基于单片机AT89S52控制直流电机调速系统设计与仿真文献综述.doc
- 文档编号:2590427
- 上传时间:2022-11-02
- 格式:DOC
- 页数:5
- 大小:83.21KB
基于单片机AT89S52控制直流电机调速系统设计与仿真文献综述.doc
《基于单片机AT89S52控制直流电机调速系统设计与仿真文献综述.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于单片机AT89S52控制直流电机调速系统设计与仿真文献综述.doc(5页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
单片机控制直流调速系统设计与仿真
学校代码:
11571
学号:
HENANINSTITUTEOFENGINEERING
文献综述
题目单片机控制直流调速系统设计与
仿真
学生姓名
专业班级
学号
系(部)
指导教师(职称)
完成时间2012年3月10日
单片机控制直流调速系统设计与仿真
摘要:
由于传统的VM直流电机调速系统,电机工作不稳定,难以满足高精度、大功率场合。
本文介绍了基于单片机AT89S52的直流电机PWM调速控制系统,其性能稳定,电路简单,控制精度高,修改参数方便,可调范围宽,响应速度快且成本低,非常适合应用于大功率、可靠性要求较高的直流电机控制中。
关键词:
AT89S52/电机控制/PWM
随着科技的发展,人们对控制系统的要求越来越高,电机调速成了人们研究的课题。
电机在各行各业发挥着重要的作用,而电机转速是电机重要的性能指标之一,因而控制电机的转速和电机的调速,使它满足人们的各种需要,更显得重要。
现在对于普通直流电机的调速已经有了比较成熟的方法,而PWM调速成为电机调速的新方式。
文献【1】中说到,直流电动机的控制方法可分为两类:
励磁控制法与电枢电压控制法。
励磁控制法控制磁通,其控制功率虽然小,但低速时受到磁饱和的限制,高速时受到换向器结构强度的限制,而且由于励磁线圈电感较大,其动态响应较差,所以使用较少。
电枢电压控制法总体上可以分为两种,一种是调节电压,一种是调节电枢电流。
传统的调速系统是用模拟电子电路来实现的,这种电路虽然反应快,但是灵活性较差,而且复杂。
由文献【2】,单片机作为一种可编程控制器技术上已经比较成熟。
通过单片机对普通直流电机进行调速的系统已经存在,单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点。
电子技术的发展,促进直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变,特别是单片机技术的应用,使直流电机调速极速进入一个新的阶段。
起先的电机电枢电压调节法采用串联电阻调速法,这种方法耗能大,且调速不平稳,以后出现了晶闸管、MOSFET、IGBT等主控原件的调速装置。
传统的晶闸管直流调速系统控制回路的硬件设备极其复杂,安装调试困难,相对故障率较高,维修比较困难。
由单片机控制的电机调速系统,其控制方案是软件编写实现的,控制器由可编程功能模块组成,配置和参数调整简单方便,工作稳定。
随着时代发展,晶体管器件的制造水平以及电路技术有了很大的提高,PWM技术得到了高速发展,诞生了各式各样的脉宽调速控制器,由之而生了脉宽调速模块,许多单片机也具有了PWM输出功能。
文献【3】中的直流电机脉冲宽度调制(PulseWidthModulation—简称PWM)调速系统产生于20世纪70年代中期,最早用于自动跟踪天文望远镜,自动记录仪表等的驱动。
PWM调速原理是基于改变占空比来实现的,将占空比不同的脉冲转化为电压来驱动直流电机转动。
电源电压不变,电枢的端电压平均值U取决于占空比的大小,改变其值就可以改变端电压的平均值,得到不同的转速,实现电机启动、停止和反转等功能,进而达到调速的目的。
通过对一系列脉冲的占空比调制,即按一定规律改变通断电时间,由于脉冲的作用,通电时速度加快,断电时速度减慢,即可对电机的转速进行控制,实现直流电机的数字化调速。
文献【4】指出,与V-M调速系统相比,PWM调速系统具有下列优点:
(1)由于PWM调速系统的开关频率高,仅靠电枢电感的滤波作用就可以获得脉冲波动很小的直流电流,电枢电压易连续,系统低速运行平稳,调速范围较宽,可达1:
10000左右。
由文献【5】,与快速响应的电机配合,系统可以获得很宽的频带,因此快速响应性能好,动态抗干扰能力强。
(2)由于电流波形比V-M系统好,在相同的平均电流即相同的输出转矩下,电动机的损耗小,发热低。
(3)由于其电力电子器件只工作在开关状态,主电路损耗较小,装置效率高。
由文献【7】,PWM是对模拟信号电平进行数字编码的方法,不仅容易由软件来实现,而且从处理器到被控制信号都是数字形式,无需模数转化,再加上PWM对噪声的抵抗能力强,使得PWM成为目前电机调速的主要方法。
一种方法是采用闭环控制,通过单片机产生PWM波,控制电动机电枢电压通断时间来实现变电压调速;另一种方法是采用模糊控制,使用开环系统,通过改变程序参数来实现转速变化;还有一种方法是直接对模拟量进行控制,由单片机编程,通过D/A转换元件转换为模拟量,直接控制可控硅的导通角,D/A的位数决定调速的级数。
由文献【9】,直流电机的工作场合常需要正反转,就要用到可逆PWM系统。
可逆PWM系统可分为双极性驱动可逆PWM系统和单极性驱动可逆PWM系统。
双极性可逆PWM系统在低速时运行平稳,但电流波动大,导致元件损耗大,还必须增加死区来避免开关管直通的危险,限制了开关的高频率。
单极性可逆PWM系统能够避免开关管直通,大大提高了系统的可靠性,但是轻载时会出现断流,可以通过提高开关频率或改进电路设计来避免。
由文献【13】,脉宽调制本质上是一种电压调速,它结合其他元件改变电机电枢在一定周期内的导通时间,就可以调节电机两端的平均电压,达到调节电机转度的目的。
相比与串电阻调节法,采用脉宽调制控制电机电枢的通断,减少了电能在电阻中的损耗,能够节约能源。
在硬件电路的搭建上面,一般采用闭环控制方式,通过两个定时器对电机的转速进行测量,由于51单片机的定时器只有两个,需要通过程序或结合其他外设来产生控制脉冲。
当然也可以采用52单片机,用单纯程序来改变脉冲输出的频率,其中延时的长短是动态的,软件在电动机控制中,要不停地产生控制脉冲,占用了大量的CPU时间。
所以一般结合定时器来产生脉冲。
当要求控制脉冲频率较高时候,还需要外加一些模块来产生PWM,比如PWM波形发生器。
在自动调速的算法上一般采用PID算法,通过目标量与检测量进行比较,再由算法来调制脉宽。
文献【15】中提到另一种脉宽调制系统,采用模糊控制法,它不需要检测装置,硬件电路搭建相对简单,但要实现某种速度变换需要不断地结合实际来修改程序参数,结果比较不精确,不能随外界的环境变化而变通。
直接调整模拟量的电机调速方法,是通过D/A转换直接控制双向可控硅的导通角,即调节触发角a的大小,来改变电机主绕组两端的平均电压,以实现降压调速。
在电机的驱动元件上,有光耦、双向可控硅、L297(步进电机驱动)、场效应管、三极管、固态继电器(SSR)。
在选择驱动元件时除了考虑电机的功率外,还应该考虑驱动元件的响应速度。
总结
脉宽调制调速法突破了传统的串电阻调速,节省了电能。
用单片机来实现电机调速为电机调速提供了新的方法,它虽然没有传统的模拟数字电路调速反应快,但是由单片机搭建的电机调速电路要比使用模拟数字电路简单得多,不仅节约了成本且单片机灵活性高,可以重复编程,特别是当实际的环境条件改变以后,可以通过改变程序来实现不同的功能。
参考文献
[1]翁嘉民.单片机应用开发技术[M].北京:
中国电力出版社,2009:
12-36
[2]王兆安,刘进军.电力电子技术[M].北京:
机械工业出版社,2009:
45-56
[3]胡寿松.自动控制原理[M].北京:
科学出版社,2007:
33-36
[4]阮毅,陈伯时.电力拖动自动控制系统-运动控制系统[M].北京:
机械工业出版社,2009:
10-13
[5]孙明迪.直流双极式可逆PWM调速系统设计[M].北京:
高等教育出版社,2008:
99-123
[6]胡祝兵.基于单片机控制的直流电机调速系统的设计[M].北京:
机械工业出版社,2008:
45-63
[7]薛英杰.用于单相电机调速的单片PWM控制技术[M].北京:
高等教育出版社,2002:
87-93
[8]王晓明.电动机的单片机控制[M].北京:
高等教育出版社,2002:
120-135
[9]郑宪伟.基于AVR单片机的直流电动机PWM闭环调速系统的设计[J].北京:
科学出版社,2008,26(3):
15-20
[10]玄子玉.基于单片机的直流电动机闭环调速系统的设计[J].北京:
北京航空航天大学出版社,2008,15(4):
24-26
[11]曾喜良.基于C8051F020的PWM调速控制[J].北京:
计算机与数字工程出版社,2008,10(8):
195-197
[12]曹杰,史金飞,戴敏.基于MEGA8单片机的无传感器无刷直流电机控制系统设[J].北京:
自动化仪表,2005,8
(1):
13-16
[13]贾玉瑛,王臣.基于单片机控制的PWM直流调速系统[J].内蒙古:
包头钢铁学院学报,2005,5(10):
12-18
[14]KazuyaIRAHA,SpeedControlMethodsofVariousTypesofSpeedControlMotors,2008
[15]KogyoChosakai,ACMotorTechnologyStudyGroup:
“BooktounderstandACsmallmotor”,Publishing,1998
[16]KazuoAbe:
“Low.noisedrivetechnologyofBrushlessmotor”,RENGANo.163,pp.19.25,2003
3
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 单片机 AT89S52 控制 直流电机 调速 系统 设计 仿真 文献 综述