基于PID控制的直流电机调速系统

文档可能无法思考全面，请浏览后下载!

1 / 19 目录

摘要..................................................................................................................................................I

Abstract...........................................................................................................................................II

第一章 前言 ................................................................. 1

1.1 课题研究背景 ........................................................ 1

1.2 国内外研究现状及发展趋势 ............................................ 1

1.3 课题主要研究内容 .................................................... 2

第二章 系统硬件电路的设计 ................................................... 2

2.1 系统设计方案 ........................................................ 2

2.2 单片机最小系统 ...................................................... 2

2.3 电机驱动模块 ........................................................ 3

2.4 速度检测模块 ........................................................ 3

2.5 显示模块 ............................................................ 4

第三章 PID算法及PWM控制技术 ............................................... 5

3.1 数字PID ............................................................ 5

3.2 直流电机的PWM控制技术 .............................................. 6

3.2.1 PWM基本原理 .................................................. 6

3.2.2 PWM脉宽调制介绍 .............................................. 6

3.2.3 PWM的实现与工作方式 .......................................... 7

第四章 软件设计 ............................................................. 8

4.1 主程序设计.......................................................... 8

4.2 PID算法 ............................................................ 9

4.2 按键设置........................................................... 10

第五章 结语 ................................................................ 11

参考文献 ................................................................... 12

附录1：原理图 ............................................................. 13

附录2：PCB图 .............................................................. 14

附录3：实物图 ............................................................. 15文档可能无法思考全面，请浏览后下载!

/ 19 基于PID控制的直流电机调速系统

摘要：在现代工业控制以及生活中，直流电动机俨然变成了不可减少的一部分了。小到各种小型玩具，大到各种仪器。应用广泛，必然需要精密的控制。而本课题主要研究基于PID的直流电机调速。系统以AT89S52单片机为核心控制芯片，采用PID控制，输出PWM脉冲信号，采用改变占空比的方法来实现对电机速度的调节。本设计的硬件系统包含：单片机最小系统、电机驱动模块、速度检测模块、显示模块等。编程采用的是C语言，并用Altium

Designer 10软件进行了原理图与PCB图的绘制。

关键词：AT89S52单片机；PID算法；PWM脉冲；占空比。文档可能无法思考全面，请浏览后下载!

I / 19 The DC motor speed control system based on PID control

Abstract: In modern industrial control, and life, as if into a DC motor irreducible

part of. Small variety of small toys, large variety of instruments. Widely used,

necessarily requires precise control. And this issue is mainly based on PID DC motor

speed control. System AT89S52 microcontroller as the core control chip, the use

of PID control output PWM pulse signal, by changing the duty cycle of the methods

to achieve the motor speed regulation. The design of the hardware system comprising:

smallest single-chip systems, motor drive module, speed detection module, a display

module. Using the C programming language, and with Altium Designer 10 software for

drawing schematic and PCB map. Keywords:AT89S51 SCM PID algorithmPWM impulse duty ratios 文档可能无法思考全面，请浏览后下载!

0 / 19 第一章 前言

1.1 课题研究背景

对于直流电机系统来说，KZ-D拖动系统即采用可控硅装置向电机供电是比较主流的技术。早期的控制系统采用的是发电机—电动机系统，其相当的笨重。PWM脉宽调制技术，是目前已经应用的很成熟的技术。随着电力电子技术的发展和单片机技术的成熟运用，使得模拟化的直流电机过度到了数字化。通过电力电子技术中的桥式电路与微处理器进行连接使用，由微处理器产生受占空比改变后的PWM脉冲波形。通过改变后的脉冲波形来控制加在电机两端的电压，从而来对电机的速度进行控制。

1.2 国内外研究现状及发展趋势

随着新型磁材料地发现以及冷却控制技术不断提升，促进了直流电机的产品变得多种多样。一些直流电机在控制系统中添加了标准接口，其可确保兼容程序控制器与新型数字变换器。

在国内，因为对电机的应用比较少，所以直到很晚才对其开始研究。受国外直流电机应用潮流的影响，国内也出现了很多直流电机研发单位。对直流电机的研究取得很多成果的浙江大学电机研究所就是国内首个对直流电机开始研究的研究所了。2002年年底，随着磁悬浮列车试运行的成功，表明了国内的直流电机的飞速发展。然而和国外的那些尖端技术相比，我们还存在着很多的不足。

积极的发展些新颖的技术、新型的材料以及些不同的结构，努力解决晶闸管整流时对电机产生的一系列问题，比如切换振动以及噪声等各方面的问题。在这些问题的基础上，我们必须要坚持发展直流电机原有的良好特点。在优势不变的情况下使其能够满足各种机械所需要的不同要求，使系统更加的完善。在新型的电机系统上搭建上晶闸管整流电源系统，设计出全新的能够适应晶闸管整流电源来供电的新型电动机系列。

1.3 本课题主要研究内容

本课题主要研究的是基于PID控制算法的直流电机调速。核心问题就是如何通过PID算法来控制占空比从而生成特定的PWM脉冲波形，控制电机两端的电压，从而控制电机的转速。在系统中，需要将电机的速度传回到单片机中，形成一个转速闭环的控制系统。这里采用的是霍尔元件来完成这一任务。人机交互采用的是数码管和按键，按键作为参数的设定以及正反转的控制，启动后通过数码管来显示电机的当前转速。本课题的硬件系统主要包含控制模块、电机驱动模块、速度检测模块、按键模块和显示模块等。系统的软件部分采用C语言进行编写，其具有可移植性强、算法易于实现、能够很方便的进行调试和对程序进行修改。文档可能无法思考全面，请浏览后下载!

1 / 19 第二章 系统硬件电路的设计

2.1 系统设计方案

根据题目的给的任务和要求，设计了如图2.1所示的系统框图。图中的控制模块是该系统的重要核心部件，通过按键模块以及显示模块作为系统的人机交互，通过按键将设定的速度以及电机的运行状态输入到单片机中，然后从数码管上得到相应的值。控制模块将相应的PWM脉冲发送到电机驱动模块中，驱动着直流电机的运转。在直流电机运转的同时，速度检测模块将检测到的速度传回到控制器模块中。传回的值与设定的值形成偏差，然后利用PID算法进行偏差运算，改变占空比来实现对PWM脉冲的调制，从而实现对电机运行速度的控制。

图2.1 系统框图

2.2 单片机最小系统

本设计的最小系统是由AT89S52单片机与晶振电路以及复位电路所构成的。其复位电路应用的是按键复位来实现对系统的复位。此类单片机拥有很强的算术以及运算功能，他的自由度很高、编程灵活。这些特点使其能够很好的完成各种不同需要的算法以及逻辑的控制。凭借着小体积、低耗能、以及技术成熟等优点，使得单片机在各个不同领域都有着广泛的使用。