【直流电机控制系统的设计与仿真分析7800字（论文）】

直流电机控制系统的软件设计与仿真3.1软件介绍3.1.1LabVIEW概述LabVIEW是实验室虚拟仪器集成环境的简称。能够以其直观简便的编程方式、众多的源代码级的设备驱动程序、多种多样的分析和表达功能支持，为用户快捷地构筑自己在实际工程中所需要的仪器系统创造了基础条件。LabVIEW采用图形化编程语言——G语言，产生的程序是框图的形式，易学易用，特别适合硬件工程师、实验室技术人员、生产线工艺技术人员的学习和使用，可在很短的时间内掌握并应用到实践中去。囊括了DAQ、GPIB、PXI、VXI、RS232/485在内的各种仪器通信总线表针的所有功能函数，使得不懂总线标准的开发者也能够驱动不同总线标准接口设备与仪器。3.1.2Proteus软件介绍本文设计所用到是Proteus软件。它是大家常用的EDA工具软件。这个软件功能比较强大，可以说它是到当前最好的单片机仿真软件。Proteus软件可以对基于微控制器的设计连同所有的周围电子器件一起仿真，用户甚至可以实时采用诸如LED/LCD、键盘、RS232终端等动态外设模型来对设计进行交互仿真。本系统的调试主要以软件为主，其中，系统电路图的绘制和仿真本文采用的是Proteus软件，而程序方面，采用的是汇编语言，用Keil软件将程序写入单片机。基于Proteus的这些特点，本文选择它来绘制直流无刷电机的硬件电路图，并对直流无刷电机进行调速仿真控制。3.2子程序设计3.2.1直流电机正反转子程序控制直流电机的运动方向是根据直流电机的型号和键盘输入的数据，产生相应的电脉冲信号，控制直流电机。直流电机换向时，一定要在电机降速停止或降到突跳频率范围之内再换向以免产生较大的冲击而损坏电机。换向信号一定要在前一个方向的最后一个CP脉冲结束后以及下一个方向的第一个CP脉冲前发出。对于CP脉冲的设计主要要求其有一定的脉冲宽度(一般不小于5μs)、脉冲序列的均匀度及高低电平方式。在某一高速下的正、反向切换实质包含了降速→换向→升速三个过程。脉冲CP脉冲CP前DIR的最后一个CP脉冲

下DIR的第一个CP脉冲

此时DIR换向方向DIR图3-1换向信号起作用时刻对于两相四拍这种工作方式而言，正向运动只需利用指针把状态表中的内容按照地址顺序依次反复送出I/O口，直流电机的各相通电顺序为A→AB→B→AB，反向运动为AB→B→AB→A正反转流程图如图3-2所示：开始开始端口初始化按键处理是否有键按下反转无有无图3-2正反转流程图在这种控制方式中，将正向运行程序模块和反向运行程序模块作为中断服务程序，需要实现怎样的运动，主程序便调用相应的服务程序，直流电机正反转逻辑关系。3.2.2中断程序直流电机的绕组必须在一定的时间间隔内连续不断的按规律通人电流，这样直流电机才能旋转，时间间隔越短，直流电机的速度就越高，这个时间间隔是用定时器重复中断一定次数产生的，即调节时间间隔就是调节定时器的中断次数。因而定时器中断程序中的主要工作是判断直流电机的运行方向，发下一个脉冲以及保存当前的各种状态。定时器TO中断程序如图3-3所示。保护现场保护现场中断入口中断次数—1=0读方向指示发速度脉冲重送相关状态恢复现场是否中断返回图3-3中断程序流程图3.2.3PWM脉宽调制子程序下面图3-4是电机的驱动电路和绕组连接示意图:图3-4电机驱动电路与绕组连接示意图为了让电机的速度能够变化，就需要把变化的电压加在两相线圈绕组的两端。从数字化的的角度而言，加在直流无刷电机绕组上的PWM信号的不一样的占空比能够得到变化的电压，这样，可变的电压就可以得到可变的电机速度。3.2.4PID算法子程序直流电机速度的给定是电位计来确定的。首先用要求的速度值来确定比例（P）误差和积分（I）误差。通过它们的值，来重新计算占空比。PID算法流程如图3-5所示：图3-5PID算法子程序流程图3.2.5开环控制程序首先是初始化MCPWM、ADC、端口以及变化通知输入，然后程序要一个激活信号作为开始。具体的流程如图3-6所示。图3-6开环控制流程图3.2.6闭环电压控制程序下面，图3-7是闭环电压控制模式。紧接着图3-8是闭环控制流程图。图3-7闭环电压控制模式图3-8闭环控制流程图3.3仿真和实验3.3.1Proteus中硬件电路搭建过程本文使用Proteus软件来绘制直流无刷电机的硬件电路图，这是学习软件的基础上，并参考原理图绘制的。首先绘制直流无刷电机，点击(挑选元件按钮)按钮，业面会出现挑选元件对话框，在对话框的KEYWORDS中输入BLDC，得到如下结果，如图3-9所示：图3-9添加直流无刷电机电路然后点击按钮，关闭对话框，单击左键，这样BLDC-STAR就被放到Rootsheet1原理图编辑窗口中了。点击，绘制输入、输出和功率，如图3-10所示：图3-10Rootsheet1原理图选取元件之后，就是电路的连接了，直接点击鼠标左键开始连接，再点击鼠标左键结束。最后再进行元件参数设置，最终得到的结果如图3-11所示：图3-11系统显示电路在系统显示电路的原理图中，S1是启动按钮，S2是换向按钮，S3是暂停按钮，RV1（滑动变阻器）用来实现仿真负载大小的调控。直流无刷电机在转动的时候会显示速度的大小，我们可以通过它来观察速度调节的状况，是我们判断代码是否正确地依据，为我们修改C语言的代码程序提供了帮助。:图3-12系统驱动主电路驱动的电子换相电路采用了系统所给的CCT004元件，由于电路比较复杂可以先把它集中到一块，然后绘制比较复杂的子电路，这样便于系统的运行，不会因为过于复杂而降低系统的可靠性，而会提高系统的效率。由原理图绘制电路图如图3-13所示。图3-13BLDC换相电路原理图图3-14Proteus自带驱动子电路因为单片机输出的电流非常小，所以，我们有必要加一个驱动电路对其进行放大。接着，创建页面Rootsheet3，就根据以上方法绘制系统缓冲器电路，如图3-15所示。图3-15系统缓冲器电路最后是AT89C51系统主控制器电路的绘制，单击“P”按钮，在KEYWORDS中输入，得到如下结果，如图3-16所示。图3-16选择单片机根据上面的方法，绘制主控制器原理图。霍尔R，Y，B分别接入RB5，RB6，RB7引脚。当发生IC中断时，会读取三个霍尔值，之后通过查StateTable表获得换相的状态，就这样完成了对直流无刷电机进行换相任务。图3-17系统主控制器电路本文把单片机AT89C51作为主控制器。它具有最多3个16位定时器，1个定时器可以作为实时时钟来使用。所以说，选择了正确的单片机为仿真成功奠定了基础。整个电路图如图4-18所示：图4-18AT89C51控制直流电机的原理图3.3.2Proteus代码写入方法如果Proteus绘制的原理图能够正常运行，我们就要要把LabVIEW编译的代码写进AT89C51单片机，下面详细介绍一下单片机代码写进的过程。在Proteus中编译窗口中，单击AT89C51单片机，会跳出下面的窗口，如图3-19所示:图3-19读入程序仿真这样，直流无刷电机的C语言程序代码就被加载到了AT89C51单片机当中，如果程序和电路连接没问题，电机就会按照预想的情况运行。总结在单片机控制直流电机的控制系统中，以直流电机为控制对象，用AT89C51单片机为核心控制器，设计了对直流电机系统控制的硬件，用软件代替硬件控制，不仅减少了系统设计的工作量、大大缩短开发研制周期和节约了开发费用，而且提高了控制系统的柔性和可靠性，有较高的推广和实用价值。本文是在大量查阅国内外诸多资料的基础和研究国内外直流电机速度控制现状的基础上，研究直流电机速度控制系统后完成的。因此，本文研究的控制系统具有一定的技术先进性，通过仿真软件Proteus来设计完善电机控制，用虚拟的系统来仿真模拟真实的硬件和软件，不仅达到了目的，而且节约成本，同时，有错误可以方便修改。致谢参考文献刘恩涛,潘宏侠.高精度无刷直流电机伺服控制系统的设计与仿真[J].电子元器件应用.2012(04)刘严.基于LabVIEW匹配滤波器最佳接收机的仿真[J].国外电子测量技术.2013(05)赵弘,赵毅鑫.基于虚拟仪器的工业CT无线自动加载测试系统[J].仪器仪表学报.2012(08)柳艳,马俊,董雪冬.基于LabVIEW的生态环境信息检测系统设计[J].电子测量技术.2012(06)文娟,林清华.节能空调用无刷直流电机的无位置传感器控制方法[J].机电工程技术.2012(07)王安.直流电机控制系统设计[J].数码世界.2016(12)齐利民,刘国海,贾洪平.电动车用无刷直流电机无位置传感器控制[J].微电机.2011(11)赵雷,王培光,宗晓萍.无刷直流电机网络控制系统的丢包研究[J].现代计算机(专业版).2011(28)李珍香,李全福.Proteus仿真软件在微机原理与接口技术课程实验教学中的应用[J].计算机教育.2015(09)边璐.Proteus在计算机电路课程中的应用[J].信息系统工程.2013(10)蔡秋花,马菲,张文英.一种无刷直流电机测控系统设计[J].控制工程.2008(S1)夏长亮,刘丹,王迎发.无刷直流电机免疫反馈自适应学习人工神经网络控制[J].天津大学学报.2007(10)岳学磊,白鹏.关于无刷直流电机调速系统优化控制研究[J].计算机仿真.2015(10)YangyangLi,HongzhuShi,LichengJiao,RuochenLiu.QuantumevolutionaryclusteringalgorithmbasedonwatershedappliedtoSARimagesegmentation[J].Neurocomputing.2012JunSun,XiaojunWu,VasilePalade,WeiFang,Choi-HongLai,WenboXu.Convergenceanalysisandimprovementsofquantum-behavedparticleswarmoptimization[J].I