有关基于PID算法的直流电机转速控制系统的设计毕业论文写作资料-论文写作网

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控制单片机论文范文

摘要:提出了基于单片机的高精度直流电机控制转速的控制方案,以ATmega16单片机为核心,采用传感器与CPU定时/计数器配合来测速,采用论文范文进行数据输入,通过编程实现了电机转速超限、报警等功能.该装置可以应用于要求转速精确的电器产品中,使直流电机的各种潜在能力得到充分的发挥.

关键词:PID算法转速测量直流电机转速控制单片机

中图分类号:TM301 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2013)05(a)-0108-02

与其它类型的电机相比,直流电机具有良好的起动性能,调速范围广,过载能力强等特点,因此直流电机在起动和调速要求较高的生产机械得到了广泛的应用.随着人民生活水平的提高,对视听设备品质要求也在提高,这为小功率直流电机提供了广阔的市场,因此,高精度控制直流电机转速成为发展的必然趋势.本文基于PID算法,以ATmega16单片机为核心实现直流电机的高精度控制,具有结构简单,适应性强等特点.

1. 总体设计方案

系统的总体设计方案如图1所示,包括ATmega16单片机、从单片机、电机转速测量装置、直流电机、论文范文输入、显示以及功能控制电路几部分.以ATmega16单片机为核心,利用ATmega16具有PWM输出功能控制电动机转速,通过在PID运算过程中不断改变控制参数,从而不断调整被控参数,完成实时控制任务.

2. 硬件设计

2.1 主机设计

主机部分电路由ATmega16单片机、复位电路、电源电路和下载接头组成.在单片机引脚RESET上保持两个周期低电平实现单片机的完全复位.采用PB3口作为PWM输出口,PB0口作为T/C0的输入捕捉引脚,接受从测速电路反馈回来的信号.PC1-PC3和PD2作为按键输入,P论文范文-PC7作为数码管的位选,PA口作为数码管的段选,具体电路如图2所示.

2.2 电机驱动电路

由于ATmega16具有PWM输出功能,所以通过改变占空比就可以控制电动机的转速.使用光耦Uyyy实现单片机与电机的控制部分和电机驱动部分的电气隔离.Rggo作为光耦输入端的限流电阻.Rirf3是上拉电阻,用来提高光耦输出端的驱动能力.电机上的二极管和电容用来保护电机.MOS管IRF540作为驱动电路的功率输出.

具体电路如图3所示.

2.3 电源电路

选用7805三端集成稳压器,提供+5V直流电压,输出电流为1A.交流电压经过DAC1-DA论文范文桥式整流、电源指示灯及平滑电容Cyl滤波后得到非稳定8-12V直流电压加到7805的输入端.在输入和输出分别接人电容Cy3和Cy4来保证电路的稳定工作.

Cy3为输入稳定电容,当稳压器输入阻抗降低时,防止发生振荡,采用0.1-1uF的陶瓷电容.Cy4为输出稳定电容,用来降低输出纹波、输出噪声及负载电流变化的影响.采用Cy1和Cy2两个大容量的电解电容进行滤波,以减小输出电压纹波.电源电路如图4所示.

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2.4 测速电路

本设计中,采用光电式传感器和红外对管.小电机转子上安装八孔光栅,随着电机转动而转动,红外发光管DHW一直处于发光状态,电机转一次,转盘就挡住发光二极管一下,输出电平经过三极管Qjs放大,发生一次跳变,单片机计数一次,转盘转一圈则计数八次.

转速测量的电路图如图5所示.

3. 软件设计

系统的软件设计分为主程序模块、按键识别模块、PID控制算法模块和中断子程序模块.主程序模块为其余几个模块构建整体框架和初始化工作,电机控制模块通过PWM来对直流电机进行调速,实现在线检测速度的功能.PID控制算法模块是通过定时器每隔T秒中断一次,完成一次PID控制计算,从而不断调整被控参数,完成实时控制任务.主程序模块的流程图如图6所示.

3.1 PID控制算法模块

PID参数整定通常包括试凑法,扩充临界比例度法和扩充响应曲线法.采用扩充响应曲线法确定本系统的,,.通过ATmega16的PB.0端口捕捉光电管上升沿脉冲,在ATmega16内部算出电动机转速,并同时将速度显示出来.PID运算过程中所有参数和计算值均以多字节浮点数表示,在控制过程中不断改变控制参数.系统运行中通过定时器每间隔T秒中断一次,完成一次 PID控制计算,从而不断调整被控参数,主程序中的PWM驱动模块根据控制参数而改变PB3口输出值,调整PWM输出波形,完成实时控制任务.其程序流程图如图7所示.