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基于dsp的运动控制系统

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1 运动控制器硬件结构

本运动控制器的硬件结构主要分为如下几个模块:DSP+CPLD 主控模块,包括DSP 核心模块和CPLD 驱动与扩展模块;通信接口模块,包括PCI 总线、USB 总线和串口;I/O 输入输出接口模块以及外围存储器模块,包括SRAM 和FLASH.本运动控制器的硬件结构如图1 所示。

图1 运动控制器硬件结构图

1.1 DSP+CPLD 主控模块

本系统采用了TI 公司的TMS320F2812 DSP 为控制核心,这是工业界首批32 位的控制专用、内含FLASH 以及高达150MHz 主频的数字信号处理器,专门为工业自动化、光学网络及自动化控制等应用而设计的。TMS320F2812 采用哈佛总线结构,有独立的程序和数据空间;具有很强的运算能力,能够实时地处理许多复杂的控制算法;片上内存丰富,可支持45 个外设级中断和3 个外部中断,提取中断向量和保存现场只需9 个时钟周期,响应迅速;片上集成了多种先进的外设,包括两个事件管理器(EV)、12 位A/D、两个串行通信接口(SCI)、一个串行外围接口(SPI)以及一个多通道缓冲串行接口(McBSP)等;其通用输入/输出多路复用器(GPIO)拥有多达56 个I/O 口,在系统的软件开发中正是利用了这些丰富的内外设资源,才实现了系统要求的各种功能。

本系统中选用的CPLD 是Altera 公司MAX3000A 系列的EPM3128,这是一款高性能、低功耗的基于EEPROM 的PLD.由于本系统的控制对象是步进电机,所以设计中主要利用TMS320F2812 的GPIO 口进行电机控制接口与I/O 接口的输入输出,但是由于TMS320F2812是低功耗处理器,其GPIO 引脚的输出驱动能力有限,而且由于DSP 是主控核心,负载比较多,所以将所有输出信号都经过CPLD 驱动后输出,提高信号的驱动能力。此外,CPLD还用于系统电路的译码,增加系统设计的灵活性和可扩展性。

1.2 通信接口模块

本系统在用作插卡式运动控制时利用PCI 总线实现DSP 与PC 的通信。PCI (PeripheralComponent Interconnect 外围部件互联)总线是Intel 公司联合其他100 多家公司于1992 年推出的基于新一代处理器的一种局部总线,是一种高性能32/64 位数据/地址复用总线,能为CPU 及外设提供高性能数据。PCI 总线具有严格的规范,目前已经发布了PCI V1.0 和V2.1规范,保证了其良好的兼容性;PCI 总线与CPU 无关,与时钟频率也无关,可适用于各种平台,支持多处理器和并发工作;PCI 总线可以提供极高的数据传输速率,还具有良好的扩展性。因此,PCI 总线在基于计算机总线的运动控制系统,即“PC+运动控制器”的结构中应用十分广泛。

本系统选用CYPRESS 公司的CY7C68001 芯片实现PC 机和DSP 之间的USB 通信。CY7C68001 是通用USB2.0 接口控制器,它是基于应用层编程的接口器件,相对于其它基于链路层编程的接口器件,使用和开发都很方便。本系统采用DSP 片上的SCI 串行通信模块以及MAX232 芯片转换成标准RS-232 的通信信号,实现正常的串口通信。

1.3 I/O 输入输出接口模块

本系统的输入/输出是通过CPLD 的逻辑控制来实现的,以提高系统的工作可靠性和设计柔性。考虑到运动控制器的可扩展性以及DSP 的GPIO 引脚的数量,共设计了16 路数字量输出通道和16 路数字量输入通道。数字量输出通道主要用于各轴方向、脉冲信号的输出以及一些外部设备的启停控制,如主轴及冷却液的开关控制等;数字量输入通道可根据用户具体要求来定义其用途,如作为传感器接口,用于零点、限位信号的输入等。为提高系统应

用的灵活性,系统输出采用了普通输出和差分输出两种方式,具体使用可由用户自行设定。

1.4 外围存储器模块

TMS320F2812 芯片内部包括128KB 的FLASH 和18KB 的SARAM,其中128KB 的FLASH 用来存储系统软件程序已经足够,但是在实际使用中,考虑到运动控制指令和加工程序需要通过USB 总线或PCI 总线下载到运动控制器中,且DSP 在工作过程中需要处理大量的数据,仅依靠DSP 芯片内部的存储空间远远不够,所以考虑外扩一片FLASH 和一片SRAM 作为用户加工程序存储器和系统的工作存储器,它们通过CPLD 完成与DSP 之间的读写操作。

本系统选用了Intel 公司的E28F128 FLASH 和ISSI 公司的IS61LV51216SRAM.E28F128 是一种采用CMOS 工艺制成的8MB FLASH,其读写访问时间为150ns,此读写周期已经大于DSP 对外部端口的读写周期,为了能够和DSP 的读写周期进行匹配,在对FLASH 进行读写操作过程中必须插入等待周期。IS61LV51216 是一种高速异步静态512KB 的SRAM,其读写周期为10ns,与DSP 之间可以无需插入等待周期便可以进行读写操作,并可以直接映射到DSP 外部存储接口的Zone2 或者Zone6 区域。

2 运动控制器软件结构

2.1 系统软件功能设计

运动控制器通常作为一个独立的过程控制单元用于工业自动化生产中,它的功能是由硬件和软件共同实现的硬件为软件运,行提供了支撑环境,软件负责实现系统要求的所有功能。本系统软件需要完成控制和管理两大任务,图2 表示的是其软件功能结构。

图2 运动控制器软件功能结构图

其中,系统的控制包括位置控制、插补、速度处理和开关量I/O 控制等,这类任务的实时性很强,所以软件程序的优先级也较高;系统的管理包括人机界面显示、参数设置和程序下载等,这类任务的实时性要求不高,所以软件程序的优先级也相对较低。可以说,一个运动控制系统的基本功能均由上述功能的子程序实现,通过增加子程序可进一步增加系统的功能。

要实现这些功能,必须做好运动控制器的软件规划,划分各个功能模块,才能在DSP 芯片上设计运行程序。本系统软件主要分为两个层次,包括PC 层软件和DSP 层软件,其中PC 层软件在单板式运动控制中主要实现加工程序的传输和下载等功能;在插卡式运动控制中,除此之外,还需实现加工情况显示、加工命令发送等人机交互界面的功能。运动控制器的主要功能由DSP 层完成,本课题的主要任务也是DSP 层软件的程序实现,具体包括:

1.运动控制运动控制功能是运动控制器的主要功能,包括位置控制、插补和辅助功能的输入输出I/O 控制。本系统基本功能是实现XYZ 三轴的运动控制,包括三轴联动的直线插补运动和任意两轴圆弧插补运动,可以实现步进电机的运动控制,提供单脉冲(即脉冲+方向)和双脉冲(即脉冲+脉冲)两种控制方式。

2.速度控制速度控制即调速,利用加减速算法,实现系统的平稳运动。系统设计空行程时的运动速度不小于100KHz,加工过程中的插补运动速度不小于40KHz;当脉冲当量为 2.5 微米时可达到的空行程和加工的最高速度分别为15m/min 和6m/min.

3.通信功能运动控制器不是一个孤立封闭的系统,它必须和外界交换数据,主机通信主要完成两个任务:一个是程序的下载,另一个是控制指令的发送和加工状态的反馈。根据单板式控制和插卡式控制两种不同的应用,分别有不同的通信方式。其中,在单板式控制中,通过USB总线进行程序下载而通过串口进行控制指令的发送和加工状态的反馈;在插卡式控制中,两种任务都是由PCI 总线来完成。本系统的多用性特点主要体现在通信方式的不同上,支持PCI 总线方式、USB 总线方式以及异步串行总线方式,供用户自由选择。

4.参数设置作为开放式运动控制器,应该允许用户对控制系统的各运动参数进行实时调整与修改。

本系统设计将各参数存放在FLASH 中,允许用户通过人机界面对参数进行修改,修改后的参数将在下次操作中起作用。

2.2 系统软件层次设计

DSP软件采用模块化和层次化的设计思路,为使结构清晰,整个系统软件按功能群分割为多个文件分别处理和完成相应的任务,主要分为三个层次:

1 主控层:不涉及具体操作,只负责各个任务调度、中断安排、时间和优先级处理等,主控层只有一个文件main.c,包括主函数和中断函数,在主函数和中断函数中调用算法层的函数来实现系统的各个功能。

2 算法层:负责具体任务执行,控制算法实现,系统的主要功能都在算法层实现,包含的模块由系统要求的各个功能来决定,算法层主要用以实现运动控制、速度控制和系统管理等功能,各模块之间通过标志位来联系,不互相调用。

3 接口层:负责与硬件的接口,所有与外设有关的操作都在该层进行处理,接口层中包括DSP 硬件资源的定义、系统硬件的驱动等。除接口层外,系统其它层的程序禁止直接对外设进行操作,接口层直接对外设进行操作的函数尽可能做到功能完善。综上所述,本系统根据以上功能和层次进行软件设计并遵循以下原则:

(1)全局性:尽量保证系统各模块负载均衡;

(2)正确性:数学推导严密,尽可能利用试验验证;

(3)结构化:软件设计做到层次化、模块化、封装化;

(4)规范性:保证程序的易读性、移植性和可维护性。

3 小结:

本文作者创新点是运动控制是数控技术的核心,近年来,随着开放式数控系统的发展,开放式运动控制器也得到了前所未有的发展。运动控制器作为一个独立的工业自动化控制类标准部件,已经被越来越多的产业领域接受,并形成了令人瞩目的市场规模。本文介绍了运动控制器的总体设计方案,包括运动控制器的硬件平台以及软件设计思路。

两相步进电机控制系统设计

综合课程设计 题目两相步进电机 学院计信学院 专业10自动化 班级2班 学生姓名 指导教师文远熔 2012 年12 月28 日

两相步进电机课程设计报告 步进电机是一种进行精确步进运动的机电执行元件,它广泛应用于工业机械的数字控制,为使系统的可靠性、通用性、可维护性以及性价比最优,根据控制系统功能要求及步进电机应用环境,确定了设计系统硬件和软件的功能划分,从而实现了基于8051单片机的四相步进电机的开环控制系统。控制系统通过单片机存储器、I/O 接口、中断、键盘、LED 显示器的扩展、步进电机的环形分频器、驱动及保护电路、人机接口电路、中断系统及复位电路、单电压驱动电路等的设计,实现了四相步进电机的正反转,急停等功能。为实现单片机控制步进电机系统在数控机床上的应用,系统设计了两个外部中断,以实现步进电机在某段时间内的反复正反转功能,也即数控机床的刀架自动进给运动,随着单片机技术的不断发展,单片机在日用电子产品中的应用越来越广泛,自六十年代初期以来,步进电机的应用得到很大的提高。人们用它来驱动时钟和其他采用指针的仪器,打印机、绘图仪,磁盘光盘驱动器、各种自动控制阀、各种工具,还有机器人等机械装置。此外作为执行元件,步进电机是机电一体化的关键产品之一,被广泛应用在各种自动化控制系统中,随着微电子和计算机技术的发展,它的需要量与日俱增,在各个国民经济领域都有应用。步进电机是机电数字控制系统中常用的执行元件,由于其精度高、体积小、控制方便灵活,因此在智能仪表和位置控制中得到了广泛的应用,大规模集成电路的发展以及单片机技术的迅速普及,为设计功能强,价格低的步进电机控制驱动器提供了先进的技术和充足的资源。 关键字: 步进电机单片机

直流电机控制系统设计

直流电机控制系统设计

XX大学 课程设计 (论文) 题目直流电机控制系统设计 班级 学号 学生姓名 指导教师

沈阳航空航天大学 课程设计任务书 课程名称专业基础课程设计 院(系)自动化学院专业测控技术与仪器 班级学号姓名 课程设计题目直流电机控制系统设计 课程设计时间: 2012年7 月9 日至2012年7 月20 日 课程设计的内容及要求: 1.内容 利用51单片机开发板设计并制作一个直流电机控制系统。系统能够实时控制电机的正转、反转、启动、停止、加速、减速等。 2.要求 (1)掌握直流电机的工作原理及编程方法。 (2)掌握直流电机驱动电路的设计方法。 (3)制定设计方案,绘制系统工作框图,给出系统电路原理图。 (4)用汇编或C语言进行程序设计与调试。 (5)完成系统硬件电路的设计。 (6)撰写一篇7000字左右的课程设计报告。 指导教师年月日 负责教师年月日

学生签字年月日 目录 0 前言 (1) 1 总体方案设计 (2) 1.1 系统方案 (2) 1.2 系统构成 (2) 1.3 电路工作原理 (2) 1.4 方案选择 (3) 2 硬件电路设计 (3) 2.1 系统分析与硬件设计 (3) 2.2 单片机AT89C52 (3) 2.3 复位电路和时钟电路 (4) 2.4 直流电机驱动电路设计 (4) 2.5 键盘电路设计 (4) 3软件设计 (5) 3.1 应用软件的编制和调试 (5) 3.2 程序总体设计 (5) 3.3 仿真图形 (7) 4 调试分析 (9) 5 结论及进一步设想 (9) 参考文献 (10) 课设体会 (11) 附录1 电路原理图 (12) 附录2 程序清单 (13)

直流电机控制系统设计.

XX大学 课程设计 (论文) 题目直流电机控制系统设计 班级 学号 学生姓名

指导教师 航空航天大学 课程设计任务书 课程名称专业基础课程设计 院(系)自动化学院专业测控技术与仪器 班级学号 课程设计题目直流电机控制系统设计 课程设计时间: 2012年7月9日至2012年7月20日 课程设计的容及要求: 1.容 利用51单片机开发板设计并制作一个直流电机控制系统。系统能够实时控制电机的正转、反转、启动、停止、加速、减速等。 2.要求 (1)掌握直流电机的工作原理及编程方法。 (2)掌握直流电机驱动电路的设计方法。 (3)制定设计方案,绘制系统工作框图,给出系统电路原理图。 (4)用汇编或C语言进行程序设计与调试。 (5)完成系统硬件电路的设计。 (6)撰写一篇7000字左右的课程设计报告。

指导教师年月日 负责教师年月日 学生签字年月日 目录 0 前言1 1 总体方案设计2 1.1 系统方案2 1.2 系统构成2 1.3 电路工作原理2 1.4 方案选择3 2 硬件电路设计3 2.1 系统分析与硬件设计3 2.2 单片机AT89C523 2.3 复位电路和时钟电路4 2.4 直流电机驱动电路设计4 2.5 键盘电路设计4 3软件设计5 3.1 应用软件的编制和调试5 3.2 程序总体设计5

3.3 仿真图形7 4 调试分析9 5 结论及进一步设想9参考文献10 课设体会11 附录1 电路原理图12附录2 程序清单13

直流电机调速系统设计 XXXXX大学自动化学院 摘要:本篇论文介绍了基于单片机的直流电机PWN调速的基本办法,直流电机调速的相关知识以及PWM调速的基本原理和实现方法。重点介绍了基于MCS-51单片机的用软件产生PWM信号以及信号占空比调节的方法。对于直流电机速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。 直流电动机具有优良的调速特性,调速平滑,方便,调速围广,过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动、制动和反转;能满足生产过程中自动化系统各种不同的特殊运行要求。电动机调速系统采用微机实现自动控制,是电气传动发展的主要方向之一。采用微机控制后,整个调速系统体积小,结构简单、可靠性高、操作维护方便,电动机稳态运转时转速精度可达到较高水平,静动态各项指标均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求。 关键词:单片机最小系统;PWM ;直流电机调速; 0 前言 电动机作为最主要的机电能量转换装置,其应用围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产,交通运输,国防,航空航天,医疗卫生,商务和办公设备中,还是在日常生活的家用电器和消费电子产品(如电冰箱,空调,DVD等)中,都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示,在所有动力资源中,百分之九十以上来自电动机。同样,我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机与人的生活息息相关,密不可分。电气时代,电动机的调速控制一般采用模拟法,对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进行启动,制动,正反转控制和顺序控制。然而近年来,随着技术的发展和进步,以及市场对产品功能和性能的要求不断提高,直流电动机的应用更加广泛,尤其是在智能机器人中的应用。直流电动机的起动和调速性能、过载能力强等特点显得十分重要,为了能够适应发展的要求,单闭环直流电动机的调速控制系统得到了很大的发展。而作为单片嵌入式系统的核心—单片机,正朝着多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、大存储容量和强I/O功能等方向发展。随着计算机档次的不断提高,功能的不断完善,单片机已越来越广泛地应用在各种领域的控制、自动化、智能化等方面,特别是在直流电动机的调速控制系统中。这是因为单片机具有很多优点:体积小,功能全,抗干扰能力强,可靠性高,结构合理,指令丰富,控制功能强,造价低等。所以选用单片机作为控制系统的核心以提高整个系统的可靠性和可行性。

无刷直流电机控制系统的设计

1引言无刷直流电机最本质的特征是没有机械换向器和电刷所构成的机械接触式换向机构。现在,无刷直流电机定义有俩种:一种是方波/梯形波直流电机才可以被称为无刷直流电机,而正弦波直流电机则被认为是永磁同步电机。另一种是方波/梯形波直流电机和正弦波直流电机都是无刷直流电机。国际电器制造业协会在1987年将无刷直流电机定义为“一种转子为永磁体,带转子位置信号,通过电子换相控制的自同步旋转电机”,其换相电路可以是独立的或集成于电机本体上的。本次设计采用第一种定义,把具有方波/梯形波无刷直流电机称为无刷直流电机。从20世纪90年代开始,由于人们生活水平的不断提高和现代化生产、办公自动化的发展,家用电器、工业机器人等设备都向着高效率化、小型化及高智能化发展,电机作为设备的重要组成部分,必须具有精度高、速度快、效率高等优点,因此无刷直流电机的应用也发展迅速[1]。 1.1 无刷直流电机的发展概况 无刷直流电动机是由有刷直流电动机的基础上发展过来的。 19世纪40年代,第一台直流电动机研制成功,经过70多年不断的发展,直流电机进入成熟阶段,并且运用广泛。 1955年,美国的D.Harrison申请了用晶体管换相线路代替有刷直流电动机的机械电刷的专利,形成了现代无刷直流电动机的雏形。 在20世纪60年代初,霍尔元件等位置传感器和电子换向线路的发现,标志着真正的无刷直流电机的出现。 20世纪70年代初,德国人Blaschke提出矢量控制理论,无刷直流电机的性能控制水平得到进一步的提高,极大地推动了电机在高性能领域的应用。 1987年,在北京举办的德国金属加工设备展览会上,西门子和博世两公司展出了永磁自同步伺服系统和驱动器,引起了我国有关学者的注意,自此我国开始了研制和开发电机控制系统和驱动的热潮。目前,我国无刷直流电机的系列产品越来越多,形成了生产规模。 无刷直流电动机的发展主要取决于电子电力技术的发展,无刷直流电机发展的初期,由于大功率开关器件的发展处于初级阶段,性能差,价格贵,而且受永磁材料和驱动控制技术的约束,这让无刷直流电动机问世以后的很长一段时间内,都停

直流电机控制系统设计范本

直流电机控制系统 设计

XX大学 课程设计 (论文)题目直流电机控制系统设计 班级 学号 学生姓名 指导教师

沈阳航空航天大学 课程设计任务书 课程名称专业基础课程设计 院(系)自动化学院专业测控技术与仪器 班级学号姓名 课程设计题目直流电机控制系统设计 课程设计时间: 7 月 9 日至 7 月 20 日 课程设计的内容及要求: 1.内容 利用51单片机开发板设计并制作一个直流电机控制系统。系统能够实时控制电机的正转、反转、启动、停止、加速、减速等。 2.要求 (1)掌握直流电机的工作原理及编程方法。 (2)掌握直流电机驱动电路的设计方法。 (3)制定设计方案,绘制系统工作框图,给出系统电路原理图。 (4)用汇编或C语言进行程序设计与调试。 (5)完成系统硬件电路的设计。 (6)撰写一篇7000字左右的课程设计报告。

指导教师年月日 负责教师年月日 学生签字年月日 目录 0 前言...................................................................................... 错误!未定义书签。 1 总体方案设计 ...................................................................... 错误!未定义书签。 1.1 系统方案 ...................................................................... 错误!未定义书签。 1.2 系统构成 ...................................................................... 错误!未定义书签。 1.3 电路工作原理............................................................... 错误!未定义书签。 1.4 方案选择 ...................................................................... 错误!未定义书签。 2 硬件电路设计 ...................................................................... 错误!未定义书签。 2.1 系统分析与硬件设计................................................... 错误!未定义书签。 2.2 单片机AT89C52............................................................ 错误!未定义书签。 2.3 复位电路和时钟电路................................................... 错误!未定义书签。 2.4 直流电机驱动电路设计 ............................................... 错误!未定义书签。 2.5 键盘电路设计............................................................... 错误!未定义书签。 3 软件设计 ............................................................................ 错误!未定义书签。 3.1 应用软件的编制和调试 ............................................... 错误!未定义书签。 3.2 程序总体设计............................................................... 错误!未定义书签。 3.3 仿真图形 ...................................................................... 错误!未定义书签。 4 调试分析 .............................................................................. 错误!未定义书签。

直流电机控制系统设计(1)

湖南工程学院课程设计《DSP原理及应用》 题目:直流电机控制系统设计 专业: 班级: 姓名: 学号: 指导教师: 2015年5 月19 日

摘要 直流电动机具有优良的调速特性,调速平滑,方便,调速范围广,过载能力大,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无级快速起动、制动和反转;能满足生产过程中自动化系统各种不同的特殊运行要求。电动机调速系统采用微机实现自动控制,是电气传动发展的主要方向之一。采用微机控制后,整个调速系统体积小,结构简单、可靠性高、操作维护方便,电动机稳态运转时转速精度可达到较高水平,静动态各项指标均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求。 本篇论文介绍了基于单片机的直流电机PWN调速的基本办法,直流电机调速的相关知识以及PWM调速的基本原理和实现方法。重点介绍了基于TMS320LF2407单片机的用软件产生PWM信号以及信号占空比调节的方法。对于直流电机速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。 关键词:单片机最小系统;PWM ;直流电机调速,TMS320LF2407;

前言 电动机作为最主要的机电能量转换装置,其应用范围已遍及国民经济的各个领域和人们的日常生活。无论是在工农业生产,交通运输,国防,航空航天,医疗卫生,商务和办公设备中,还是在日常生活的家用电器和消费电子产品(如电冰箱,空调,DVD等)中,都大量使用着各种各样的电动机。据资料显示,在所有动力资源中,百分之九十以上来自电动机。同样,我国生产的电能中有百分之六十是用于电动机的。电动机与人的生活息息相关,密不可分。电气时代,电动机的调速控制一般采用模拟法,对电动机的简单控制应用比较多。简单控制是指对电动机进行启动,制动,正反转控制和顺序控制。然而近年来,随着技术的发展和进步,以及市场对产品功能和性能的要求不断提高,直流电动机的应用更加广泛,尤其是在智能机器人中的应用。直流电动机的起动和调速性能、过载能力强等特点显得十分重要,为了能够适应发展的要求,单闭环直流电动机的调速控制系统得到了很大的发展。而作为单片嵌入式系统的核心—单片机,正朝着多功能、多选择、高速度、低功耗、低价格、大存储容量和强I/O功能等方向发展。随着计算机档次的不断提高,功能的不断完善,单片机已越来越广泛地应用在各种领域的控制、自动化、智能化等方面,特别是在直流电动机的调速控制系统中。这是因为单片机具有很多优点:体积小,功能全,抗干扰能力强,可靠性高,结构合理,指令丰富,控制功能强,造价低等。所以选用单片机作为控制系统的核心以

电机控制系统设计

课程设计报告 课程名称:专业综合课程设计 报告题目:电机控制系统设计 学生姓名: 所在学院:信息科学与工程学院专业班级: 学生学号: 指导教师: 2014年12月30日

课程设计任务书

近年来,随着科技的进步,直流电机得到了越来越广泛的应用,直流具有优良的调速特性,调速平滑,方便,调速范围广,过载能力强,能承受频繁的冲击负载,可实现频繁的无极快速起动、制动和反转,需要满足生产过程自动化系统各种不同的特殊要求,从而对直流电机提出了较高的要求,改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求,这是通过PWM方式控制直流电机调速的方法就应运而生。此次设计主要是实现PWM调速器的正转、反转、加速、减速、停止等操作。为实现系统的微机控制,在设计中,采用了AT89C51单片机作为整个控制系统的控制电路的核心部分,配以各种显示、驱动模块,实现对电动机转速参数的显示和测量;此外,本文中还采用了芯片IR2110作为直流电机正转调速功率放大电路的驱动模块,并且把它与延时电路相结合完成了在主电路中对直流电机的控制。在设计中,采用PWM调速方式,通过改变PWM的占空比从而改变电动机的电枢电压,进而实现对电动机的调速。 关键词:AT89C51单片机、PWM调速、正反转控制、芯片IR2110。

一、概述 (1) 二、方案设计与论证 (1) 2.1设计思路 (1) 2.2总体设计框图 (1) 2.3直流电动机模块 (2) 2.3.1直流电机类型 (2) 2.3.2直流电机结构 (2) 2.3.3直流电机工作原理 (3) 2.3.4电机驱动模块电路设计 (3) 2.4直流电动机中断模块设计 (3) 2.4.1外部中断设计 (3) 2.5 1602LCD液晶显示模块 (4) 三、直流电机PWM控制系统的实现 (4) 3.1原理图功能介绍 (4) 3.2直流电机控制程序 (5) 四、仿真分析 (9) 五、总结与心得 (10) 六、参考文献 (11)

三闭环电机控制系统设计

摘要 本文以详细阐述了MCS-8031为控制芯片,所构成的三闭环直流调速系统,三闭环即转速环,电流环,位置环。包括8031单片机控制电路、复位电路、振荡电路、速度给定电路、光电码盘测速测位置电路、PWM波驱动H桥电路等;在软件的实现上采用PID控制算法模拟ASR,ACR环的作用,并给出程序流程图和具体程序设计。 关键字:单片机直流调速 PID算法

第一章系统结构 (3) 第二章硬件设计 (4) 第一节8031的介绍和ROM扩展 (4) 第二节驱动电路 (5) 第三节给定输入电路 (6) 第四节增量式光电脉冲编码器测速位置 (6) 第五节霍尔传感器测电流 (8) 第六节转速显示电路 (8) 第七节时钟振荡器和复位电路 (9) 第八节电源电路 (10) 第三章系统软件设计 (12) 第一节PWM波产生 (12) 第二节给定速度程序设计 (14) 第三节转速测定 (16) 第四节位置测量 (17) 第五节电流测量程序 (18) 第六节速度显示程序 (18) 第七节PID控制算法 (19) 总结 (25) 参考文献 (26)

第一章系统结构 电子技术的高速发展,促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变,特别是单片机技术的应用,使直流电机调速技术进入一个新的阶段。采用单片机控制的调速系统,其控制方案是依靠软件实现的,控制器由可编程功能模块组成,配置和参数调整简单方便,工作稳定。 本系统设计为三闭环调速,即包括电流环,转速环,位置环。测速及位置用固定在主轴上的光电码盘产生脉冲信号,脉冲信号送入8254计数芯片计数,再传输到单片机计算,M/T法可计算出即时速度。这个速度与设定的速度进行比较,得出差值。MCS8031对这个差值进行PID运算,得出控制增量,即用单片机,PID算法实现模拟电路ACR,ASR的功能。计算出PWM输出的占空比,去控制H桥驱动电路,其输出驱动直流电动机。系统硬件结构如下图所示:

基于plc控制的步进电机控制系统设计毕业论文 精品

基于PLC的步进电机控制系统设计 机械电子专业 XXX 指导教师 XXX 摘要:以德国西门子公司小型可编程逻辑控制器S7—200为中央处理单元,以步进电机作为控制对象。介绍了PLC的概念原理以及控制的优点,步进电机的概念及工作原理,现状以及发展方向。PLC 与步进电动机一起结合起来有很高的研究价值与意义。本文在介绍步进电机控制特点的基础上,重点研究了步进电机的控制策略。设计了控制系统的硬件方案,并编写了相应的控制流程,测试了实际控制效果,并提出相应的整改措施,达到更加合理高效的目标。对于使用步进驱动器的步进控制系统,控制器对步进电机的控制关键在于控制脉冲信号的产生。介绍了使用该控制器产生控制脉冲信号的多种不同实现方法,进而实现对步进电机不同控制方法。 关键词:可编程逻辑控制器;步进电机;控制策略;控制流程 The Research Of Stepper Control Method Motor Based On PLC Student majoring in Machinery and electronics specialty XXX Tutor XXX Abstract:With small Germany Siemens S7-200 programmable logic controller of the central processing unit, with stepping motor as control object. This paper introduces the concept of PLC principle and advantage of the control, the concept and working principle of stepper motor, the current situation and development direction. PLC combined with stepper motor has a high research value and significance. In this paper, based on the introduction to the characteristics of the stepper motor control, step motor control strategies are researched. Design the hardware of the control system scheme, and write the corresponding control process, test the actual control effect, and puts forward the corresponding rectification measures, achieve more reasonable and efficient. For using stepper drive stepper control system, the controller of stepper motor control is the key to control the generation of pulse signal. This paper introduces the control using the controller a variety of different implementation methods of the pulse signal, then the method to realize different control the stepper motor. Key words:Programmable logic controller; Stepping motor; The control strategy; Control the process

基于单片机的电机控制系统设计

摘要 步进电动机是一种数字控制电动机,是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角,所以步进电动机具有很好的线性特性。控制步进电动机的方法多种多样,但实践证明,基于单片机控制的步进电动机比传统的步进电动机控制具有更好的性能,更加简单、方便、快捷。 本设计选择用AT89S52单片机控制三相步进电动机,完成三相步进电动机的三种运行方式的控制,即单相三拍、双相三拍和三相六拍。实现步进电动机在这三种运行方式下的正反转控制和加减速控制。该设计充分利用了集成电路相对于传统电路的优势,具有可视化和即时性特点,可实现对步进电动机的精确控制,并将运行方式显示在七段数码管上。 实践证明,本设计结构简单,功能稳定,能够很好的实现对步进电动机的精确控制。 关键词:步进电动机,单片机,加减速,正反转

Abstract Stepping motors is a kind of digital control motors, a open loop control components which change the electrical impulses signal into the angular displacement or line displacement. When motor is added a pulse signal, motor will turn a step angle, so stepper motor has very good linear characteristics. Control method of stepping motor varied, but practice has proved, control based on MCU than traditional is more simple more convenient and faster. This design choose to use AT89S52 MCU to control stepper motor, to realize stepping motor’s three operation mode control, namely single-phase three clap, dual phase three clap and three-phase six pat. Realize stepper motor’s positive &negative control and deceleration control in these three operational modes. The design of integrated circuit made full use of the advantage of compared to traditional circuit, with real-time visualization and can realize the precise control of stepping motor, and will run in seven segment digital display tube. Practice has proved that this design has simple structure, stable performance, and can achieve precise control of stepping motor well. Key words: stepping motor, MCU, deceleration, positive and negative

三相无刷直流电机控制系统设计

广东工业大学 硕士学位论文 三相无刷直流电机控制系统设计姓名:孙心华 申请学位级别:硕士专业:电力电子与电力传动指导教师:童怀 20080501 摘要 摘要 三楣无刷直流电机是近年来迅速发展起来的一种新型电机,它剃用电子挨耀代替机械换相,既具有直流电机的调速性能,又具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等优点,并且体积小、效率高,在许多领域已得到了广泛的运用。本文首先介绍了三相无捌直流电机在国内外的发展及其控制系统的研究现状,详细论述了三相永磁无刷直流电机的构成、运行原理、特性分析和其转子位置信号的检测方法;然后设计了控制系统的硬件电路及相应软件,最后对设计的控制系统进行调试并分析了影响系统可靠性的睽素及给毒了相应解决的方案。根据控制系统的设计参数、成本及灵活性等各方面的要求,本控制系统设计了以A tmega8L单片机及ECN30206集成驱动器为核心的硬件平台。Atmega8L 单片枫对蠢ECN30206构成豹功率驱动电路进行转速PID闭环控制、并定时采集电流信号对电流进行过流保护及采用 Max7219串行显示转速、电流、相关故障信息, 通过光电隔离对永磁无刷直流电机诸如转向等控制及接收外部信息,通过RS- 485总线接蹬与外部其它系统交换信怠、对各种信息进行分析处理、协调各部分的工作。 在软件方面编制了基于硬件平台的程序,协调硬件工作。本控制系统软件由 一个前意念系统努加两个中断服务子程序,前看台主程序豳对系统初始化模块、 转子转速计算及转速PID闭环控制组成,初始化模块主要对A tmega8L单片机三个

定时器T0、T1、T2,ADC转换器,通用串行口U ART,输入输出I/O口的初始化, 系统初始化之后再对无刷直流电机转子转速进行计算,计算结果再与设定值进行比较,将比较差值送PID控制器控制PWM的占空比来控制专用驱动控制器ECN30206 的VSP引脚电压输入,从而控制转速,达到闭环控制的目的,中断程序主要惩来睾 行中断接收上位枫发来的无刷直流电机转向及转速设定僮、定时中断检测电流 及显示转速值及相关故障。 本文所设计的无刷直流控制系统实现了电机的转向、转速闭环PID控制、各 种参数及故障的显示。本控制系统保护功能较完善,硬件结构简单,成本较低, 主 控制部分、驱动部分及显示部分用户可以任意选择使用。 广东工业人学工学硕上学位论文 关键词:三相无刷直流电机;Atmega8L单片机; ECN30206集成驱动器;PID闭环控制 Abstract Ab stract Three phase brushless DC motor(BLDCMwith permanent excitation,whose electrical commutator iS used to instead of mechanical,has not only the same good characteristics of speed control as traditional DC motor,but also the good characteristics of AC Motor such as structure simple,operation reliable,maintenance friendly.Brushless DC motor has set wide application due to its high power density,ease to control,high efficiency over wide speed range. The paper firstly introduced the study status of permanent magnet brushless DC motor in home and abroad,and then discussed its structure,operation principles, characteristics as well as its rotor position signal detection methods in detail;secondly, designed

无刷直流电机控制系统的设计(一)

1 引言 无刷直流电机最本质的特征就是没有机械换向器与电刷所构成的机械接触式换 向机构。现在,无刷直流电机定义有俩种:一种就是方波/梯形波直流电机才可以被称为无刷直流电机,而正弦波直流电机则被认为就是永磁同步电机。另一种就是方波/梯形波直流电机与正弦波直流电机都就是无刷直流电机。国际电器制造业协会在1987年将无刷直流电机定义为“一种转子为永磁体,带转子位置信号,通过电子换相控制的自同步旋转电机”,其换相电路可以就是独立的或集成于电机本体上的。本次设计采用第一种定义,把具有方波/梯形波无刷直流电机称为无刷直流电机。从20世纪90年代开始,由于人们生活水平的不断提高与现代化生产、办公自动化的发展,家用电器、工业机器人等设备都向着高效率化、小型化及高智能化发展,电机作为设备的重要组成部分,必须具有精度高、速度快、效率高等优点,因此无刷直流电机的应用也发展迅速[1]。 1、1 无刷直流电机的发展概况 无刷直流电动机就是由有刷直流电动机的基础上发展过来的。 19世纪40年代,第一台直流电动机研制成功,经过70多年不断的发展,直流电机进入成熟阶段,并且运用广泛。 1955年,美国的D、Harrison申请了用晶体管换相线路代替有刷直流电动机的机械电刷的专利,形成了现代无刷直流电动机的雏形。 在20世纪60年代初,霍尔元件等位置传感器与电子换向线路的发现,标志着真正的无刷直流电机的出现。 20世纪70年代初,德国人Blaschke提出矢量控制理论,无刷直流电机的性能控制水 平得到进一步的提高,极大地推动了电机在高性能领域的应用。 1987年,在北京举办的德国金属加工设备展览会上,西门子与博世两公司展出了永磁自同步伺服系统与驱动器,引起了我国有关学者的注意,自此我国开始了研制与开发电机控制系统与驱动的热潮。目前,我国无刷直流电机的系列产品越来越多,形成了生产规模。 无刷直流电动机的发展主要取决于电子电力技术的发展,无刷直流电机发展的初期,由于大功率开关器件的发展处于初级阶段,性能差,价格贵,而且受永磁材料与驱动 控制技术的约束,这让无刷直流电动机问世以后的很长一段时间内,都停留在实验阶段,无法推广到实际中使用,1970年以后,半导体的快速发展,许多新型的全控型半导体功率

电机控制系统设计的解决方案及组件介绍

电机控制系统设计的解决方案及组件介绍 广泛应用的电动机消耗的电能占所有电能的一半以上,严格的法规正在重新引起人们对其设计的关注。将控制器集成到许多电机应用中将提供一定程度的节能并有助于显着降低工业运营成本。在选择更高效的电机系统设计的组件时,功率处理,功耗和温度规格是重要的考虑因素。 此外,性能和小型化方面的进步有助于增强集成解决方案,从而提高电机功率输出并更有效地利用系统设计布局空间。为了加快开发过程,许多OEM更倾向于为电机驱动器,控制器,智能电机,轴承和齿轮提供一站式解决方案。选择Bourns?组件可满足低功耗,节省空间和成本效益的要求,满足这一需求。 本文介绍了有关电机驱动设计的电流检测电阻的信息,并介绍了一个完整的电机系统,其中包含用于电源,电路保护和控制面板调整的附加组件。 电机技术简介 电机的基本用途是将电能转换为机械能,并且有许多类型的电机可以实现这一目标。电机类型的一个主要区别是使用交流电(AC)或直流电(DC)。交流电机通过驱动器中的相数进一步区分。罩极,交流感应和通用电机通常使用单相交流驱动器。这些适用于电器,泵,风扇和固定电动工具。多相交流变频器更适用于需要低成本,长寿命和高效率的交流多相感应鼠笼式电动机,适用于泵,风机,鼓风机,输送机和压缩机。多相交流电还用于更昂贵的交流同步电动机,它没有滑差,可用于时钟,音频应用和工业设备。直流电动机通常提供简单的速度控制或精确定位,但通常成本高于交流电动机。 到目前为止,最流行的类型是交流感应电机,与其他电机类型相比,它更具成本效益。不幸的是,感应电动机也是最低效的。将可变频率驱动器添加到感应电动机设计允许通过调节所传递的功率来调节电动机的速度。变频器可以具有有源前端,这在交流变频器市场中具有相关性,新的重点在于降低无功功率以及由于能量成本的上升。有源前端将三相交流电源转换为直流电源,采用IGBT技术控制直流电流。除了省电之外的优点还包括提高性能,减少转矩脉动,电源再生,功率因数校正和消除谐波。

电动机控制系统的设计毕业设计汇总

第一章绪论 1.1课题研究背景 机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥,又可以运行预先编排的程序,也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它不但可以提高工人的生产效率,还可以代替人类从事乏味、劳累和危险的工作,甚至完成人类不能胜任的工作,因而日益受到人们的重视。随着人类探索太空、建设航天站、开发海洋、军事作战与反恐侦察等任务和需求的增加,人们对机器人的性能提出了更高的要求。它可以说是高级整合控制论、机械电子、计算机、材料和仿生学的产物。目前在工业、医学、农业、建筑业甚至军事等领域中均有重要用途。 我国从1987年实施国家“863”高技术研究发展计划以来,把智能机器人确立为自动化领域的主体之一,在特种机器人、机器人应用工程、机器人基础学科等方面取得了很大成绩。其中非结构环境下的机器人是当今世界最重要的高技术之一,它集计算机、微电子、传感、自动控制等技术为一身,己成为衡量一个国家科技水平的重要标志之一。 仿生学(Bionics)是20世纪60年代出现的一门综合性边缘科学,它由生命科学与工程技术学科相互渗透、相互结合而成,通过学习、模仿、复制和再造生物系统的结构、功能、工作原理及控制机制,来改进现有的或创造性的机械、仪器、建筑和工艺过程。仿生学将有关生物学原理应用到对工程系统的研究与设计中,尤其对当今日益发展的机器人科学起到了巨大的推动作用。在35亿年进化过程中,生物发展了灵巧的运动机构和机敏的运动模式,成为机器人技术创新发展的源泉之一。仿生机器人就是模仿自然界中生物的精巧结构、运动原理和行为方式等的机器人系统。科学家们向生物学习,创造出了众多高性能的仿生机器人,如机器鱼、机器蛇、机器蝇,以及各种仿生材料。 壁虎是一种可在地面、陡壁、天花板等不同法向面上自由灵活运动的四足动物。科学家以壁虎的这种运动能力为研究模仿对象,研制出了各种爬壁机器人,爬壁机器人在民用、军事、航天上具有广泛的用途,因而越来越受到人们的重视。 在民用领域,爬壁机器人被用来清洗大厦外壁墙面和玻璃、检测舰船船体、检测核密封罐等;在军事反恐领域,爬壁机器人可用来进行侦察窃听、研制蛙人等; 在航天领域,爬壁机器人可用来进行舱外维修等。但传统爬壁机器人的吸附原理和移动机理与真实壁虎毫无关系,其缺点限制看应用环境和工作范围,而壁虎的吸附原理和移动方式为突破传统爬壁机器人的限制提供了新的思路,因而成为一个新的研究方向。 1.1.1国内外研究现状

步进电机控制系统设计(DOC)

湖南文理学院芙蓉学院 课程设计报告 课程名称:专业综合课程设计 专业班级:自动化1001班学号:40 学生姓名:李志航 指导教师:李建英 完成时间:2013年6月13 日 报告成绩: 评阅意见: 评阅教师日期2013.6. 芙蓉学院教学工作部制

摘要 本文先介绍了混合式步进电机的结构和工作原理,分析了细分驱动对于改善步进电机运行性能的作用,论述了正弦波细分驱动可以实现等步距角、等力矩均匀细分驱动的原理,提出了一种基于H桥和其他分立元件分配脉冲的驱动技术,该方案可实现步进电机的单拍、半拍、双拍三种工作方式。本文采用控制电路主要由AT89C51单片机、晶振电路、地址锁存器、译码器、液晶显示电路组成,单片机是控制系统的核心。文中对整个系统的架构及硬件电路和驱动软件的实现都做了详细的介绍。 关键词:单片机;正弦脉宽调制;混合式步进电机;细分驱动

Abstract In this paper, the working principle and configuration of three-phase hybrid Stepper are introduced, then based on technologies such as stepper motor controller, PWM inverter and microcontroller. In the thesis, we develop a single chip computer -based digital controlling system for a three-phase hybrid stepper motor that is mainly constructed from a AT89C51 single chip computer and ST7920IC which is used as the core of control parts. The system's whole architecture, the design of hardware and software are introduced in detail. KEY WORDS: Microcontroller,SPWM,Hybrid stepper motor,Micro-stepping driver

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