毕业论文：小功率直流电机的测速和控制㊣精品文档值得下载

现方案论证脉宽调制的方式有三种定频调宽定宽调频和调宽调频。

本设计采用了定频调宽方式，采用这种方式的优点是电动机在运转时比较稳定，并且在采用单片机产生脉冲的软件实现上比较方便。

对于实现方式则有两种方案。

方案采用定时器做为脉宽控制的定时方式，这方式产生的脉冲宽度极其精确，误差只在几个。

方案二采用软件延时方式，这方式在精度上不及方案，特别是在引入中断后，将有定的误差。

但是基于不占用定时器资源，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。

由于本设计采用了两片单片机，资源充足，因此选择方案。

单片机速度的测量计算输入设定及系统控制单片机运算控制器模拟发生器电机速度采集电路电机驱动电路键盘显示器系统原理框图设计系统原理框图如图所示，是个带键盘输入和显示的闭环测量控制系统。

主体思想是通过系统设定信息和测量反馈信息计算输出控制信息。

图系统原理框图各模块的分析计算与硬件电路设计速度测量电路的设计转速频率转换电路的设计理论上，是先将转速转化为种电量来测量，如电压，电流等。

设计中将转速测量转化为电脉冲频率的测量。

基于这思想，可以采用对霍尔感应传感器，使输出信号的只在转轮侧固定，另只则粘在对应位置的转轮上，这样，电机每转圈，传感器将会输出个脉冲，然后将脉冲放大整形后即可通过单片机测量其频率求出转速。

实际实验中，由于市场采购原因，暂用三极管输出型红外光电耦合器代替霍尔传感器。

如图所示，在电机转轮处开孔，这样，每转圈，三级管红外接收头透光导通次，端输出个上脉冲，即完成了转速频率的转换脉冲滤波整形电路的设计由于电机在转动的过程中有很大的晃动，而且本设计中测量装置做工粗糙，因此所获得的脉冲信号参杂有高频噪声或误动脉冲。

为了提高测量的准确，且尽可能地减少，设计中如图所示输出端加电容接地。

为了既能抑制噪声又不影响测量，电容值的选择很重要。

根据实际测量，设计中所使用的直流电机转速可达转分。

其所产生的脉冲周期，个周期内，脉冲持续时间约为，低电平时间约为，由于接收头感光导通电阻很小，所以电容迅速充电，当低电平到来时开始放电，为保证下个脉冲的检测，放电时间应小于低电平持续时间，根据电路代入值解不等式可得。

单位换算得，为了方便整形，实际设计中。

由于单片机中断口的需要输入信号是正规的矩形脉冲，所以电路的脉冲整形电路采用系列反向器红外接收头红外发射头电压输入输入红外接收头进行两次反向后输入单片机。

图转速频率转化电路图脉冲滤波整形电路电机驱动电路的设计本设计采用目前市场上较容易买到的直流或步进电机驱动芯片，它采用单片集成塑装，是个高电压大电流全双桥驱动器，由标准的电平控制。

支持以内的电机控制电压，在直流运转条件下，可以通过高达的电流，因此它满足了般小型电机的控制要求。

其内部原理结构如图。

接法见图，图中二极管的作用是消除电机的反向电动势，保护电路，因此采用整流二极管比较合适。

控制信号由输入。

如果为高电平，为低电平时电机为正向转速，反之为低电平，为高电平时，电机为反向转速。

本设计将直接接地，即采用单向制动的方式。

通过实验，本设计中不必使用双向制动也可达到设计要求。

电机驱动电源电机驱动电源参考地接单片机口调亮度图内部原理结构图图电机驱动电路显示电路与单片机的接口设计设计中采用的是种内置个点汉字库和个点字符集图形点阵液晶显示器，它主要由行驱动器列驱动器及全点阵液晶显示器组成。

可完成图形显示，也可以显示个点阵汉字，与外部接口采用并行或串行方式控制。

本设计采用并行方式控制，与单片机的通讯接口电路如图所示采用直连的方法，这样设计的优点是在不影响性能的条件下还不用添加其它硬件，简化了电路，降低了成本。

系统总程序框图设计系统程序程序框图如图所示，概述了程序的总体结构和工作过程。

开始系统初始化显示初始化调用按键子程序系统总控制器控制器开始系统初始化参数初始化空操作循环用有键按下无键处理子程序参数计算中断接收设定值子程序中断返回中断接资源堆栈需求字节浮点数传送入口条件源操作数在中，目标地址为。

出口信息，不变。

影响资源堆栈需求字节双字节十六进制定点数转换成格式化浮点数入口条件双字节定点数的绝对值在中，数符在位中，整数部分的位数在中。

出口信息转换成格式化浮点数在中三字节。

影响资源位堆栈需求字节按整数的位数初始化阶码将定点数作尾数进行规格化传送结果到中格式化浮点数转成双字节定点数入口条件格式化浮点操作数在中。

出口信息时溢出，时转换成功定点数的绝对值在中双字节数符在位中，时为整数，时为字节整数字节小数，否则为纯小数。

影响资源位堆栈需求字节将传送到第工作区阶码为零，纯小数阶码为负，纯小数阶码大于，溢出阶码大于否阶码大于，按双字节整数转换设立双字节整数标志按字节整数字节小数转换设立字节整数字节小数标志按纯小数转换设立纯小数标志按规定的整数位数进行右规阶码是扩展后的值将双字节结果传送到中右规次浮点码转换成格式化浮点数入口条件浮点码操作数在中。

出口信息转换成的格式化浮点数仍在中。

影响资源位堆栈需求字节判断是否为零。

尾数低字节尾数高字节，转换程序备用不为零，跳至转换程序为零，转换结束。

保存数符。

以绝对值进行转换。

扩充阶码为八位。

纯小数数阶码为补码，为否则小数大于等于，为中为中的值，为则无须在做下步最小判断，直接进入最大判断最小判断，是否小于小于时以计。

最大判断大于时封顶。

如何封顶还原数符准备将码尾数转换成十六进制浮点数。

至少两个字节。

尾数低字节直到尾数规格化。

四舍五入。

加，也可以有进位右规次准备查表得到十进制阶码对应的浮点数。

计算表格偏移量。

查表。

将阶码对应的浮点数和尾数对应的浮点数相乘。

取出数符。

传送转换结果。

格式化浮点数转换成浮点码入口条件格式化浮点操作数在中。

出口信息转换成的浮点码仍在中。

影响资源位堆栈需求字节绝对值大于或等于时的查表起点。

十的次幂。

绝对值小于时的查表起点。

十的次幂。

绝对值大于或等于时的查表起点。

十的次幂。

查表，找到个比待转换浮点数大的整数幂。

和待转换浮点数比较。

差为负数。

正好是表格中的数。

幂加。

尾数为。

传送转换结果。

准备表格下项。

幂加。

保存幂值。

相除，得到个二进制浮点数的纯小数。

取阶码。

为零吗右规。

取出幂值。

作为十进制浮点数的阶码。

转换尾数的十分位和百分位。

转换尾数的千分位和万分位。

四舍五入。

存放转换结果。

取出数符。

尾数扩大倍。

将整数部分转换成码。

小功率直流电机的测速和控制摘要本设计采用两片，完成了小型直流电机转速的采集计算显示键盘设定，并将非均匀采样情况下的增量式积分分离控制算法应用于直流电机的调速，实现了对电机转速的测量和控制，解决了通常低采样周期时系统的超调以及算法的积分饱和问题。

关键词转速控制目录引言设计方案论证系统结构方案论证转速测量方案论证电机驱动方案论证键盘显示方案论证软件实现方案论证系统原理框图设计各模块的分析计算与硬件电路设计速度测量电路的设计转速频率转换电路的设计脉冲滤波整形电路的设计电机驱动电路的设计显示电路与单片机的接口设计系统各部分子功能程序设计电机转速测量程序设计键盘程序设计显示子程序的设计数字及其算法的改进控制基本原理三个基本参数在实际控制中的作用研究数字控制算法算法的改进，饱和作用的抑制控制算法的单片机程序实现信号的单片机程序实现系统的调试过程与测试转速度测量部分调试各项系数赋初值实验调试和确定算法各项系数赋初值调试分析。

修改各项系数值调试分析各项系数值的确定结束语注释致谢参考文献附录硬件总图附录程序清单引言目前见到的许多关于直流电机的测速与控制类文献中，虽然能实现直流电机的无级调速，但还存在些问题，如无法与计算机直接接口，许多较为复杂的控制算法无法在不增加硬件成本的情况下实现，控制器的人机界面不理想。

总的来讲，控制器的智能化程度不高，可移植性差。

虽然采用芯片来实现电机无级调速的方案成本较低，但当控制器针对不同的应用场合增加多种附加功能时，其灵活性不够，而且反而增加硬件的成本。

还有些使用控制器或高档处理器芯片如器件的文献，它们虽然具有较高的控制性能，但由于这些高档处理器价格过高，需要更多的外围器件，因此也不具备在通常情况下大规模使用的条件。

从发展趋势上看，总体的研究方向是提出质量更高的算法和调速方案，以及在考虑成本要求的前提下选择适合这种算法的核心控制器。

设计方案论证根据设计任务，要求调速采用控制器，因此需要设计个闭环直流电机控制系统。

该系统采用脉宽调速，使电机速度等于设定值，并且实时显示电极的转速值。

通过对设计功能分解，设计方案论证可以分为系统结构方案论证，速度测量方案论证，电机驱动方案论证，键盘显示方案论证，软件实现方案论证。

系统结构方案论证方案采用片单片机完成系统所有测量控制运算，并输出控制信号。

方案二采用两片单片机，其中片做成控制器，专门进行运算和控制信号输出另片则系统主芯片，完成电机速度的键盘设定测量显示，并向控制器提供设定值和测量值，设定控制器的控制速度等。

方案的优点是系统硬件简单，结构紧凑。

但是其造成资源紧张，程序的多任务处理难度增大，不利与提高和扩展系统性能，也不利于向其他系统移植。