1、1数字空控制 PWM 双闭环直流调速系统设计目录1、摘要. 22、设计任务. 33、系统的总体方案. 34、单元电路的设计. 44.1 电动机主电路设计. 44.2ACR 模拟电流调节器（PID）具体设计. 44.3ASR 数字调节器（ PID）的具体设计. 74.4 单片机及其接口电路的设计. 94.4.1 89C52 简介. 94.4.2 8279 键盘及其显示电路 . 94.4.3 89C52 单片机产生 PWM. 144.4.4 AD/DA 设计. 15 4.5 电源电路的设计. 175、系统的运行过程简介. 196、设计心得. 207、参考文献. 212摘要当今，自动化控制系统已经在
2、各行各业得到了广泛的应用和发展，而直流调速控制作为电气传动的主流在现代化生产中起着主要作用。本文主要研究基于数字控制的 PWM 双闭环直流调速系统，它主要由三部分组成，包括控制部分（89C52） 、栓闭环、直流电动机。长期以来，直流电动机因其具有调节转速比较灵活、方法简单、易于大范围内平滑调速、控制性能好等特点，在传动领域占有统治地位。微机技术的快速发展，在控制领域得到广泛应用。本文对基于微机控制的闭环可逆直流 PWM 调速系统进行了研究，从直流调速系统原理出发，逐步建立了闭环直流 PWM 调速系统的数学模型，用微机硬件和软件编程实现电动机的准确控制，试图通过单片机来实现对电动机的控制，从而实
3、现电气自动化，本文主要以 89C52 单片机为基础研究，实现键盘输入、数码管显示、PWM 生成等多种功能，还可以实现对码盘测速、DA 的处理，通过一些外电路，实现对电动机的控制。关键词：直流调速，数字控制，PWM, 双闭环，89C52 单片机，8279 键盘显示31、设计任务1、设计目的：实现数字控制 PWM 双闭环直流调速2、设计的主要电路：电动机运行主电路、双闭环控制器、89C52 单片机最小系统及 PWM 产生电路、8279 键盘及其显示电路、测速及其报警电路、AD/DA 转换电路。3、参数计算：电路中的电阻、电容的数值，电流调节器 ACR 中 Ki和 Ci 的确定。4、设计要求：直流电
4、动机的基本数据如下：2、系统设计的总体方案：以电动机运行主电路为基础，通过控制 PWM 的占空比实现电动机正转、翻转、速度的控制。双闭环包括电流环和转速环，通过不断的检测电流和转速，然后进行与给定值比较，实现对电动机的控制。单片机作为系统的控制核心，主要是对采集 AD 反馈过来的信息，还有就是码盘输入的信息以及按键的信息。然后，做出相4应的应答。本设计主要是对 89C52 单片机的设计，双闭环的设计，电动机主电路的设计。三、单元电路的设计：1、电动机的主电路的设计： D2356MB0VAGSH8NUF79LCIT-图一 电动机运行主电路此电路为三相桥式不可控整流电路，输入为三相交流AC1， A
5、C2,AC3。通过桥式整流，转化为直流电，电路中的平波电抗器和电容主要起滤波作用以及电机在最低负载（Id=Idim）下也能工作在连续段机械特性上。G1、G2、G3、 G4 为 IGBT 开关器件，通过对其的控制，实现对电动机的调速控制，而本设计中主要是用PWM 实现对其的控制。其中， D7D10 四个二极管为续流二极管，其作用为防止负载电流突变，起到平滑电流以及续流的作用。设计中选的 IGBT 管的型号是 SGH80N60UFD,它的参数如下：管子类型：NMOS 场效应管极限电压 Vm：600V；极限电流 Im：80 A；耗散功率 P：195 W 5；额定电压 U：220V；额定电流 I：45
6、A2、ACR 模拟电流调节器（PID）具体设计：模拟调节器的控制规律：u(t)为调节器输出， e(t)为调节器误差输入，KP 为调节器比例增为调节器的积分时间常数， 为微分时间常数。本设计只用 PI调节器就能满足要求。A）电流环参数计算 1、确定时间常数：1）整流装置之后时间常数 Ts，通过查表可得：Ts=0.0017s；2、选择调节器的结构：3、计算电流调节器参数：6：4、校验近似条件：满足近似调节。满足设计要求。B)电流调节器设计电路图如下：740kR/2.uFC8oi95bal-1+3TLU6GND*cId图二 电流环调节器3、ASR 数字调节器（ PID）的具体设计：PI 调节器是电力
7、拖动自动控制系统中最常用的一种控制器，在微机数字控制系统中，当采样频率足够高时，可以先按模拟系统的设计方法设计调节器，然后再离散化，就可以得到数字控制器的算法，这就是模拟调节器的数字化。 PI 调节器时域表达式： teKteteteKtu d)()(d)(1)()( IPpi 其中 Kp= Kpi 为比例系数 ，KI = 为积分系数 将上式离散化成差分方程，其第 k 拍输出为： )1()()( )()( IsamIP IP1saI kueTKke kueKikuki（*）式中 Tsam 为采样周期 数字 PI 调节器有位置式和增量式两种算法：位置式算法即为式(*)表述的差分方程，算法特点是：比
8、8例部分只与当前的偏差有关，而积分部分则是系统过去所有偏差的累积。位置式 PI 调节器的结构清晰，P 和 I 两部分作用分明，参数调整简单明了，但需要存储的数据较多。 增量式 PI 调节器算法： )()1()1()( samIP keTKkeKkuku PI 调节器的输出可由下式求得： )()()( kk只要在计算机中多保存上一拍的输出值就可以了。与模拟调节器相似，在数字控制算法中，需要对 u 限幅，这里，只须在程序内设置限幅值 Um，当 u(k) Um 时，便以限幅值 Um作为输出。不考虑限幅时，位置式和增量式两种算法完全等同，考虑限幅则两者略有差异。增量式 PI 调节器算法只需输出限幅，而
9、位置式算法必须同时设积分限幅和输出限幅，缺一不可。 算法流程：图三 数字 PI 调节器程序框图 94、单片机及其接口电路的设计（1）89C52 简介 ：本设计使用 89C52 单片机作为控制芯片，其功能丰富，且使用简单，具体功能如下： 兼容 MCS51 指令系统 8k 可反复擦写(1000 次）Flash ROM 32 个双向 I/O 口 256x8bit 内部 RAM 3 个 16 位可编程定时/计数器中断 时钟频率 0-24MHz 2 个串行中断 可编程 UART 串行通道 2 个外部中断源 共 6 个中断源 2 个读写中断口线 3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能（2）8279 键盘及其显示电路：10OUTA027B3165948DSLRIQCWKHFEN/GeycsfgdPbap mr-M+V.图四 8279 键盘及其显示电路A）8279 的功能：DB0 DB7：双向数据总线。在 CPU 与 8279 间做数据与命令的传送。CLK：8279 的系统时钟，100KHz 为最佳选择。RESET：复位信号，输入线，当 RESET=1 时，8279 复位，其复位
