PWM控制电机调速系统文档格式.docx
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一、电机控制系统的整体设计
1.1系统整体设计原理图
系统整体设计如图1所示，主要原理框图包括：
LCD显示、按盘输入、测速模块、PWM调速模块四部分。
电路原理图如图2所示：
图1
图2
1.2PWM信号
PWM信号的产生采用硬件PWM信号，即不采用中断实现PWM信号，而是利用单片机MPC82G516的PCA模式，PCA设置成PWM模式直接产生PWM信号。
频率取决于PCA定时器的时钟源，占空比取决于模块捕获寄存器CCAPNL与扩展的第9位ECAPNL的值。
由于使用9位比较，输出占空比可以真正实现0%到100%可调，占空比计算公式为:
占空比=1-{ECAPnH，[CCAPnH]}/256
在电源电压Ud不变的情况下，电枢端电压的平均值取决于占空比η的大小。
通过改变η的值可以改变电枢端电压的平均值，从而达到调速的目的。
1.3测速模块
测速模块采用自带霍尔传感器并具有整形功能的直流电机调速板J1，该模块能实现电机正反转、测速、调速功能，并自带整形芯片，调试效果较好。
通过霍尔传感器把测速脉冲信号送单片机P3.2，由单片机P1.0送到测速模块第5脚，控制电机正反转。
PWM信号由P1.2送到测速模块第3脚，实现电机的调速。
1.4I/O接口电路
输入模块采用4个按键S1、S2、S3、S4，接在单片机P1.4、P1.5、P1.6、P1.7，分别实现启动、加速、扩展功能、减速功能。
电机正反转控制由P1.0送到测速模块第1脚。
输出显示模块采用LCD1602，是一种置8192个16*16点汉字库和128个16*8点ASCII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128×
32全点阵液晶显示器组成，可完成图形显示，也可以显示7.5×
2个（16×
16点阵）汉字，与外部CPU接口采用并行或串行方式控制。
二、电机调速系统的软件设计
2.1程序流程图
当系统启动后，单片机进行初始化设置，单片机检测是否有键按下，再执行按键子程序，读取键值，调用中断，主单片机将传感器输入的信号进行计算，控制PWM的输出，从而控制电机的转速，依次循环使电机趋于稳定值。
系统主程序框图如图3所示。
图3
2.2上位机软件
系统由计算机控制单片机，从而控制直流电机的速度，PC机做为上位机，单片机作为下位机。
为了便于查询和保存数据以及通过PC机调直流电机速度。
上位机采用美国NI公司LabVIEW软件。
LabVIEW是一种图形编程语言，通常称为G语言，具有开放的环境，能和第系统通过PC机与单片机串口实现三方软件轻松连接通讯，构成一个数据采集系统。
4为LabVIEW软件程图序框图。
图4
三、系统测试与分析
PWM信号的输出，实现对直流电机转速进行控制的方法。
利用上位机LabVIEW软件，可得到电机调速结果。
图5为电机空载情况下的调速结果，测量数据结果如表1。
图5
数据分析：
启动段，电机转速从零上升到53r/s，只需用6s，并很快趋于稳定；
加速段，电机转速从53r/s上升到86r/s，只需用5s，并很快趋于稳定；
减速段，电机转速从86r/s下降到53r/s，只需用7s，并很快趋于稳定。
从数据中看出，通过PWM调速，电机转速变化至稳定，若不考虑按钮灵敏度，基本保持在5s左右，并能很快趋于稳定，较好地满足设计要求。
四、PWM调速程序介绍
PWM调速通过改变一定频率方波脉冲的占空比来改变电机速度，本设计脉冲周期恒定,本设计通过把方波分成160份，改变高低脉冲的份数来改变PWM的波形，单片机PWM调速的程序代码如下所示：
void
control（）
{
EA=1;
while
（1）
{
if（a>
=150）
a=150;
if（a<
=10）
a=10;
P1_1=0;
delay（160-a）;
P1_1=1;
delay（a）;
key=GeyKey（）;
if（key=='
-'
）
a-=n;
else
if（key=='
+'
a+=n;
='
P1_0=1;
dprintf（0,72,"
方向:
顺时针"
）;
}
c'
）
P1_0=0;
逆时针"
}
*'
break;
if（key!
=0）
EA=0;
}
总结
本设计中，调速是系统的主要功能，通过研究直流电动机的机械特性，得出了几种常见的改变转速的方法，因调压调速可实现额定转速以下大围平滑调速，并且在整个调速围机械特性硬度不变。
这种方法在直流电力拖动系统中被广泛采用。
为了使系统能保证稳定的前提下实现转速无静差，且能够快速起制动，重点介绍了转速、电流双闭环控制系统。
转速负反馈得到的反馈电压，与给定值进行比较后，产生了频率一定，占空比可调的脉宽序列，并通过功率放大后，对主电路变换器的电力电子元件的导通和关断进行驱动控制，从而改变电动机的转速，本设计，为了实现PWM控制，介绍了PWM调制技术的原理，并对PWM变换器进行了详细介绍，为了使系统能正反转运行，主电路采用双极式桥式变换器。
最后，通过计算机仿真软件MATLAB对系统进行了仿真，通过对波形的分析验证了转速、电流双闭环脉宽调速系统的优点。
通过本次设计，加强了我对知识的掌握，使我对设计过程有了全面地了解。
通过学习控制系统工作原理以及如何利用仿真软件进行仿真，我查阅了大量相关资料，学会了许多知识，培养了我独立解决问题的能力。
同时在对电路设计的过程中，巩固了我的专业课知识，使自己受益匪浅。
总之，通过本次设计不仅进一步强化了专业知识，还掌握了设计系统的方法、步骤等，为今后的工作和学习打下了坚实的基础。
附录：
PWM控制的直流电机自动调速系统总体硬件电路图
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