微型计算机控制技术课程设计双闭环直流电动机数字调速系统

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，再经过直流变换器得到可调的直流电压，给直流电动机供电。

检测回路包括电压电流温度和转速检测。

电压电流和温度检测由转换通道变为数字量送入微机转速检测用数字测速光电码盘。

故障综合利用微机拥有强大的逻辑判断功能，对电压电流温度等信号进行分析比较，若发生故障立即进行故障诊断，以便及时处理，避免故障进步扩大。

这也是采用微机控制的优势所在。

双闭环直流电动机数字调速系统设计图微机数字控制双闭环直流调速系统硬件结构图三主电路设计图主电路主电路由二极管整流器逆变器和中间直流电路三部分组成，般都是电压源型双闭环直流电动机数字调速系统设计的，采用大电容滤波，同时兼有无功功率交换的作用。

限流电阻为了避免大电容在通电瞬间产生过大的充电电流，在整流器和滤波电容间的直流回路上串入限流电阻或电抗，通上电源时，先限制充电电流，再延时用开关将短路，以免长期接入时影响整流电路的正常工作，并产生附加损耗。

泵升电压限制当脉宽调速系统的电动机减速或停车时，储存在电机和负载传动部分的动能变成电能，并通过变换器回馈给直流电源。

般直流电源由不可控的整流器供电，不可能回馈电能，只好对滤波电容器充电而使电源电压升高，称作泵升电压。

如果要让电容器全部吸收回馈能量，将需要很大的电容量，或者迫使泵升电压很高而损坏元器件。

在不希望使用大量电容器在容量为几千瓦的调速系统中，电容至少要几千微法从而大大增加调速装置的体积和重量时，可以采用由分流电阻和开关管组成的泵升电压限制电路，如图所示。

图主电路参数计算和元件选择主电路参数计算包括整流二极管计算，滤波电容计算功率开关管的选择及各种保护装置的计算和选择等。

整流二极管的选择根据二极管的最大整流平均和最高反向工作电压分别应满足选用系列的大功率硅整流二极管，型号和参数如下所示型号额定正向平均电流额定反向峰值电压正向平均压降反向平均漏电流散热器型号双闭环直流电动机数字调速系统设计在设计主电路时，滤波电容是根据负载的情况来选择电容值，使，且有，即故此，选用型号为的铝电解电容，其额定直流电压为，标称容量为绝缘栅双极晶体管的选择最大工作电流集电极发射极反向击穿电压调节器参数设计系统设计的般原则按照先内环后外环的设计原则，从内环开始，逐步向外扩展。

在这里，首先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速调节系统中的个环节，再设计转速调节器图。

直流双闭环调速原理图图。

电流环结构图双闭环直流电动机数字调速系统设计电流环的参数设计最大允许电流电枢电流范围为，转换为位二进制数码，电流反馈回路反馈系数为，则已知晶体管功率放大器的工作频率为，工作方式为型双极性，直流电源电压为，设定用来直接生成信号的计数器的时钟脉冲频率为，则转换得到的信号的分辨率为，即计数值为时，对应的信号占空比为，功率放大器的输出电压为计数值为时，对应信号的占空比为，功率放大器的输出电压为计数值为时，对应信号占空比为，功率放大器的输出电压为，则控制信号和波形生成之间的数字控制量到模拟电压输出量之间的增益为校验近似条件电流环截止频率脉宽调制变换器传递函数近似条件可见，满足近似条件。

小时间常数近似条件满足近似条件。

忽略反电势对电流环影响的条件满足近似条件。

图。

转速环结构图双闭环直流电动机数字调速系统设计转速环的参数设计速度反馈回路的滞后时间约为机电时间常数速度环的小时功率放大驱动电路设计该驱动电路采用了集成芯片，该集成电路具有较强的驱动能力和保护功能。

产生高压侧门极驱动电压的前提是低压侧必须有开关的动作，在高压侧截止期间低压侧必须导通，才能够给自举电容提供充电的通路。

因此在这个电路中，或者是不可能持续不间断的导通的。

我们可以采取双信号来控制直流电机的正转以及它的速度。

双闭环直流电动机数字调速系统设计将的端与的端相连，而把的端与的端相连，这样就使得两片芯片所输出的信号恰好相反。

在为高电平期间，导通，在直流电机上加正向的工作电压。

其具体的操作步骤如下当的为低电平而为高电平的时候，截止，上的电压经过内部电路和端加在的栅极上，从而使得导通。

同理，此时的为低电平而为高电平，截止，上的电压经过内部电路和端加在的栅极上，从而使得导通。

电源经至电动机的正极经过整个直流电机后再通过到达零电位，完成整个的回路。

此时直流电机正转。

在为低电平期间，端输入高电平，导通，在直流电机上加反向工作电压。

其具体的操作步骤如下当的为高电平而为低电平的时候，导通且截止。

此时的漏极近乎于零电平，通过向充电，为的又次导通作准备。

同理可知，的为高电平而为低电平，导通且截止，的漏极近乎于零电平，此时通过向充电，为的又次导通作准备。

电源经至电动机的负极经过整个直流电机后再通过到达零电位，完成整个的回路。

此时，直流电机反转。

图。

输出电压波形因此电枢上的工作电压是双极性矩形脉冲波形，由于存在着机械惯性的缘故，电动机转向和转速是由矩形脉冲电压的平均值来决定的。

设波的周期为，为高电平的时间为，这里忽略死区时间，那么为高电平的时间就为。

信号的占空比为。

设电源电压为，那么电枢电压的平均值为双闭环直流电动机数字调速系统设计定义负载电压系数为那么当为常数时，改变为高电平的时间，也就改变了占空比，从而达到了改变的目的。

在之间变化，因此在之间变化。

如果我们联系改变，那么便可以实现电机正向的无级调速。

当时此时电机的转速为当时，为正，电机正转当时电机正转全速运行。

五单片机小系统设计键盘显示接口选用可编程键盘显示器接口芯片。

它能接收和识别来自键盘阵列的输入数据并完成预处理，还能显示数据和对数码显示器件进行自动扫描控制。

是实现与键盘数码显示器之间进行信息交换的种专用芯片。

与单片机的接口非常简单，因而在单片机应用系统中得到了广泛的应用。

芯片有条引脚，由单供电。

主要由以下几个部分组成控制和数据缓冲器控制和定时寄存器及定时控制部分扫描计数器回送缓冲器与键盘去抖动控制电路先进先出寄存器和状态电路显示器地址寄存器和显示转换芯片是位逐次逼近性转换器。

带个模拟量输入通道，有通道地址译码锁存器，输出带三态数据锁存器。

启动信号为脉冲启动形式。

内部设有时钟电路，故时钟需外部输入，允许范围，典型值为每通道的转换需个脉冲，大约。

光电编码盘光电编码盘是将测得的角位移转换成为相应的电脉冲信号输出的数字传感器，本设计采用增量式光电编码器来采样转速信号。

增量式编码器是专门了用来测量转动角位移的累计量。

这里以三相编码器为例来介绍增量式编码器的工作原理及其结构。

双闭环直流电动机数字调速系统设计增量式光电编码器在圆盘上有规则地刻有透光和不透光的线条，在圆盘两侧安放发光元件和光敏元件。

当圆盘随电机旋转时，光敏元件接受的光增量随透光线条同步变化，光敏元件输出波形经过整形后变成脉冲。

码盘上有向标志，每转圈相输出个脉冲。

此外，为判断旋转方向，码盘还提供相位相差的两路脉冲信号。

将两相脉冲中任何相输入计数器中，均可使计数器进行计数。

编码盘输出的相脉冲用于复位计数器，每转圈复位次计数器。

编码盘的旋转方向可以通过触发器的输出信号来判断。

整形后的两相输出信号分别接到触发器的时钟端和输入端，触发器的端在相脉冲的上升沿触发。

由于两相的脉冲相位相差，当电机正转时，相脉冲超前相脉冲，触发器总是在脉冲为高电平时触发，这时触发器的输出端输出为高电平。

当电机反转时，相脉冲超前相脉冲，则触发器总是在脉冲为低电平时触发，这时输出端输出为低电平，由此确定电机的转动方向。

转速检测的精度和快速性对电机调速系统的静动态性能影响极大。

为了在较宽的速度范围内获得高精度和快速的数字测速，本设计使用每转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法测速处理。

六调速系统的软件设计调速系统总体设计模块为了使微机控制系统各种硬件设备能够正常运行，有效实现各个控制环节的实时控制和管理，除了要设计合理的硬件电路，还必须要有高质量的软件支持。

因此，用汇编或其他高级语言编写电机微机实时控制系统的应用程序，是整个系统设计中十分重要的内容。

本系统采用单片机生成信号，同时用代替了直流电动机双环调速装置中的电流和转速控制器。

整个控制程序由主程序外中断服务程序运算程序及各种辅助程序组成，程序总长小于字节，运行遍的时间小于。

双闭环直流电动机数字调速系统设计直流电机数字式双闭环总体流程图主程序中断子程序和定时模块主程序完成实时性要求不高的功能，完成系统初始化后，实现键盘处理刷新显示与双闭环直流电动机数字调速系统设计上位计算机和其他外设通信等功能。

初始化子程序完成硬件器件工作方式的设定系统运行参数和变量的初始化等。

主程序流程图初始化子程序启动定时子程序完成向送时间常数，启动定时的功能。

其流程图如下图启动定时子程序主程序系统初始化键处理刷新显示系统初始化设定定时器数字测速工作方式参数及变量初始化设定通信接口及显示键盘工作方式返回数据通信有键按下吗双闭环直流电动机数字调速系统设计中断服务子程序完成实时性强的功能，如故障保护生成状态检测和数字调节等，中断服务子程序由相应的中断源提出申请，实时响应。

当故障保护引脚的电平发生跳变时申请故障保护中断，而转速调节和电流调节均采用定时中断。

三种中断服务中，故障保护中断优先级别最高，电流调节中断次之，转速调节中断级别最低。

转速调节中断电流调节中断故障保护中断服务子程序框图服务子程序框图服务子程序框图当故障保护引脚的电平发生跳变时申请故障保护中断，而转速调节和电流调节均采用定时中断。

三种中断服务中，故障保护中断优先级别最高，电流调节中断次之，转速调节中断级别最低。

保护现场读入转速给定计算转速转速调节允许测速中断返回恢复现场保护现场读入电流反馈电流调节生成启动转换中断返回恢复现场封锁输出分析判断故障原因显示故障原因故障报警等待系统复位双闭环直流电动机数字调速系统设计七课程设计心得体会通过本次实训，让我真正了解了双闭环直流电动机数字控制系统。

这是个具有极好的运行和控制性能，在工业生产中占有相当的比例的控制系统。

我觉得这次不仅仅是完成次老师布置的任务，也是我大学生涯中的次突破。

把理论用于实践，锻炼了自己的动手能力和思考的能力。

这次实训用到了我们三年所学的知识，将电机自动控制与单片机相结合，通过编写程序来达到控制电机运行的目的。

不仅考核了我们电机知识还考核了我们的编程能力。

在苏老师和凌老师的细心讲解与分析下，再加上翻阅大量资料，我终于完成了这次实训。

虽然论文中仍有不足，但我相信，在以后的学习中，我能努力做到完善。

本次实训不仅是对自己的次锻炼，也是对自己的次挑战。

对自己各方面的能力都有所提高。

通过这次实训，我找到了我的人生坐标，我将继续努力向这个方向前行。

参考文献陈伯时电力拖动自动控制系统，机械工业出版社，第版王新微型计算机控制技术，中国电力出版社，张毅刚单片机原理及接口技术，人民邮电出版社，李