西安科技大学
开 题 报 告
专业及班级 自动化0703班
姓 名 谢 萌
指 导 教 师 杨 学 存
日 期 2011年3月15日
西安科技大学毕业设计(论文)开题报告
题 目 | 基于ARM的直流电机调速系统 | 选题类型 | 应用型 | |||||||||||||||||||
一、选题依据(简述国内外研究现状、生产需求状况, 说明选题目的、意义，列出主要参考文献)： 1． 研究现状和生产需求状况 在现代工业中，电动机作为电能转换的传动装置被广泛应用于机械、冶金、石油化学、国防等工业部门中，随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长，越来越多的生产机械要求能实现自动调速。 在可调速传动系统中，按照传动电动机的类型来分，可分为两大类：直流调速系统和交流调速系统。交流电动机直流具有结构简单、价格低廉、维修简便、转动惯量小等优点，但主要缺点为调速较为困难。相比之下，直流电动机虽然存在结构复杂、价格较高、维修麻烦等缺点，但由于具有较大的起动转矩和良好的起、制动性能以及易于在宽范围内实现平滑调速，因此直流调速系统至今仍是自动调速系统的主要形式。 直流调速系统的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和微机应用技术的最新发展成就。正是这些技术的进步使直流调速系统发生翻天覆地的变化。其中电机的控制部分已经由模拟控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制，形成数字与模拟的混合控制系统和纯数字控制系统，并正向全数字控制方向快速发展。电动机的驱动部分所用的功率器件亦经历了几次更新换代。目前开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT成为主流。功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动机控制方法能够得到实现。脉宽调制控制方法在直流调速中获得了广泛的应用。 1964年A.Schonung和H.stemmler首先提出把PWM技术应用到电机传动中从此为电机传动的推广应用开辟了新的局面。进入70年代以来，体积小、耗电少、成本低、速度快、功能强、可靠性高的大规模集成电路微处理器已经商品化，把电机控制推上了一个崭新的阶段，以微处理器为核心的数字控制（简称微机数字控制）成为现代电气传动系统控制器的主要形式。PWM常取代数模转换器（DAC）用于功率输出控制，其中，直流电机的速度控制是最常见的应用。通常PWM配合桥式驱动电路实现直流电机调速，非常简单，且调速范围大。在直流电动机的控制中，主要使用定频调宽法。 2． 选题的目的 直流电动机是最早出现的电动机，也是最早实现调速的电动机。长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的统治地位。由于它具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，高效率，优异的动态特性，现在仍是大多数调速控制电动机的最优选择。因此研究直流电机的速度控制，有着非常重要的意义。 3. 选题的意义 该产品的设计制作及调试将是对我四年来所学知识的一个系统的理解和掌握，将会提高我对所学知识的运用能力。在设计中，我将会熟悉并了解ARM和芯片的选择，外围电路的设计，硬件的调试，软件功能模块的编码、调试、运行与测试，形成软件包并写出使用说明及工艺文件等，这些内容对我来说都是一个很好的锻炼机会，在此次设计中，我定会得到很多宝贵的经验，将理论与实践相结合，对自己大学四年所学做一个总结，为后续更深一步的学习及工作打下坚实的基础。 4. 参考文献 [1] 周立功单片机网站：www.zlgmcu [2] 周立功.ARM嵌入式系统基础教程.北京航空航天大学出版社,2005.1. [3] 深入浅出ARM7-LPC213X/214X/周立功，张华.-北京：北京航空航天大学出版社，2005.6. [4] 交流调速控制系统，李华德.-北京：电子工业出版社，2003.3 [5] 张红娟，李维，基于PIC单片机的直流电机PWM调速系统，机电工程，2005，22（2） [6] 韩孝明. 基于PIC单片机的直流电机控制，科协论坛（下半月），2008（8） [7] 张立丽，王洪波 基于PIC单片机的直流控制器的设计，计算机工程与设计，2009，30（11） [8] 吴，王俊，王景 利用单片机产生PWM信号的软件实现方法，机电技术，2008，1 [9] 张陶，李学华，王毓顺，基于DSPIC的无刷直流电机闭环控制系统设计及软硬件实现，科学技术工程，2007.9 [10] 吴，王俊，王景，利用单片机产生PWM信号的软件实现方法，机电技术，2008 第一期 二、主要研究sgs报告(设计)内容、研究（设计）思路及工作方法或工作流程 1、硬件设计 系统可分为ARM控制模块，按键输入模块，电机驱动模块，显示模块，运动模块，测速模块六部分。 （1）ARM控制模块： 选择lpc2131.. Lpc2131是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的16/32位ARM7TDMI-STM CPU微控制器，并带有32kb、64kb、512kb的嵌入的高速FLASH存储器。128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够在最大时钟速率下运行。 （2）按键输入模块： 由按键构成，可方便用户控制电机的正，反转和加减速以及停止。 (3)电机驱动模块： 电机驱动模块选择芯片L298N L298是SGS的产品，比较常见的是MuLtiwatt封装的L298N,内部同样包含4道逻辑驱动电路。可以方便的驱动两个直流电机，或一个两相步进电机。 L298可以驱动两个二相电机，也可以驱动一个四相电机，输出电压最高可达50V，可以直接通过电源来调节输出电压，可以直接用单片机的IO口来提供信号，而且电路简单，实用方便。 L298N可接受标准的TTL逻辑电平信号VSS，VSS可接4.5~7V电压。4脚VS接电源电压，输出电流为2.5A，可驱动电感性负载。1脚和15脚下管的发射极分别单独引出以便接入电源采样电阻，形成电流传感信号。L298可驱动2个电动机，OUT1,OUT2和OUT3,OUT4之间可分别接电动机。本实验我们选用驱动一台电动机。5，7，10，12脚接输入控制电平，控制电机正反转，ENA,ENB接控制使能端，控制电机的停转。 L298对直流电机控制的逻辑真值表
（4）显示模块： 速度显示器件选择lcd1602a。 Lcd1602a是工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。（16列2行）。 可通过测速模块将测得的速度显示给用户，方便用户控制电机。 （5）测速模块： 该模块利用st188反射式光电传感器测速 St188由高发射功率红外光电管和高灵敏度光电晶体组成，采用非接触检测方式，检测距离可调范围大，4—13mm可用。 由于光电传感器对黑和白反射系数不同，可自制编码盘，光电编码盘用白纸板自制，将纸板剪成圆形，平均分成n（n越大测速越准确）个扇区后，将其隔一个涂黑一个，当码盘转动时，光电传感器经过黑是，发光二极管发出的光被黑吸收，传感器内部接受不到反射信号，经过白是时，发光二极管发出的光被传感器内部三极管接受到输出端有信号输出，当码盘随转动时光电传感器流经过黑和白，便产生一个个脉冲。产生的脉冲经过外部中断再经过计数器计数，通过计数值可计算出电机的转速。 2、设计思路 1. pwm调速 PWM调速原理：占空比表示了在一个周期里，开关管导通的时间与周期的比值,变化范围为0≤≤1。当电源电压不变的情况下，电枢的端电压的平均值取决于占空比的大小，改变占空比就可以改变端电压的平均值，从而达到调速的目的，这就是pwm调速。 在PWM调速时，占空比是一个重要参数。以下是三种可改变占空比的方法： （1）定宽调频法. （2）调宽调频法. （3）定频调宽法. 前2种方法由于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，因此应用较少。目前，在直流电动机的控制中，主要使用第3种方法。 2.单闭环直流调速系统 只通过改变触发或驱动电路的控制电压来改变功率变换电路的输出平均电压，达到调节电动机转速的目的，称为开环调速系统。但开环直流调速系统具有局限性： （1）通过控制可调直流电源的输入信号，可以连续调节直流电动机的电枢电压，实现直流电动机的平滑无极调速，但是，在启动或大范围阶跃升速时，电枢电流可能远远超过电机额定电流，可能会损坏电动机，也会使直流可调电源因过流而烧毁。因此必须设法限制电枢动态电流的幅值。 （2）开环系统的额定速降一般都比较大，使得开环系统的调速范围D都很小，对于大部分需要调速的生产机械都无法满足要求。因此必须采用闭环反馈控制的方法减小额定动态速降，以增大调速范围。 （3）开环系统对于负载扰动是有静差的。必须采用闭环反馈控制消除扰动静差 为克服其缺点，提高系统的控制质量，必须采用带有负反馈的闭环系统。在闭环系统中，把系统输出量通过检测装置（传感器）引向系统的输入端，与系统的输入量进行比较，从而得到反馈量与输入量之间的偏差信号。利用此偏差信号通过控制器（调节器）产生控制作用，自动纠正偏差。 因此，带输出量负反馈的闭环控制系统能提高系统抗扰性，改善控制精度的性能，广泛用于各类自动调节系统中。 3、系统软件流程图 三、毕业设计(论文)工作进度安排 3月20日之前 搜集资料确定内容 3月20日—4月1日 硬件电路的设计 4月1日—4月20日 软件设计 4月20日—5月10日 软硬件匹配调试 5月10日—5月20日 整理毕业设计论文 5月20日—5月30日 请教指导老师，进行设计的优化修改 6月1日以后 进行论文完全详细整理，修改。准备答辩 | ||||||||||||||||||||||
指导教师意见 | 指导教师签字:____________ 年 月 日 | |||||||||||||||||||||
院系 部毕业设计（论文）指导委员会审核意见 | 难度 | 份量 | 综合训练程度 | 是否隶属科研项目 | ||||||||||||||||||
教学院长(主任)____________ （公 章） 年 月 日 | ||||||||||||||||||||||
发布评论