温控直流电机调速系统设计

直流电动机调速控制系统设计~

你的问题是是你么啊？接线？还是控制？

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课程毕业设计论文信息:
适用专业: 工程类
适用学院: 工学
设计性质: 课程设计
目 录

一、设计任务与要求 ………………………………………………3
二、主电路方案选择及设计 ………………………………………3
1 主方案设计…………………………………………………3
2 主电路设计…………………………………………………5
3 主电路保护电路设计………………………………………6
控制电路方案选择及设计 ……………………………………7
1、控制电路选择 ……………………………………………7
2、控制电路设计………………………………………………9
四、总结 ……………………………………………………………13
五、参考文献 ………………………………………………………14
摘要
调压调速系统是在保持他励直流电动机的磁通为额定值的情况下，电枢回路不串入电阻，将电枢两端的电压（电源电压）降低为不同的值时，可以获得与电动机固有机械特性相互平行的人为机械特性，调速方向是基速以下，属于恒转矩调速方法。只要输出的电压是连续可调的，即可实现电动机的无级调速，而且低速运行时的机械特性基本保持不变，所以 得到的调速范围可以达到很宽，而且实现可逆运行。转速、电流截止负反馈闭环系统既兼顾了启动时的电流的动态过程，又保证稳态后速度的稳定性，在起动过程的主要阶段，只有电流负反馈，没有转速负反馈。达到稳态后，只要转速负反馈，不让电流负反馈发挥主要作用很好地满足了生产需要。
一、设计任务与要求
设计系统要求稳态无静差，电流超调量δi％<=5％, 空载启动至额定转速时的转速超调量δn％<=10％ ，且启动时尽量避免电流的过大冲击。
电机有关参数：
直流他励电动机：功率PN＝145KW，额定电压UN=220V，额定电流IN=733A,磁极对数P=2，nN=430r/min,励磁电压220V,电枢绕组电阻Ra=0.0015Ω,主电路总电阻R＝0.036Ω，Ks=41.5，电磁时间常数TL=0.0734ms，机电时间常数Tm=0.0926ms，滤波时间常数Ton=Toi=0.01s，过载倍数λ＝1.2，电压给定最大值，速度给定最大值

直流电机转速、电流截止负反馈双闭环调压调速控制系统课程设计.rar

附录1 论文格式示例（封皮格式不得改动）
电气化13 届《微机原理与接口》
课程论文

单片机温控直流电机系统

学生姓名 陈小云
学 号 8021209141
所属学院 机械电气化工程学院
专 业 农业电气化与自动化
班 级 电气化13-1
日 期 2011.11

塔里木大学教务处制

基于单片机温控直流电机系统的设计

目录

前言

第1.1节 课题研究的目的及意义……………………………………………..1
第1.2节 直流电机简介………………………………………………………...2
第1.3节 L298芯片简介………………………………………………………..3
第1.4节 DSI8B20温度传感器简介……………………………………………4
第1.5节 主程序设计……………………………………………………………5
第1.6节 仿真结果………………………………………………………………6
第1.7节 仿真分析………………………………………………………………7

1.1 前言
目前，数字技术.计算机技术和永磁材料的迅速发展，推动了步进电机的发展，在当今社会各个领域步进电机无处不在，应用领域涉及机器人.工业电子自动化设备.医疗器材.广告器材.舞台灯光设备.印刷设备.计算机外部应用设备等等。
虽然步进电机已被广泛的应用，但步进电机并不像普通的直流电机.交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号，功率驱动电路等组成控制系统方可以使用。因此，涉及步进电机具有很重要的现实意义和使用价值。
本论文首先分析了步进电机的基本原理和特点，步进电机实现启动.加速.转向.位置控制的方案及L298步进电机驱动电路，综合的阐述了整个系统的涉及思路及组成框图，然后逐步讲解了各模块电路的实现方法，最后设计了控制步进电机正反转程序以完成实现论文。
关键字：单片机89c51,步进电机，L298芯片
1.2电机的基础知识
1.2.1电动机的简介
电动机是把电能转化为机械能的一种设备。它是利用通电线圈产生旋转磁场并作用于转子鼠笼式闭合铝框形成磁电动力旋转扭矩。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机电力系统中电动机大多数是交流电动机，可以使同步电机和异步电机（电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速）。电机主要有定子和转子组成，通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线方向有关，电机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电机转动。

1.2.2 电动机的分类
1.按工作电源分类 分为直流电机和交流电机
2.按结构及工作原理分类 分为直流电机，异步电机和同步电机，同步电机还可以感应电机和交流换向器电机，感应电机又分为三相异步电机.单相异步电机和罩极异步电机等，交流换向器电机又分为单相串励电机.交直流两用电机和排斥电机。
3.按启动与运行方式分类 分为电容启动式单相异步电机.电容运转式单相异步电机.电容启动运转式单相异步电机和分相异步电机。
1.2.3 步进电机的结构及原理
直流电机由定子和转子两部分组成，在定子上装有磁(电磁式直流电机磁极由绕在定子上的磁绕提供)，其转子由硅钢片叠压而成，转子外圆有槽，槽内嵌有电枢绕组，绕组通过换向器和电刷引出，直流电机的主要技术参数
额定功率：在额定电流和电压下，电机负载能力。
额定电压：长期运行的最高电压
额定电流：长期运行的最大电流。
额定转速：单位时间内的电机转动快慢。，
励磁电流：施加到电极线圈上的电流。

直流电机结构
1.3 L298芯片简介
L298是ST公司生产的一种高电压，大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可以达到46V，输出电流大，瞬时峰值电流可达3A，持续工作电流可达2A，额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电机。继电器线圈等感性负载，采用标准逻辑电平信号控制，具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作，有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作，可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路，使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。

我们此次设计的模块采用的为H桥L298，内部包括4通道逻辑驱动电路具有两套H桥电路，下图为L298的内部原理图

下表为L298引脚及功能

1.4 DIS18B20 温度传感器简介
DIS18B20数字温度计的特点：
（1） 只要求一个端口即可实现通信
（2） 在DIS18B20中的每个器件上都有独一无二的序列号
（3） 实际应用中不需要外部任何元器件即可实现测温
（4） 测量温度范围在-55到+125之间
（5） 数字温度计的分辨率用户可以从9位到12位选择
（6） 内部有温度上.下限告警设置
T0-92封装的DIS18B20的引脚排列见下图
1. GND 地信号
2. DQ 数据输入/输出引脚。开漏单总线接口引脚，当被用着在计生电源下，也可以
3. 向器件提供电源。
4. VDD 可选择的VDD引脚，当工作于寄生电源时，此引脚必须接地。

18B20管脚图

18B20存储控制命令

18B20芯片指令及说明

1.5 单片机实现温度转换流程图
开始

1.6数码管显示的温控电机
（1）使用AT89C51单片机为核心利用单片机设计温控直流电机调速系统，利用温度传感器将温度测出，并把结果传送到单片机，单片机根据测得的温度实时调节直流电机的转速。扩展功能：1、实时显示温度2、速度调节采用PID算法。1) 查阅资料完成系统框图设计。2) 设计调速系统的硬件。3) 温控子系统设计。4) 设计调速系统的软件。5) 系统整体软硬件联调。电机驱动采用L298芯片，使用思维集成式数码管显示当前温度，当前温度在10到45度范围之外时，直流电机开始旋转。

当温度小于10度时电机开始反转，0度时电机达到全速反转

总电路原理图

PCB接线图
1.5编写程序代码

ORG 0000H
LJMP MAIN
ORG 0003H ;测速中断入口
SETB 00H
RETI
ORG 0013H ;测温中断入口
SETB 01H
RETI
ORG 0050H
MAIN:MOV TCON,#05H ;外部中断边沿触发
MOV IE,#85H ;开外部中断
MOV R3，#80H
DAC:CLR 00H
JNB P1.3,JIA
JNB P1.4,JIAN
LX:MOV A,R3
MOV DPTR,#0F7FFH
MOVX @DPTR,A
MOV 2DH,#0CH ;速度标志
LCALL CSD
MOV A,31H
LCALL BCD
LCALL DISPLAY
JB 01H,ADC
LJMP DAC
ADC:CLR 01H
LCALL MSZH
LCALL BCD
MOV 20H,#0AH;温度标志
LCALL DISPLAY
JB 00H,DAC
LJMPADC
JIA:MOV A, R3 ;加速度
ADD A,#10H
MOV R3,A
LJMP LX
JIAN:MOV A,R3
SUBB A,#10H
MOV R3，A
LJMP LX
;CSD:MOV 31H,#00H
MOV 30H,#5 ;定时0.25秒循环次数
MOV TMOD,#15H ;设定时器1为方式1，计数器0为方式1
MOV TH0，#00H
MOV T10，#00H
MOV TH1，#9EH ;赋初值
MOV TL1,#58H
SETB TR0 ;启动计时器
SETB TR1 ;启动定时器
L1：JBC TF1,L2
SJMP L1
L2：MOV TH1，#9EH
MOV TL1，#58H
DJNZ 30H,L1
CLR TR0
CLR TR1
MOV 31H,TL0 ;测得的转速二进制放入31H单元中
RET
MSZH:MOV DPTR,#0FBFFH;选中ADC0809
MOVX @DPTR,A;启动ADC0809
LP1:JB P1.0,，LP1;等待A/D转换完毕
MOVX A,@DPTR
COMP:MOV B,#0FEH;K=0.4
MUL AB
MOV A,#10;Tc=100
CLR C
SUBB A,B
CJNE A,#20H,COMP1
COMP1:JC COMP4;温度小于20°数码管显示F
CJNE A,#140,，COMP2
COMP2:JC COMP3; 温度大于140°数码管显示F
COMP4:MOV 2AH, #0EH
MOV 2BH, #0EH
MOV 2CH, #0EH
COMP3:RET
;
BCD:MOV R1,#00H;R1为BCD码百位寄存器
MOV R2,#00H ;R1为BCD码十位寄存器
CLR C
CHAN:SUBB A,#64H ;减100
JC CHAN1
INC R1
SJMP CHAN
CHAN1:ADD A,#64H
CHAN2:SUBB A,#0AH
JC CHAN3
INC R2
SJMP CHAN2
CHAN3:ADD A,#0AH
MOV 2AH,R1
MOV 2BH,R2
MOV 2CH,A;此时2CH中个位BCD
RET
DISPLAY:MOV R7,#150 ;扫描150次循环
MOV DPTR,#0FEFFH ;送段码
MOV A,#00H
MOVX @DPTR,A ;关显示
LOOP:MOV R6,#00H
MOV R0,#2AH ;送显示缓冲区首地址
MOV R4，#05H ;数码管扫描个数
MOV R5,#0FEH ;显示第一个数码管
DISP0： MOV A,@R0;取显示缓冲区内容
MOV DPTR,#TAB
MOVC A,@A+DPTR
MOV DPTR,#0FEFFH ;送段选地址
MOV @DPTR,A ;送段选码
MOV A,R5
MOV DPTR,#0FDFFH ;送位选地址
MOVX @DPTR,A ;选中位
HERE0:DJNZ R6，HERE0 ;延时约一毫秒
MOV DPTR,#0FEFFH
MOV A,#00H
MOVX @DPTR,A ;送显示
MOV A,R5
RL A
MOV R5,A
INC R0
DJNZ R4,DISP0
DJNZ R7,LOOP
RET
TAB:DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H
DB 6DH,7DH,07H,7FH,6FH
DB 63H,39H,1CH,1CH,71H

编译生成HEX文件

1.6 仿真

完成控制电路的绘制，将proteus与keil开发工具结合，搭建了单片机开发平台，实现二者的联调，然后仿真出控制电路。

1.7 仿真结果分析
当仿真开始运行时，各个模块处于初始状态。点击右边的独立键盘加速或是减速按钮。显示模块开始显示数字，然后点击正传反转，电机的驱动模块能够实现电机的正转.反转.加速.减速.停止等操作。且改变PWM脉冲时的占空比电机的工作电压改变。因此，从仿真结果可以看出，本设计可以得到预期的仿真效果。

我们也做了一个和这个差不多的

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惠城区13588159040： 设计一个直流电机的PWM调速系统,要求该电机能正反转运行,额定电压为28V 调整范围为50 - ？
局姿利舒： 最简单和最复杂的办法就是用电机驱动.比如A3972,A3979,也是用PWM向电机驱动里输入信号.第二种方法就是用电路来实现,程序简单,电机的一段接28V直流电压,一段端接56V继电器,继电器后面接整流滤波.

惠城区13588159040： 温度控制电机转速如何实现 - ？
局姿利舒： 利用温度传感器 并用反相器把它的信号转换为4-20毫安 在接上变频器控制端子 变频器接入电机,这样当温度升高时传感器输出减小,电机减速;温度降低时,传感器输出增加,电机加速,从而达到你的控制目的.

惠城区13588159040： 直流电机调速控制电路原理以及原理图? - ？
局姿利舒： 直流电机调速控制电路原理是: 通过改变输出方波的占空比使负载上的平均电流功率从0-100%变化、从而改变负载、灯光亮度/电机速度. 利用脉宽调制(PWM)方式、实现调光/调速、它的优点是电源的能量功率、能得到充分利用、电路的效率高. 直流电机转速公式:U=CeΦn+IaRa+2ΔUs n=(U-2ΔUs-IaRa)/(CeΦ)其中n为转速,U为电机端电压, ΔUs为电刷压降, Ia 为电枢电流, Ra 为电机电枢绕组电阻Ce 为电机常数,Φ为电机气隙磁通.调压到最大440V的这个速度点开始弱磁.

惠城区13588159040： 直流电机脉宽调速系统的设计 - ？
局姿利舒： L298N是专用驱动集成电路,属于H桥集成电路,与L293D的差别是其输出电流增大,功率增强.其输出电流为2A,最高电流4A,最高工作电压50V,可以驱动感性负载,如大功率直流电机,步进电机,电磁阀等,特别是其输入端可以与单片机...

惠城区13588159040： 我的毕业设计题目是:直流无刷电机调速系统设计 - ？
局姿利舒： 永磁无刷直流电机调速系统设计The System of Speed Adjustment for Permanent Magnet Brushless DC Motor 无刷永磁直流电机随着电力电子技术的发展,许多新型的高性能半导体功率器件,如GRT、MOSFET、IGBT等相继出现以及高性能永磁...

惠城区13588159040： 直流电动机的脉宽调速控制系统的设计? - ？
局姿利舒： [资料介绍] 直流脉宽调速系统,是采用脉冲宽度调制的高频开关控制方式,形成的脉宽调制变换器——直流电动机调速系统,简称直流PWM调速系统.全数字控制系统是以微处理器为核心的数字控制系统,简称微机数字控制系统.目前流行的方...

惠城区13588159040： 直流电动机不可逆调速系统设计 - ？
局姿利舒： 定转速n=60f/p(1-s)=同步转速N1(1-S) f电源频率 p电机极对数 s转差率1.利用变频器改变电源频率调速,调速范围大,稳定性平滑性较好,机械特性较硬.就是加上额定负载转速下降得少.属于无级调速.适用于大部分三相鼠笼异步电动机.2....

惠城区13588159040： 跪求设计一个直流电机调速控制系统 - ？
局姿利舒： 简单一点选用家用调光灯电路板加装整流至电机,加电流表或4位LED显示.[根据电机功率选趣可控硅,整流桥.]注意电压.

惠城区13588159040： 直流电机调速系统设计中,PI控制器中的P和I各指什么 - ？
局姿利舒： P即是比例运算,也就是说一个放大器的输出电压和输入电压之比等于反馈回路电阻与输入回路电阻之比,I即是积分调节,作用于逐步消除静态误差,PI控制器在直流调速系统中主要用于ST(速度调节器),LT(电流调节器)

惠城区13588159040： 直流电机转速闭环调速系统设计问题 - ？
局姿利舒： 最好有一个电流检测单元.当电机电流过大时单片机自动减少导通角以保证电枢安全. 编程时注意一下导通角应逐步增大的,(有一个时间过程的.)而不能一下子到达很大的导通角,以限制电机的启动电流. 最好采用又闭环系统.外环为电机转速反馈.内环为电流反馈