pwm课程设计

基于PWM控制的直流电机调速系统的设计

摘要：提出一个基于PWM控制的直流电机控制系统，从硬件电路和软件设计两方面进行系统设计，介绍了调速系统的整体设计思路、硬件电路和控制算法。下位机采用MPC82G516实现硬件PWM的输出，从而控制电机的电枢电压，并显示电机调速结果。上位机采用LABVIEW软件，实现实时跟踪与显示。最后对控制系统进行实验，并对数据进行分析，结果表明该系统调速时间短，稳定性能好，具有较好的控制效果。

关键词：PWM；直流电机；调速；LABVIEW

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。电机采用微处理器控制的电压、电流、转矩、转速、转角等，实现全数字直流调速，控制精度、可靠性、稳定性、电机的性能得到提高。目前，PWM调速成为电机调速的新方式，并凭借开关频率高、低速运行稳定、动态 性能优良、效率高等优点，在电机调速中被普遍运用[1-6]。但很多文献[5-6] 提到的PWM信号，多采用软件PWM调速，即通过单片机的中断实现，缺点是占系统资源，易受系统中断影响和干扰，造成系统不稳定。本文将针对这一点，设计一种基于硬件PWM控制，调速时间更短的电机调速系统，并具有较好的稳定性能。

1 电机控制系统的整体设计

系统整体设计如图1所示，主要原理框图包括：LCD显示、按盘输入、测速模块、PWM调速模块4部分。电路原理图如图2所示。 1.1 PWM信号

PWM信号的产生采用硬件PWM信号，即不采用中断实现PWM信号，而是利用单片机MPC82G516的PCA模式，将PCA设置成PWM模式直接产生PWM信号。频率取决于PCA定时器的时钟源，占空比取决于模块捕获寄存器CCAPnL与扩展的第9位ECAPnL的值。由于使用9位比较，输出占空比可以真正实现0%到100%可调，占空比计算公式为

占空比=1-{ ECAPnH，[CCAPnH]}/256

在电源电压Ud不变的情况下，电枢端电压的平均值取决于占空比η的大小。通过改变η的值可以变 电枢端电压的平均值，从而达到调速的目的。 1. 2 测速模块

测速模块采用自带霍尔传感器并具有整形功能的直流电机调速板J1，该模块能实现电机正反转、测速、调速功能，并自带整形芯片，调试效果较好。通过霍尔传感器把测速脉冲信号送单片机P3.2，由单片机P1.0送到测速模块第5脚，控制电机正反转。PWM信号由P1.2送到测速模块第3脚，实现电机的调速。 1.3 I/O接口电路

输入模块采用4个按键S1、S2、S3、S4，接在单片机P1.4、P1.5、P1.6、P1.7，分别实现启动、加速、扩展功能、减速功能。电机正反转控制由P1.0送到测速模块第1脚。

输出显示模块采用LCD1602，是一种内置8192个16*16点汉字库和128个16*8点ASCII字符集图形点阵液晶显示器，它主要由行驱动器/ 列驱动器及128×32全点阵液晶显示器组成，可完成图形显示，也可以显示7.5×2个(16×16点阵)汉字，与外部CPU接口采用并行或串行方式控制。 2 电机调速系统的软件设计 2.1 程序流程框图

当系统启动后，单片机进行初始化设置，单片机检测是否有键按下，再执行按键子程序，读取键值，调用中断，主单片机将传感器输入的信号进行计算，控制PWM的输出，从而控制电机的转速，依次循环使电机趋于稳定值。系统主程序框图如图3所示。 2.2 上位机软件

系统由计算机控制单片机，从而控制直流电机的速度，PC机做为上位机，单片机作为下位机。为了便于查询和保存数据以及通过PC机调直流电机速度。上位机采用美国NI公司LabVIEW软件。LabVIEW是一种图形编程语言，通常称为G语言，具有开放的环境，能和第三方软件轻松连接[7] 。 系统通过PC机与单片机串口实现通讯，构成一个数据采集系统。图4为LabVIEW软件程序框图。

3 系统测试与分析

PWM信号的输出，实现对直流电机转速进行控制的方法。利用上位机LabVIEW软件，可得到电机调速结果。图5为电机空载情况下的调速结果，测量数据结果如表1。 数据分析：

启动段，电机转速从零上升到53 r/s，只需用6 s，并很快趋于稳定； 加速段，电机转速从53 r/s上升到86 r/s，只需用5 s，并很快趋于稳定； 减速段，电机转速从86 r/s下降到53 r/s，只需用7 s，并很快趋于稳定。 从数据中看出，通过PWM调速，电机转速变化至稳定，若不考虑按钮灵敏度，基本保持在5 s左右，并能很快趋于稳定，较好地满足设计要求。 4 结论

（1）采用单片机取代模拟电路作为直流电机的控 制器，提高系统的稳定性，调速更快更准，响应时间更短。

（2）采用硬件实现PWM信号，控制电机电枢电压，比采用软件PWM 调速更稳定，不受中断影响，稳定效果更好。

（3）采用LabVIEW作为上位机的控制软件，具有实时跟踪、方便直观，调试结果准确。 参考文献

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[5] 杨靖. 用单片机控制的直流电机调速系统[J]. 机床电器，2008(1)：45-47. [6] 茹占军，谢家兴. 基于AT89S52单片机直流电机调速系统的设计[J]. 软件导刊，2010，9(8)：106-107.

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平旋盘体加工工艺

平旋盘体是铣镗床上非常重要的零件，平旋盘上装有一套行星轮差动机构，该机构控制转盘的旋转和转盘上滑板的进给，使转盘的旋转运动和转盘上滑板的进给运动互不影响，平旋盘体的加工精度直接影响机床整机的精度。平旋盘体零件示意图如图1所示。平旋盘内孔要求精度很高，孔φ665H7、φ338H7和凸台φ415h6的同轴度要求很高，在平旋盘体的加工工艺中，有3个工艺问题需要解决，一是由于φ415h6凸台为3个等分不连续的凸台，φ415h6尺寸无法检测。二是φ665H7孔和φ338H7孔分别在平旋盘体相对的两侧，需要二次装夹平旋

盘体零件才能完成这2个孔的加工，当采用内径定心时，用 φ135H7内孔找正定心，很难保证φ338H7孔相对于φ665H7孔的同轴度φ0.01零件精度要求，其主要原因为平旋盘体零件 较大，φ135H7孔位置较深，拉表找正时操作者需要站在数控立车的工作台上才能观察到表的读数，找正过程中，工作台处于点车运行，操作困难不安全，操作即费时又费力，用φ135H7孔找正定心所带来的找正定心误差较大，且不准确。三是3个φ90K6孔对A基准的垂直度φ0.01和对B基准的平行度φ0.01的设计精度要求。在数控卧式镗床精加工时，零件靠于找正好的弯板上，由于弯板的精度、基准面A的精度和360尺寸的Ra1.6固定面的精度，3种精度的综合累积误差较大，易超出了零件的精度要求，所以平旋盘体加工工艺如下：

首先，根据平旋盘体零件的实际情况，在直径为φ415h6尺寸的凸台直径方向的另一侧，增加一个直径φ70的工艺台，在φ415h6凸台精加工时可利用该凸台准确测量φ415h6尺寸，在φ415h6凸台精加工完成后，安排质检员现场检测该尺寸，质检员现场检测该尺寸合格后，转下道铣床工序，铣去该工艺凸台。

其次，采用外径定心，加工φ135H7/φ665H7内孔时一起加工φ725外圆一段作为找正定心基准，其粗糙度为Ra1.6，零件翻个、用φ725外圆找正定心基准，操作者直接观察到表的读数，工作台正常运行，操作方便准确，且该孔直径为φ338H7孔直径的2倍左右，使φ338H7孔相对于φ665H7孔的同轴度φ0.01尺寸较易得到保证。

再次，3个φ90K6孔的精加工，由原来的数控卧式镗床改为立式加工中心进行精镗，平旋盘体基准面A直接置于工作台上，按φ665H7孔找正中心，使设计基准和工艺基准重合，减少了零件装夹的中间环节，减少了累积误差，更好地保证了3个φ90K6孔对A基准面的垂直度φ0.01和对φ665H7孔B基准的平行度φ0.01的设计精度要求。

经过工厂质检部门验证，采用改进后的上述3种加工工艺方法，满足零件加工精度的要求。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/9ee3.html