基于单片机的直流电机调速电路设计

1、目录基于MC51单片机的直流电机PWM调速系统 (1摘要 (1Abstract (21前言 (31.1数字直流调速的意义 (31.2研究现状综述 (31.2.1电气传动的发展现状 (31.2.2微处理器控制直流电机发展现状 (41.3直流电动机调速概述 (51.3.1直流电机调速原理 (51.3.2直流调速系统实现方式 (62系统总体方案论证 (72.1系统方案比较与选择 (72.2系统方案描述 (83硬件电路的模块设计 (83.1逻辑延时电路方案论证设计 (83.2驱动电路方案论证设计 (93.2.1驱动电路方案、参数描述 (93.2.2IR2110驱动电路中IGBT抗干扰设计 (113.2

2、.2IR2110功率驱动介绍 (IR2100内部结构原理图及管脚说明 (IR2110的自举电路 (IGBT H桥驱动电路原理 (143.3隔离电路方案论证设计 (163.3.1TLP250光耦隔离 (163.3.2PC817数据采集隔离 (173.4数据采集、过压反馈保护 (183.4.1数据采集、过压反馈方案设计 (183.4.2TL431介绍 (193.5稳压可调电源设计 (194软件设计 (204.1PWM实现方式方案论证 (204.2程序流程图 (214.3主要程序设计分析 (234.3.1定时器0中断服务函数 (234.3.2占空

3、比调节函数 (235调试结果描述 (246结论 (25致谢 (26参考文献 (27附录1整个系统电路原理图附录2整个系统PCB电路图附录3稳压电源原理图附录4稳压电源PCB图附录5元器件清单附录6系统印制板图基于MC51单片机的直流电机PWM调速系统摘要本文介绍一种基于MC51单片机控制的PWM直流电机脉宽调速系统。系统以廉价的MC51单片机为控制核心,以直流电机为控制对象。从系统的角度出发,对电路进行总体方案论证设计,确定电路各个的功能模块之间的功能衔接和接口设置,详细分析了各个模块的方案论证和参数设置。整个系统利用51单片机的定时器产生10K左右的PWM脉冲,通过带有功率驱动作用的TLP2

4、50光耦实现控制单元与驱动单元的强弱电隔离,采用2片IGBT和MOSFET等一类电压型功率开关管专用驱动芯片IR2110,驱动IGBTFGA25N120构成的H桥电路实现对直流电机的调速,利用TL431、线性光耦PC817和AD0832构成的电压采集单元实现系统的闭环控制,提高整个系统的智能化、自动化水平,为工业生产应用提供可能。关键字MC51,PWM,光耦隔离,IR2110,IGBTThe PWM speed regulating system of DC motor based on MC51AbstractThe thesis introduces a PWM speed regulat

5、ing system of D.C motor based on MC51microcontroller.The system is designed on the affordable MC51 mircocontroller for the D.C.motor.From the systematic prespective,the thesis describes the circuit design and its comprehensive evaluation,which determines how to do with the functional linkage and int

6、erface between functional modules in the electric circuit.Besides,the evaluation of each module and the involved parameters are fully explained in the thesis.The system uses MC51s timer to generate10k pluse and uses TLP250optical coupler to realize the strong and weak optoelectronic isolation betwee

7、n the control units and driving units.The implement of the speed regulation by the H-bridge circuits which are constructed by voltage-based power switching transistors and specific IR2110, IGBT-FGA25N120Driving Chips,including two IGBT and MOSFET chips. And the Voltage Acquisition Collection of TL43

8、1,PC817Linear Opticcoupler and AD0832is desgined to do the closed-loop control in the system.The above considerations finally help to improve intelligentization and automation of the overall system and give the possibility to the industrial application.Keyword MC51,PWM,optical couplers isolation,IR2

9、110,IGBT1前言1.1数字直流调速的意义现在电气传动的主要方向之一是电机调速系统采用微处理器实现数字化控制。从上世纪80年代中后期起,世界各大电气公司如ABB、通用、西屋、西门子等都在竞相开发数字式调速传动装置,经过二十几年的发展,当前直流调速已发展到一个很高的技术水平:功率元件采用可控硅;控制板采用表面安装技术;控制方式采用电源换相、相位控制1。特别是采用了微处理器及其他先进电力电子技术,使数字式直流调速装置在精度的准确性、控制性能的优良性和抗干扰的性能有很大的提高和发展,在国内外得到广泛的应用。数字化直流调速装置作为目前最新控制水平的传动方式显示了强大优势。全数字化直流调速系统不断升

10、级换代,为工程应用和工业生产提供了优越的条件。采用微处理器控制,使整个调速系统的数字化程度,智能化程度有很大改观;采用微处理器控制,使调速系统在结构上简单化,可靠性提高,操作维护变得简捷,电机稳态运行时转速精度等方面达到较高水平。由于微处理器具有较佳的性价比,所以微处理器在工业过程及设备控制中得到日益广泛的应用。近年来,尽管交流调速系统发展很快,但是直流电机凭借其良好的启动、制动性能,在金属切削机床、轧钢机、海洋钻机、挖掘机、造纸机、矿井卷扬机、电镀、高层电梯等需要广泛范围内平滑调速的高性能可控电力拖动领域中仍得到了广泛的应用。现阶段,我国还没有自主的全数字化直流调速控制装置生产商,而国外先进

11、的控制器价格昂贵,且技术转让受限,为此研究及更好的使用国外先进的控制器,吸收国外先进的数字化直流电机调速装置的优点,具有重要的实际意义和重大的经济价值。1.2研究现状综述1.2.1电气传动的发展现状20世纪70年代以来,直流电机传动经历了重大的技术、装备变革。整流器的更新换代,以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进1。同时,高集成化、小型化、高可靠性及低成本成为控制的电路的发展方向。使直流调速系统的性能指标大幅提高,应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展,走向成熟化、完善化、系列化、标准化,在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以

12、替代1。早期直流传动的控制系统采用模拟分离器件构成,由于模拟器件有其固有的缺点,如存在温漂、零漂电压,构成系统的器件较多,使得模拟直流传动系统的控制精度及可靠性较低2。随着计算机控制技术的发展,微处理器已经广泛使用于直流传动系统,实现了全数字化控制。由于微处理器以数字信号工作,控制手段灵活方便,抗干扰能力强。所以,全数字直流调速控制精度、可靠性和稳定性比模拟直流调速系统大大提高。所以,直流传动控制采用微处理器实现全数字化,使直流调速系统进入一个崭新的阶段。1.2.2微处理器控制直流电机发展现状微处理器诞生于上个世纪七十年代,随着集成电路大规模及超大规模集成电路制造工艺的迅速发展,微处理器的性价

13、比越来越高。此外,由于电力电子技术的发展,制作工艺的提升,使得大功率电子器件的性能迅速提高。为微处理器普遍用于控制电机提供了可能,利用微处理器控制电机完成各种新颖的、高性能的控制策略,使电机的各种潜在能力得到充分的发挥,使电机的性能更符合工业生产使用要求2,还促进了电机生产商研发出各种如步进电机、无刷直流电机、开关磁阻电动机等便于控制且实用的新型电机,使电机的发展出现了新的变化。对于简单的微处理器控制电机,只需利用用微处理器控制继电器、电子开关元器件,使电路开通或关断就可实现对电机的控制。现在带微处理器的可编程控制器,已经在各种的机床设备和各种的生产流水线中普遍得到应用,通过对可编程控制器进行

14、编程就可以实现对电机的规律化控制。对于复杂的微处理器控制电机,则要利用微处理器控制电机的电压、电流、转矩、转速、转角等,使电机按给定的指令准确工作。通过微处理器控制,可使电机的性能有很大的提高。目前相比直流电机和交流电机他们各有所长,如直流电机调速性能好,但带有机械换向器,有机械磨损及换向火花等问题;交流电机,不论是异步电机还是同步电机,结构都比直流电机简单,工作也比直流电机可靠,但在频率恒定的电网上运行时,它们的速度不能方便而经济地调节2。高性能的微处理器如DSP(DIGITAL SIGNAL PROCESSOR即数字信号处理器的出现,为采用新的控制理论和控制策略提供了良好的物质基础,使电机

15、传动的自动化程度大为提高。在先进的数控机床等数控位置伺服系统,已经采用了如DSP等的高速微处理器,其执行速度可达数百万兆以上每秒,且具有适合的矩阵运算2。c r c n R U T C C C =内1.3直流电动机调速概述1.3.1直流电机调速原理直流电动机根据励磁方式不同,直流电动机分为自励和他励两种类型。不同励磁方式的直流电动机机械特性曲线有所不同。但是对于直流电动机的转速有以下公式:其中:U 电压;R 内励磁绕组本身的电阻;每极磁通(Wb;Cc 电势常数;Cr 转矩常量3。由上式可知,直流电机的速度控制既可采用电枢控制法,也可采用磁场控制法。磁场控制法控制磁通,其控制功率虽然较小,但低速

16、时受到磁极饱和的限制,高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制4,而且由于励磁线圈电感较大,动态响应较差5 。所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。图1-1直流电机的工作原理图电枢控制是在励磁电压不变的情况下,把控制电压信号加到电机的电枢上,以控制电机的转速。传统的改变电压方法是在电枢回路中串联一个电阻,通过调节电阻改变电枢电压,达到调速的目的,这种方法效率低、平滑度差,由于串联电阻上要消耗电功率,因而经济效益低,而且转速越慢,能耗越大6。随着电力电子的发展,出现了许多新的电枢电压控制方法。如:由交流电源供电,使用晶闸管整流器进行相控调压;脉宽调制(PWM调压等等。调压调速法具有平滑度高

17、,能耗少,精度高等优点。在工业生产中广泛使用其中脉宽调制(PWM应用更为广泛。脉宽调速利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开,并通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短,即改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小,从而控制电动机的转速,因此,PWM 又被称为“开关驱动装置”。 图1-2电枢电压占空比和平均电压的关系图根据图1,如果电机始终接通电源时,电机转速最大为max V ,占空比为D=1t /T ,则电机的平均速度为:D max V =V *D ,可见只要改变占空比D ,就可以得到不同的电机速度,从而达到调速的目的7。1.3.2直流调速系统实现方式、基于晶闸管作为主电

18、路的调速系统晶闸管的调速系统是采用分离元件设计的调速系统占用的空间大,控制角难于调整,且模拟器件的固有缺陷如:温漂、零漂电压等,导致电机的调速无法达到满意的结果。晶闸管的单向导电性,它不允许电流反向,给系统的可逆运行造成困难,性能较差,自动化控制程度差,调速过程较为复杂,不利于工业生产和小功率电路中采用。另一问题是当晶闸管导通角很小时,系统的功率因素很低,并产生较大的谐波电流,从而引起电网电压波动殃及同电网中的用电设备,造成“电力公害”。、基于PWM 为主控电路的调速系统与传统的直流调速技术相比较,PWM (脉宽调制技术直流调速系统具有较大的优越性:主电路线路简单,需要的功率元件少;开关频率高

19、,电流容易连续,谐波少,电机损耗和发热都较小;低速性能好,稳速精度高,因而调速范围宽;系统频带宽,快速响应性能好,动态抗干扰能力强;主电路元件工作在开关状态,导通损耗小,装置效率高。PWM 信号的产生通常有两种方法:一种是软件的方法;另一种是硬件的方法。基于NE555,SG3525等一系列的脉宽调速系统:此种方式采用NE555作为控制电路的核心,用于产生控制信号。NE555产生的信号要通过功率放大才能驱动后级电路8。NE555、SG3525构成的控制电路较为复杂,且智能化、自动化水平较低,在工业生产中不利于推广和应用。基于单片机类由软件来实现PWM:在PWM调速系统中占空比D是一个重要参数U不

20、变的情况下,电枢端电压的平均值取决于占空比D的大小,改变D的在电源电压d值可以改变电枢端电压的平均值从而达到调速的目的。改变占空比D的值有三种方法: A、定宽调频法:保持t不变,只改变t,这样使周期(或频率也随之改变7。(图11B、调宽调频法:保持t不变,只改变t,这样使周期(或频率也随之改变7。(图11C、定频调宽法:保持周期T(或频率不变,同时改变t和t7。(图11前两种方法在调速时改变了控制脉冲的周期(或频率,当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时,将会引起振荡,因此常采用定频调宽法来改变占空比从而改变直流电动机电枢两端电压。利用单片机的定时计数器外加软件延时等方式来实现脉宽的自由调整,

21、此种方式可简化硬件电路,操作性强等优点。2系统总体方案论证2.1系统方案比较与选择方案一:采用专用PWM集成芯片、IR2110功率驱动芯片构成整个系统的核心,现在市场上已经有很多种型号,如Tl公司的TL494芯片,东芝公司的ZSK313I芯片等。这些芯片除了有PWM信号发生功能外,还有“死区”调节功能、过流过压保护功能等。这种专用PWM集成芯片可以减轻单片机的负担,工作更可靠,但其价格相对较高,难于控制工业成本不宜采用。方案二:采用MC51单片机、功率集成电路芯片L298构成直流调速装置。L298是双H高电压大电流功率集成电路,直接采用TTL逻辑电平控制,可用来驱动继电器、线圈、直流电动机、步

22、进电动机等电感性负载。其驱动电压为46V,直流电流总和为4A。该方案总体上是具有可行性,但是L298的驱动电压和电流较小,不利于工业生产应用,无法满足工业生产实践中大电压、大电流的直流电机调速。方案三:采用MC51单片机、IR2110功率驱动芯片构成整个系统的核心实现对直流电机的调速。MC51具有两个定时器T0和T19。通过控制定时器初值T0和T1,从而可以实现从任意端口输出不同占空比的脉冲波形。MC51控制简单,价格廉价,且利用MC51构成单片机最小应用系统,可缩小系统体积,提高系统可靠性,降低系统成本。IR2110是专门的MOSFET管和IGBT的驱动芯片,带有自举电路和隔离作用,有利于和

23、单片机联机工作,且IGBT的工作电流可达50A,电压可达1200V10,适合工业生产应用。综合上述三种方案,本设计采用方案三作为整个系统的设计思路。2.2系统方案描述本系统采用MC51为控制核心,配以2*3键盘和四位数码管显示,通过ADC0832模数转换器对主干驱动电路进行电压采集和速度采集实现过压保护、速度显示。同时利用MC51产生的PWM经过逻辑延迟电路后加载到以IR2110为驱动核心,IGBT构成的H桥主干电路上实现对直流电机的控制和调速。本系统的控制部分为5V的弱电而驱动电路和负载电路为110V以上的直流电压因此在强弱电之间、数据采集之间分别利用了带有驱动功能的光耦TLP250和线性光

24、耦PC817实现强弱电隔离,信号串扰。具体电路框图如下图2-1 图2-1系统整体框图3硬件电路的模块设计3.1逻辑延时电路方案论证设计逻辑延时电路是主电路IGBT开关管的控制所需。一、因为控制IGBT 所需的控制信号要求对角上的两个IGBT 管的控制信号要相同,而同一个桥臂上的控制信号要相反。这就要求主电路上有两路互为反向的控制信号。然而MC51产生的PWM 只有一路,这时候就必须把PWM 信号利用逻辑延时电路变成两路互为反向的控制信号。二、虽然从目前的制作工艺水平可以使电力电子半导体开关器件的频率做得很高,但是器件的导通和关断的时候仍然会占用一段极短的时间,PWM 控制信号消失的瞬间并不意味

25、着功率开关管就真正会关断11。如果一个的功率开关管的控制信号刚消失的同时给同一桥臂的另一功率开关管加控制信号很可能造成同一桥臂的两管子同时导通形成对电源短路11。为了避免这种现象在系统中出现,本设计采用了在MC51产生PWM 信号后设置逻辑延时电路。图3-1中二极管23D 、24D 能使低电平或者可以说是PWM 负信号通过,电阻16R 、17R 和电容3C 、4C 延迟了高电平信号向后传送的时间,这样就可以保证功率开关管可靠关断后再给与其同一桥臂上的功率开关管加高电平信号,可以避免其同时导通。 图3-1逻辑延时电路原理图3.2驱动电路方案论证设计3.2.1驱动电路方案、参数描述整个系统的驱动电

26、路采用两片的IR2110驱动四片的IGBT 管(FGA25N120构成的H桥电路。如下图3-2: 图3-2驱动主电路原理图IR2110驱动IGBT构成的H桥电路的特点显著,具有调速性能好,调速频带宽,可以工作在1100kHz范围内工作12。所要求的控制信号简单,只需要加入PWM信号即可。IR2110设计保护电路性能良好,安全性高,无控制信号时,电机处于刹车状态,可用于很多工业领域。在本设计中(图3-2,IR2110的自举电容采用了另个不同大小的电容并联使用。在频率为20kHz左右的工作状态下,可选用1.0F和0.1F电容并联。并联高频小电容可V端损坏芯片,吸收高频毛刺干扰电压。电路中为了防止Q

27、1、Q3导通时高电压串入CC在设计采用快恢复二极管FR107,其快速恢复时间为500ns13可有效地隔断高压信号串入IR2110。由于VB高于VS电压的最大值为20V,为了避免VB过电压,电路中增加了10V稳压二极管D9、D17控制VB端电压在10V左右防止VB过压。由于密勒效应的作用,在开通与关断时,集电极与栅极间电容上的充放电电流很容易在栅极上产生干扰14。针对这中现象,本设计在输出驱动电路中的功率管栅极限流电阻R20、R21、R25、R26上反向并联了二极管D7、D8、D15、D16。为改善PWM控制脉冲的前后沿陡度并防止振荡,减小IGBT集电极的电压尖脉冲,一般应在栅极串联十几欧到几百

28、欧的限流电阻15。在正常状态下,IGBT开通的时间越短,开通损耗也越小。但在开通过程中,因存在续流二极管D7、D8、D15、D16的反向恢复电流和吸收电容的放电电流,当IGBT 的开通的时间越短,IGBT 所承受的峰值电流也就越大,导致IGBT 或续流二极管损耗。为了防止IGBT 或二极管的损坏,就必须有目的地降低栅极驱动脉冲的上升速率,即增加栅极串联电阻的阻值2,控制该电流的峰值。虽然栅极串联电阻小,有利于加快关断速度和减小关断损耗,也有利于避免关断时集射极间电压的v t d /d 过小造成IGBT 误开通16。但是如果栅极串联电阻过小,会由于集电极电流下降的i t d /d 过大,产生较大

29、的集电极电压峰值2。综合上述因素在设计栅极串联电阻R20、R21、R25、R26时选取1K 电阻为栅极串联电阻。IGBT 的快速开通和关断提高工作频率,减小开关损耗,但由于开关过程中主回路电流的突变,其引线电感将产生很高的尖峰电压,该电压是IGBT 过压损坏的主要原因。由于IGBT 的栅-集极间存在的分布电容GC C 和栅-射极间存在的分布电容GE C 会产生过大的u t d /d ,故其开关转换过程中易使G U 突然升高而造成C-E 间误导通,从而损坏IGBT 17。为了防止u t d /d 造成的误触发,本设计在栅-射极间加旁路保护电阻10k 的R23、R24、R27、R28,有效的防止I

30、GBT 的损坏。3.2.2IR2110驱动电路中IGBT 抗干扰设计对于任何CMOS 器件,使这些二极管正向导通或反向击穿都会引起寄生的可控晶闸管(SCR锁定,锁定的最终后果难以预料,有可能暂时错误地工作到完全损坏器件。若在“理想的自举”电路中,CC V 由一个零阻抗电源供电,并通过一个理想的二极管给b V 供电。负过冲电压将引起自举电容过充电。 图3-3IR2110部分寄生二极管示意图IGBT (Insulated GateBipolar Transistor 是电压驱动型器件,由于是容性输入阻抗,故要求驱动电路提供一条小阻抗通路,将栅极电压限制在一定安全数字内17。如果电路的负载为感性负载

31、,则在功率管开关瞬间、电源短路以及过电流关断时,i t d /d 将比较大,功率管就会产生过冲电压,从而使VS 端电压低于COM 端。实际上,该电压是不能低于-4V ,超出该极限电压就会引起高端通道工作的不稳定。故在设计PCB时,应采取下列方法以减小VS负过冲电压:a、将功率管紧密放置,并在焊接功率器件时应尽量使引脚最短,以减少PCB布线长度和引脚间寄生电感的影响,引线应采用绞线或同轴电缆屏蔽线;b、IR2110尽可能靠近功率IGBT模块放置;c、在电源线与功率管之间应增加去耦电容,一般应选0.1F或1.0F的电容。 图3-4IR2110与IGBT布局图3.2.2IR2110功率驱动介绍3.2

32、.2.1IR2100内部结构原理图及管脚说明IR2110是IR公司生产的高压,高速的功率MOSFET18,IGBT专用驱动芯片,具有独立的高、低端输出双通道。门电压需求在1020V范围,悬浮通道用于驱动MOSFET 的高压端电压可以达到500V18。 图3-5IR2110内部结构图图3-5中引脚10(IN H 及引脚12(IN L 双列直插式封装,分别驱动逆变桥中同桥臂上下两个功率MOS 器件的输入驱动信号输入端,当输入脉冲形成部分的两路输出,范围为(ss U -0.5V (cc U +0.5,图6中ss U 和cc U 分别为引脚13(ss V 及引脚9(cc V 的电压值。引脚11(SD端

33、为保护电路信号输入端。当该引脚为高电平时,IR2110的输出被封锁,输出端HO(7脚、LO(1脚恒为低电平。而当该脚为低电平时,输出跟随输入变化。用于故障(过电压、过电流保护电路。引脚6(B V 及引脚3(cc V 分别为上下通道互锁输出级电源输入端。用于接输出级电源正极,且通过一个较高品质的电容接引脚2。引脚3还通过一个高反压快速恢复二极管与引脚6相连。IR2110的自举电路在驱动电路设计中,IR2110的自举电路可以有效的保护IGBT 。IR2110自举电路的结果原理图如图3-6所示: 图3-6IR2110自举电路原理图图3-6中1C 及1D V 分别为自举电容和快速恢复二极

34、管,2C 为CC V 的滤波电容。当1S 在关断期间,1C 已经充满电,即CC V =1C V 。在1M V 开通,2M V 关断期间,1C V 通过电阻g1R 与1S 的栅射极间电容g1C 放电。在1M V 关断,2M V 开通期间,1S 栅电荷经g1R 和2M V 快速释放。在经过死区时间后,2S 开通CC V 经过1D V 、2S 给1C 充电19。这就是IR2110的自举电路原理。如果自举电容1C 选取的过大,可能使2S 关断时电容两端还没有达到要求的电压,而电容选择较小则会导致电容存储的能量不够维持栅源电压在1S 导通时间内为一定值。在选择自举电容1C 最好选择非电解电容,电容应尽可

35、能的靠近芯片。一般情况下为保证自举电容将栅源电压持续一段时间,选电容为其最小值的15倍左右19。综合考虑在设计驱动电路时采用1uf 的电容为IR2110的自举电容。IGBT H 桥驱动电路原理H 桥驱动电路是一个典型的直流电机控制电路,电路得名于“H 桥驱动电路”是因为它的形状酷似字母H 。H 型变换器在控制方式上分为双极式、单极式和受限式三种20。本设计同样采用选用双极式H 型PWM 变换器。如图3-7所示,四个电力晶体管IGBT 和四个续流二级管FR307构成了H 桥驱动电路。基极驱动电压分为两组即1VT 、4VT 同时工作其驱动电压分别为b1U 和b4U ,2VT 和3VT

36、 同时工作其驱动电压为b2b3b1U U U =。在一个开关周期内,0on t t 时b1U 和b4U 为正,晶体管1VT 和4VT 饱和导通;而b2U 和b3U 为负值,2VT 和3VT 截止。这时,+s U 加在电枢AB 两端,AB S U U =,电枢电流d i 沿回路1流通;当on t t T ,则电枢两端的平均电压为正,在电动运行时电机正转。当2on T t 时,为正,电动机正转;当12时,为负,电动机负转;当12=时,=0,电动机停止。双极式控制的电压平衡方程式3:d S d di U Ri L E dt =+(0on t t d S d di U Ri L E dt=+(on t

37、 t T refU,比较器输出高电平,使VT导通,UO 开始下降。反之,UO下降会导致REFU下降,从而REFUCyclePro_Count=1;if(Pro_Count=Pro_High输出高电平Pwm_Out=0;elsePwm_Out=1;TH0=Th0;重载定时器初始值TL0=Tl0;TR0=1;4.3.2占空比调节函数void Pwm_Set(uchar xswitch(xcase0:break;case1:if(Pro_High=900Pro_High=Pro_High+100;占空比加100 break;case2:if(Pro_High=990Pro_High=Pro_High

38、+10;占空比加10 break;case3:if(Pro_High=100Pro_High=Pro_High-100;占空比减100 break;case5:if(Pro_High=10Pro_High=Pro_High-10;占空比减10break;case 6:if(Pro_High0Pro_High-;占空比减1break;5调试结果描述调试过程,接5V 直流电机,在不同占空比负载电压U 负、IGBT 栅极和集电极电压GE U 输出情况和电机的转动方向如下表5-1:表5-15V 直流电机的测试情况占空比GEU 0%10%30%40%50%60%70%80%100%U GE18.78V

39、6.96V 6.45V 5.55V 3.96V 2.53V 1.63V 0.79V 0V U GE20.15V 1.77V 1.67V 3.12V 4.42V 5.89V 7.78V 9.27V 11.5V U GE30.17V 1.71V 2.09V 3.32V 4.23V 5.03V 7.47V 8.19V 9.28V U GE411.20V 7.47V 6.96V 5.87V 4.23V 2.83V 1.5V 0.82V 0V U 负-3.68V -2.63V -1.16-0.68V 0.18V0.73V 1.21V 2.21V 3.88V 电机转动情况反转反转反转反转停转正转正转正转正

40、转从上表可知:当占空比为50%电机停转,随着占空比的增加或减少电机转速也越来越快。通过改变占空比即可实现对直流电机的调速。6结论现代电机控制的发展,一方面要求提高性能、降低损耗、减少成本,另一方面又不断地有技术指标及其苛刻特殊应用系统要求。随着微电子技术、电力电子技术和计算机技术,集成电路制作工艺的飞速发展,以及控制理论地完善、仿真工具地日渐成熟,给电机控制行业带来了很多机遇和反展契机。使用高性能的微机解决电机控制器不断增加的计算量和速度要求,使其功能强大、维修方便、适用范围广又非常经济。本设计在指导老师和身边同学的帮助下,本人经过13周毕业设计基本完成了MC51控制单位、光耦隔离、IR211

41、0驱动电路、IGBT H桥电路、A/D数据采集单元的电路方案设计、参数计算、制版、软件编写、整体调试,整个系统的设计最后完成实物和软件调试基本上达到了毕业设计要求,但是离真正的工程推广和工业生产应用还有很多的工作要完成。致谢经过13周对毕业设计课题的学习研究、设计调试和论文撰写,本次毕业设计已经圆满结束。作为一个电子科学与技术专业的学生,我的毕业设计偏重自动控制方向的设计,由于强电和电机工作原理等方面知识、经验较为匮乏,难免有许多考虑不周全的地方,幸好有导师的督促指导,以及一起学习的同学们的给予我无私的帮助,使我的毕业设计能够些许的成果呈现给大家,13周的毕业设计我感触很多。首先,我要感谢的是

42、毕业设计的指导老师林金阳老师,他给于我毕业设计选题的最大自由性和毕业设计的最大信任性。虽然他本身不是自控专业的老师,但是他还是尽最大的努力给予我毕业设计上各个方面的指导。使我从他身上学到了认真、负责,这是我13周毕业设计所收获的最大知识和工作的态度。其次,我一起合作过两年的电气专业的许海军、魏乃荣,在我13周的毕业设计期间遇到过很多我没有学过的知识,如电机工作原理、强电知识等等,他们都给予我无私的帮助,有时候甚至花一整天的时间和我一起解决遇到的问题,他们的帮助是我毕业设计能够顺利完成的关键。第三,我的同专业的同学赵海明,我在软件设计方面遇到的很多问题都是在他的帮助下完成的,因为他白天要上班时间

43、比较紧张,不过他还是经常利用晚上的时间加班、加点帮助我调试程序,他也是我毕业设计完成的功臣。最后,我要感谢给于我提供设计调试器材、场地的电气实验室,感谢帮我打下四年专业知识的老师,四年的专业知识的积累,是我完成毕业设计最重要的部分。感谢那些给于过我帮助、支持、信任的老师如黄靖老师等。毕业设计只是人生中一个短暂的结束,老师、同学给于我的知识、启发、教诲和友谊是我在步入社会后最为重要的财富。参考文献1姚洪江.基于全数字直流调速系统地研究.3/kns50/detail.aspx?QueryID=3&CurRec=21,2000-06/2008-06.2刘刚力.全数字

44、化双闭环可逆直流PWM调速系统研究.3/kns50/detail.aspx?QueryID=3&CurRec=174,2000-06/2008-06.3张方.电机及拖动基础.北京:中国电力出版社,2008年4月.4杨红玉,赵冬梅.利用PCI-1780实现直流电动机PWM调速.机电产品开发与创新,2008,02.5王志良.电力电子新器件及其应用技术.北京:国防工业出版社,1995年.6吴守箴,戚英杰.电气传的脉宽调制控制技术.北京:机械工业出版社.7贾玉瑛,王臣.基于单片机控制的PWM直流调速系统.包头钢铁学院学报,2005年.8康华光,邹寿彬.电子技术基础(数

45、字部分第四版.北京:高等教育出版社,2004年.9三恒星科技.MCS51单片机原理与应用实例.北京:电子工业出版社,2008年1月.10International Rectifier.FGA25N120Data Sheet.11张波.SG3525A控制的直流电机脉宽调速装置.电气制造,2006年第七期.12常海,李广东.IR2110在IGBT交流调压控制电路中的应用.电子元器件的应用,第2期10卷.13International Rectifier.FR107Data Sheet.14Boudreaux R R,Nelms R M,Hung John Y.Simulation and Modeling of a DCDCconverter contr