为D= t1 / T，则电机的平均速度为Va = Vmax * D，其中Va指的是电机的平均速度；Vmax 是指电机在全通电时的最大速度；D = t1 / T是指占空比。由上面的公式可见，当

10、我们改变占空比D = t1 / T时，就可以得到不同的电机平均速度Vd，从而达到调速的目的。本设计中采用软件延时方式对脉冲宽度进行控制 ，PWM模式被用于产生一个连续的占空比可调的方波信号。脉冲宽度调制通过比较PCA定时器的低字节（CL）和比较寄存器的低字节（CCAPnL）产生8位PWM脉冲。当CL CCAPnL时，输出高电平。输出频率取决于PCA定时器的信号源。占空比由写入比较寄存器的高字节（CCAPnH）控制，计算如下：CCAPnH=256（1Duty cycle）其中CCAPnH为8位整型数，Duty cycle为百分数。键盘查询处理子程序： 由于只用到了三个按键，所以按键查询比较简单，

11、只需要行信号一位送零即可，然后列信号读进来，与键值进行比较，即可知道是哪个键按下。延时延时否否关闭PWM输出PWM否延时是开始否否是是是是否是是Key自加1转速增大60判断2键是否按下判断2键是否按下转速减小60判断1键是否松开判断1键是否按下判断key是否为奇判断0键是否松开判断0键是否按下显示子程序：利用数组方式定义显示缓存区，缓存区有8位，分别存放各个LED管要显示的值。显示子程序为一带参子程序，参数为显示缓存的数组名，通过for(i=0;i8;i+)方式对每位加上位选码，送到P0口并进行延时。开始送转速的千位数段选送千位数对应的位选送转速的百位数段选送百位数对应的位选送转速的十位数段选

12、送十位数对应的位选送转速的个位数段选送个位数对应的位选结束测速软件设计测速子程序：开始结束开定时器T0定时器T0初始化关定时器T0输出转速计算转速控制算法子程序：输出控制量否求得控制量是如果偏差为0对偏差进行累加求得转速偏差开始四、心得体会李景峰：此次课程设计总体来讲并非很难，但是由于自己大意，一开始就想实现很多功能，结果重心转移，在其他功能上花了很多时间，也没有见效，还把思路给搞乱了，以至于最后只是简单地完成了控制任务，没有额外扩展。，测速用的是中断计数外加一秒钟定时。这就是这次课程设计的全部。总体来说时间还是蛮紧张，如果一开始思路就比较清晰的话，效果应该不会很差，而我在中途两次改变方案，以

13、至于如此，以后一定会记住这次教训。6.2 计控课程设计心得体会 08自动化2班陈文博为期一周的计算机控制技术的课程设计很快就结束了，这次的时间比较紧，对我们的考验比较大，我们这次的设计主要的用单片机的知识来进行设计，我们开始设计主要分四个部分，我主要负责硬件连接和显示这部分。其中显示部分是我与另外一个组员负责，主要是帮助他来完成。硬件连接主要是在试验箱部分连线，把段选和位选分别与P的各个接口相连接，电机与电源和中断接口相连，输入输出各接口相连接等，相对来说是简单的部分，所以我又帮忙设计显示部分，这部分我们用了三个按键外加四个数码管，简单的做了一个人机交互界面，PW输出用的是这款单片机中特有的十

14、六位输入捕捉输出比较功能寄存器。通过键盘扫描实现了速度的显示。总之，这次设计还是收获了一些我不懂得知识，也感谢队友的帮助与支持。通过本次计控课程设计，一则是让我以前课堂上所学的内容复习了一遍并有了更深入的理解，提高了我的理论素养；二则是让我掌握了调试程序的方法，动手能力有所提高。这次我们是分工来做课程设计，然而仅有分工缺少了协作。虽然各自都把自己负责的程序编了出来，但是在衔接时却十分困难，花费了很多时间。这是这次课程设计中的不足之处，以后需改正。总之，本次课程设计，虽然我做的东西不多，但是我把遇到的问题都搞清楚了，解决了，所以我觉得我的收获很大。董勇： 这次课程设计虽然我做的不是很多，但我学到

15、了许多没学过的知识，尤其是以前没学过的单片机。通过自己的自学，单片机的编程方面有了很大的进步同时也复习了下C语言，温故而知新，让我对C语言有了进一步理解。让我知道理论和实际应用有一定的差别，不能只学不用，实践也是很重要的一个环节。我们不仅要学好的知识，还要学会去应用知识，学的知识不去用就很容易忘记并且不能实现它的价值。通过实践，不仅能巩固学过的知识，还能让我们更容易得理解学过的知识，让我们有目的的学习知识，拓展我们的思维。同时在这过程中也让我认识到了自己的许多不足，像基础不是很牢固，容易犯小错误等，让我认识到自己的不足从而进行弥补。这次课程设计是大家共同努力的结果，同时也要感谢那些做的多组员。

16、在这过程中互相帮助，让我学到了许多以前不明白的东西，增强了我的实践能力。刘翰林：为期一周的课程设计转眼就结束了，时间是如此的短，导致我们必须抓紧每一分每一秒，在设计的过程中，我会相互讨论达成一致的意见，肉麻话开始实际设计。当然，其中我们肯定遇到了很多问题，出了一些错，但是过而能改，善莫大焉。我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。其实不管是什么样的问题，开始的时候有多难，不懈努力，遇到问题就总会迎刃而解的。通过大家的努力，我们完成了设计任务，这不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在设计的时候，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是

17、受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。五、参考文献、单片机原理及应用（清华大学出版社，黄勤主编，李楠副主编）、计算机硬件技术基础实验教程（重庆大学出版社，黄勤主编，高富强副主编）、微型计算机控制技术（机械工业出版社，黄勤主编，李楠副主编）、单片机实验系统用户手册（西安唐都科教仪器公司）附录程序清单#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int uchar code LK10=0x3F

18、,0x06,0x5B,0x4F,0x66,0x6D,0x7D,0x07,0x7F,0x6F, ; uchar LK14=0xfe,0xfd,0xfb,0xf7;sbit p1_0=P10;sbit p1_1=P11;sbit p1_2=P12;sbit p1_5=P15; uint data z,counter; uint data n,t;uint speed=0;uint set-speed=0;uchar pid_flag=0;uint temp=150;uchar enter_flag=0;/*k*/sfr CCAPM4=0xde;sfr CCAP4H=0xFe;sfr CCON=0x

19、D8;/*l*/ void delay(uint k) uint data i,j; for(i=0;ik;i+) for(;j121;j+) ; void display(uint num) P0=LKnum/1000;P2=LK10;delay(10); P0=LK(num/100)%10;P2=LK11;delay(10); P0=LK(num%100)/10;P2=LK12;delay(10); P0=LKnum%10;P2=LK13;delay(10); int0() interrupt 0 using 1/断INT1子程序t+;/脉冲加1/定时器T0定时溢出后进入的子程序void

20、timer0(void) interrupt 1 using 2 /中断部分代码，见下文的释疑n+;TR0=0;/关定时器T0 TF0 = 0;TMOD=0x1;/T0定时，工作方式1 TH0=0X4c; TL0=0Xf7;TR0=1;/开定时器T0ET0=1;if(n=10)z=120*t;/由转速n=60/（conunter*T), T=机器周期speed=z;t=0;n=0;void delay2() uchar i,j; for(i=0;i20;i+) for(j=0;j=speed) temp=temp+5; if(temp255) temp=255; pwm_output(temp

21、); else temp=temp-3; if(temp20) temp=20; pwm_output(temp); void main(void) /*l*/CCAPM4=0x42; CCAP4H=150; CCON=0x40;/*l*/EA=1;/开外部中断INT0EX0=1;IT0=1;TMOD=0x1;/T0定时，工作方式1TL0=0xF7;/高低位赋初值DTH0=0x4C;/定时100msTF0=0;/溢出标志位，为1溢出TR0=1;/开定时器T0ET0=1; for(;) if(pid_flag=1) pid_flag=0; p_control(set_speed,speed); if(enter_flag=1) display(set_speed); if(enter_flag=0) display(speed); key_scan();