单片机在直流电机转速控制系统中的应用

文章编号:1004-289X(2008)04-0054-02

󰀁电气开关󰀁(2008.No.4)

单片机在直流电机转速控制系统中的应用

刘小兵,刘任庆

(株洲职业技术学院,湖南󰀁株洲󰀁412001)

摘󰀁要:介绍单片机在直流电机转速控制系统中的应用优势及硬件、软件的实现方法。系统采用霍尔元器件测量电动机的转速,用89C51单片机对直流电机的转速进行控制,用DAC0832芯片实现输出模拟电压值来控制直流电动机的转速。

关键词:直流电机;单片机;转速控制中图分类号:TM33󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁文献标识码:B

ApplicationofOne󰀁chipComputerintheSpeedControlSystemofDCMotor

LIUXiao󰀁bing,LIURen󰀁qing

(VocationalandTechnicalInstituteofZhuzhou,Zhuzhou412001,China)

Abstract:Thepaperpresentsapplicationofone-chipcomputerinthespeedcontrolsystemofDCmotorandrealizing

mothedofhardwareandsoftware.ThesystemadoptsHallsensortomeasurethemotorspeed,tous89C51one-chipcom󰀁putertocontrolthespeedofDCmotorandtouseDAC0832chipachieveoutputanalogvoltagevaluetocontrolthespeedofDCmotor.

Keywords:DCmotor;one󰀁chipcomputer;speedcontro.l1󰀁前言

直流电动机具有良好的起动、制动性能,宜于在大范围内平滑调速,在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看,直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础,采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成,控制系统的硬件部分非常复杂,功能单一,而且系统非常不灵活、调试困难,阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的不断进步,使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成,为直流电动机的控制提供了更大的灵活性,并使系统能达到更高的稳定性能。采用单片机构成控制系统,可以节约人力资源和降低系统成本,从而有效的提高工作效率。

因此采用霍尔元器件测量转速是较为常用的一种测量方法。

霍尔器件是有半导体材料制成的一种薄片,器件的长、宽、高分别为、lb、d。若在垂直于薄片平面(沿厚度d)方向施加外加磁场B,在沿l方向的两个端面加以外电场,则有一定的电流经过。由于电子在磁场中运动,所以将受到一个洛仑磁力,其大小为

fl=qVB

式中:fl󰀁洛仑磁力;q󰀁载流子电荷;V󰀁载流子运动速度;B󰀁磁感应强度。

这样使电子的运动轨迹发生偏移,在霍尔元器件薄片的两个侧面分别产生电子积聚或电荷过剩,形成霍尔电场,霍尔元器件两个侧面间的电位差UH称为霍尔电压。

霍尔电压大小为:UH=RH󰀁I󰀁B/d(mV)式中:RH󰀁霍尔常数;d󰀁元件厚度;B󰀁磁感应强度;I󰀁控制电流

设KH=RH/d,则UH=KH󰀁I󰀁B(mV)

KH为霍尔器件的灵敏系数(mV/mA/T),表示该霍尔元件在单位磁感应强度和单位控制电流下输出霍2󰀁转速的测量原理

转速是电机的一个最常用参数,电机的转速常以每分钟的转数来表示,其单位为r/min。转速的测量

方法很多,由于转速是以单位时间内的转数来衡量的,

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尔电动势的大小。应注意,当电磁感应强度B反向时,霍尔电动势也反向。若控制电流保持不变,则霍尔感应电压将随外界磁场强度而变化,根据这一原理,可以将一块永久磁钢固定在电动机的转轴上转盘的边沿,转盘随被测轴旋转,磁钢也将跟着同步旋转,在转盘附近安装一个霍尔元件,转盘随轴旋转时,霍尔元件受到磁钢所产生的磁场影响,故输出脉冲信号,其频率和转速成正比,测出脉冲的周期或频率即可计算出转速。

图1󰀁直流电流电机转速控制系统原理图

3󰀁直流电动机转速控制系统的工作原理

直流电动机的转速与施加于电动机两端的电压大小有关。本系统用DAC0832控制输出到直流电动机的电压的方法来控制电动机的转速。当电动机转速小于设定值时,DAC0832芯片的输出电压增大,当大于设定值时则DAC0832芯片输出电压减小,从而使电动机以设定的速度恒速旋转。我们采用比例调节器算法。控制规律:

Y=KPe(t)+KIe(t)dt

式中:Y󰀁比例调节器输出;KP󰀁比例系数;KI󰀁积分系数;e(t)󰀁调节器的输入,一般为偏差值。系统采用了比例积分调节器,简称PI调节器,使系统在扰动的作用下,通过PI调节器的调节器作用使电动机的转速达到静态无差,从而实现了静态无差。无静差调速系统中,比例积分调节器的比例部分使动态响应比较快(无滞后),积分部分使系统消除静差。

口的输出值加1送出给DAC0832控制电机转速加速。运行过程中不断的调整,直到电机的转速达到设定为止。

(2)系统流程图如图2所示。

󰀁

4󰀁直流电动机转速控制系统硬件设计

电路通过5V电源供电,由霍尔元件及外围器件组成的测速电路将电动机转速转换成脉冲信号送到单片机89C51的P3.5脚,作为T1计数器计数使用,得到的计数值与设定的值进行比较形成偏差。根据比较结果通过P0端口送给DAC0832进行数/模转换,从而使得输出电压增大或者减少,得到模拟电压输出给功率放大电路放大,再去控制电机的转速。

图2󰀁直流电动机转速控制系统流程图

6󰀁结论

本系统用单片机构成直流电动机转速的控制系统,采用比例积分调节器算法,效率高转速稳定,电路简单。

参考文献

[1]吴金戌,沈庆阳,等.8051单片机实践与应用[M].清华大学出版社.[2]苏家健,曹柏荣,等.单片机原理及应用技术[M].高等教育出版社.[3]肖兰,马爱芳.电机与拖动[M].中国水利水电出版社.

收稿日期:2008-03-28

作者简介:刘小兵(1981-),男,湖南攸县人,株洲职业技术学院电子工程系教

师。湖南大学在职研究生,主要从事电子与通信教学与研究。

5󰀁直流电动机转速控制系统软件设计

(1)编程思路:控制系统程序的功能是用89C51单片机的T0端口作为定时器、T1作为霍尔元件产生脉冲输入的计数器,将两者的数值进行运算得出电动机的实际转速,并与给定值进行比较。如果测量值比设定值大,则P0端口的输出值减1送出给DAC0832控制电机转速减速。如果测量值比设定值小,则P0端