PDF《基于 P87LPC768 的电机控制系统》

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1 - 基于 P87LPC768 的电机控制系统 毕业设计 王迪明 指导老师 周航慈教授 编者 编者 编者 编者按 按按按运用 P87LPC768 的脉宽调制功能实现对电机的恒转速控制 用P87LPC768 自带的 A/D 转换 功能实现对电机的速度输入 采用 FUZZY-PID 控制算法实现对电机的恒转速控制的选题是一个应届生的 毕业设计 直流电动机因其良好的启动 制动性能 良好的机械特性 使得其在现代工业控制领域得到了广泛的 应用 自从 PWM 脉冲宽度调制电路 引入到电机控制以后 给自动控制领域带来了深刻的变化 PWM 调速装置在直流调速 伺服控制系统中得到了广泛的应用 纯硬件的 PWM 系统 其硬件电路较为复杂 实现不易 而采用 Philips 公司新推出的芯片 P87LPC768 利用其内部本身自带的脉宽调制器能够很方便的实现对 PWM 波形的控制 本系统中采用 PWM 控制器作 为PWM 控制器及微处理器 由他来实现以下的任务 1.用P87LPC768 的A/D 转换功能实现电机的转速输入 能够实时给定电机的转速 2.设计一个测速装置由计数器

1 端口来测量电机的转速并经 P87LPC768 的串行口送 LED 显示 3.设计 FUZZY-PID 算法实现对电机的恒转速控制 即由 A/D 输入端给定了电机的速度之后 在电机允 许的范围之内 改变其负载的大小 电机的转速能够维持基本恒定不变

第一章 硬件电路的实现 1.1 概述 本系统以 P87LPC768 作为核心控制部件 外加一定的辅助电路来完成系统的预期任务 即电机的恒转 速控制并送显示 利用其内部的 A/D 转换器作为电机的速度输入端 通过外接电位器电阻大小的改变来改 变A/D 采样的结果 由A/D 采样结果来输出与之相对应的 PWM 波形 加以一定的驱动电路来驱动电机 利 用光敏三极管和发光二极管的光电特性设计一测速电路实时测量电机的转速 利用 P87LPC768 的串口送电 机的实测转速 设计一 FUZZY-PID 数字调节器 通过 FUZZY-PID 算法实现对电机的恒转速控制 整体电路的原理框图如图 1-1 所示 图1-1 整体电路原理框图 广州周立功单片机发展有限公司 Tel (020)38730916

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2 - 图1-1 电路中 A/D 转换结果是由 P87LPC768 实时采样来实现的 一旦 A/D 采样结果发生变化 则立 即送出新得与 A/D 转换结果相对应的 CPSW 值 即输出相应占空比的 PWM 波形 因为由 P87LPC768 输出的电 压高电平仅为+5V 输出电流仅仅为 2MA 左右 因此要驱动本系统中的 9V 小电机 必须将电流 电压加以 放大 在本电路中采用功率三极管加以实现 测速电路是采用光敏三极管和发光二极管的光电特性来测量 电机的转速的 显示电路用到了 P87LPC768 的串行口 由串行口送出电机的速度 在监控程序中 将电机 的实测转速与通过 A/D 转换所确定的电机应具有的给定转速比较 一旦二者之间有偏差 马上调用 FUZZY-PID 算法进行纠正 改变 PWM 波形的输出占空比 使得电机的实际转速相给定转速靠拢 从而实现 电机的恒转速控制 关于 P87LPC768 的介绍请见参考文献[

2 ] 1.2 输入电路 为了实时给定电机的转速 可以通过改变 A/D 输入端电位器的电阻大小来设定 具体电路如图 1-2 所示+5V 图1-2 速度输入电路 为了说明 A/D 输入端是如何通过改变其外接电位器电阻的大小来设定电机的转速的 首先有必要简要 说明一下 P87LPC768 的A/D 转换器的工作原理 请参考文献 Philips51LPC 系列单片机原理及应用设计 最终 由A/D 转换结果 DAC0 的大小来确定 CPSW1 即PWM 波形的输出占空比 从而改变电机的转 速 因为 A/D 转换器外接的电位器的电气特性不是很好 还有因为实验条件的限制 加到电位器上的电压 会经常的波动 因此有可能使 A/D 的每次采样结果有可能每次都会有轻微的跳变 因为在监控程序中首先 是判断 A/D 采样值是否改变 若改变 则立即送出与 A/D 采样结果相对应的 CPSW1 值 只有在 A/D 不变 的情况下 监控程序才会判断电机的实际测量转速与 A/D 所确定的给定转速是否相等 若二者有偏差 则 必须调用 FUZZY-PID 算法来实现电机的恒定转速控制 1.3 驱动电机电路 因为在电机驱动系统中 主要是对 P87LPC768 输出的 PWM 波形进行功率放大 因此首先必须要介绍一 下P87LPC768 自带的脉宽调制器的工作原理 详细说明请见参考文献 Philips51LPC 系列单片机原理及应 用设计 P87LPC768 A/D 广州周立功单片机发展有限公司 Tel (020)38730916