《基于单片机的直流电机调速系统设计与实现》6100字（论文）

[10]T=PWM输出的电压的占空比通过配置定时器TIMx_CCRn寄存器来调整，占空比的计算公式见下式占空比=接下来根据所选的电机控制方式配置驱动器的控制模式及控制参数，通过串口通信实现。企业版需要调整控制模式，通过改变信号源参数改变输入的是PWM信号还是脉冲信号。选择不同的控制模式，修改程序里的PID算法的比例、积分和微分系数。完成所有初始化工作后，就能够实现电机正反转和启停的控制。3.1.2编码器程序STM32F103单片机中的通用定时器可以进行定时或者计数，改变定时器的接口模式，将定时器改到计数模式就可以对编码器传回来的信号进行计数。将编码器A、B线信号输入定时器CH1、CH2两个定时器中，每次上升沿都会被计一次数。当定时器在编码器接口的不同模式被使用时，电机如果正转，定时器每次捕获上升沿计数器的值就会加一，反之，如果电机反转的话，计数器的值就会减小，旋转速度就会以计数器数值的形式显示出来。3.1.3调速系统设计单片机直流调压控制系统可完成对直流电动机的平滑调压。PWM是指利用调节恒定电流下的直流电源开关频率，从而使负载两端电压发生变化，以此来满足控制系统所需要的一个电压调节的方式。在PWM驱动方式控制的电压调速系统中，按某个固定的频率来导通和切断电源，并按照要求变化在一个时段内"导通"和"断开"持续时间的长度。通过调整直流电机上电压的"占空比"来调整在整个周期上电压的大小，并以此调节电机的速度。本控制器以STM32f103单片机为内核,使用单片机控制器，通过C语言编程完成了对直流电机的平滑调速。这种直流电动机调速系统以单片机系统为基础，按照PWM调制的方法，改变直流电机电枢两端施加电压的占空比，再以此调节电机的速度变化为基础,完成了对直流电动机的均匀调压,以及单片机调节转速的改变。本文中研究的基于STM32单片机直流电机调速系统，离不开硬件和软件的相辅相成。如果把整个系统比作一个人的话，硬件是身体，是所有操作的执行者，有了正确的硬件连接，软件才能顺利的运行起来。而软件部分，则是一个人的灵魂，软件需要接收硬件传回的各种信息，对信息进行收集、分类、整理后，再输出给硬件，控制硬件的动作，这样才能实现单片机对电机转速的控制。3.2PID算法在过程控制系统中，按偏差的比率P、积分I和微分D执行调控的PID控制器，在日常生活中得到了广泛的应用。它既具备基本容易实施,原理简便，调整参量相互独立性，适用性较广，控制参数的选择也比较简单等优势，同时从理论也可证实，针对流程系统中的经典对象"一阶迟延+纯迟延"与"二阶迟延+纯迟延"的调控对象，这种控制器也是比较优秀的控制。而PID调整规律也是对连续过程系统动态质量校正的一个有效方式，它的控制参数调整方法相对简单，且结构变化较灵活。本控制系统设计的核心算法是PID算法,它通过将本次采集的数值和设定值通过对比确定误差en，对算出的误差通过P、I、D计算并最终用算法结果调整PWM脉冲的占空比，来完成对加在电动机两端电压的调整，从而改变电动机速度。其计算公式为ut=Kp怎样选取控制算法的参数,应按照具体过程的特点来确定。通常，要求被控过程是平稳的，能快速和精确地跟随给定参数的改变，超调量小，还要在不同情况下控制系统输出应能维持在指定数值，控制变量也不能太大，当控制系统和环境参数发生变化时控制过程要平稳。显然,要完全达到以上所有条件是非常困难的，因此需要针对实际过程的特点，解决各方面问题，并充分考虑其它方面。PID控制器是线性的，它通过给定的rt和实际输出数值ctet用误差的比例、积分、微分等进行线性组合算出控制量，并加到被控量对被控量加以控制，这就是PID控制。在实际运用中，常依据被控量的性质与限制条件，对P、I、D等基本的调节原理加以相应综合运用，以实现对被控对象实施合理调控的目的。只有线性调节就是P调节器，将P与I调节器相结合就是PI调节器，如果将P、I、D调节器都结合起来就是PID调节器等。调节器不一定越复杂越好，要按照实际情况选择适合的调节器。ut=TD为微分时间常数，Kp是比例系数，简单的说，PID调节器各校正环节的作用是：(1)比例环节:瞬间反应，误差一经产生,调节器马上产生抑制功能以降低误差，并且是比例控制(2)积分环节:是无差控制，主要是为了抵消静差,从而增加整个控制系统的无差度。积分时间常数TI改变积分效果，但是T(3)微分环节:是超前调节，可在偏差的数值变动较大以前,在系统早期中引入一个针对特定误差的调节信号,以便于提高系统的动态反应速度,进而减少调节时间。第四章结果及说明本节我们主要阐述一下本次设计的主要结果。在上电之前将整个系统的接线仔细检查，检查无误后再给单片机上电，同时将电机与电源模块供电。STM32F103芯片发生PWM信号，通过L298N驱动器放大后驱动电机。利用编码器测得速度后，反馈给单片机，经过PID运算后输出，完成速度的控制，把速度在彩色液晶显示屏上显示。对于速度的控制则可以用单片机上的四个按钮控制电机启停和加速减速。将电源模块用公母转接头与L298N驱动模块连接。然后将驱动模块的使能端与单片机的对应接口连接。电机的各接口也与驱动模块与单片机相连，彩色液晶屏显示模块则直接插在单片机上。系统的总体硬件连接如图4.1图4.1硬件连接图上电后启动电机，编码器就可将速度以及占空比返回，用串口调试软件可看到返回的速度和占空比。编码器将采集到的数据返回图如图4.2图4.2速度及占空比返回图速度在显示屏上的图像显示见图4.3图4.2液晶屏显示效果图电机实际转动效果图如图4.3图4.3电机实际转动图总结在对程序不断调整的过程中，经常遇到问题，包括对PWM信号产生电路工作的调整以及用单片机改变电机转向等重大问题。有很多问题比较难，在处理这些自己无法解决问题的时候，不断地向指导老师和同学求助，借助大家的力量将软件系统修改地更加完整，使整个电机调速系统的功能也更加完备。虽然经过了很长时间的摸索，还有指导老师的引导,很多重大问题都有所缓解，但编程中仍然没有完成所需要完成的主要功能。经过后来不断地进行软件调试，并认真总结后，终于找到了问题其实在执行中断程序时出现了比较严重的错误，进行调整后便可以达成对直流电机调压的目的。通过此次软件系统调试，我总结出了做软件系统开发调试的最基本方式和过程:（1）仔细检查源代码，看是不是有文本或句法出错。（2）逐段程序的分析，查找问题存在的部分,重点检查。（3）寻找正确的方法，然后仔细地检查程序,并分步调试直至程序成功完成参考文献朱贵国.基于STM32单片机的直流电机调速系统设计[D].中国民航大学机场学院，2013雷慧杰.基于STM32的直流电机PID调速系统设计[D].安阳工学院电子信息与电气工程学院，2016王海星.基于LabVIEW和STM32的直流电机闭环调速系统设计[D].江南机电设计研究所，2019司开波.基于STM32的直流电机调速新方法[D].西京学院，2018施志荣.基于STM32F407的直流电机双闭环调速系统设计[D].漳州职业技术学院电子工程学院，2021邱恒.基于STM32单片机的直流电机调速系统设计研究[D].湖北工程学院新技术学院，20