直流电机PWM无级调速控制系统设计

直流电机PWM无级调速控制系统设计

DesignofDC-MotorPWMSteplessSpeedControlSystem

岳东海YueDonghai；颜鹏YanPeng

（常州信息职业技术学院，常州2131）

）（ChangzhouCollegeofInformationTechnology，Changzhou2131，China

摘要：为实现直流电机的无级调速，本文提出以ATC51单片机为核心，利用L298驱动芯片、ADC0808模/数转换芯片和逻辑控制电路构建

直流电机的PWM无级调速控制系统。文章给出了Proteus软件绘制调速系统的电路原理图并仿真其调速过程，结果表明，该系统调速范围大，响

应速度快，性能稳定。

Abstract：Thepaperdiscussesthathowtousedriverchip-L298andA/Dconvertchip-ADC0808toachievetheDCmotor＇steplessspeedcontrolbasingonMCU-ATC51.Thesteplessspeedregulationsystem＇schematicdiagramwhichdrawsupwithsimulationsoftware-proteusisgivenoutandsimulatesitsspeedprocess.

关键词：直流电机；单片机；无级调速；变形Keywords：DCmotor；MCU；steplessspeedregulation；proteus

中图分类号：TP368

文献标识码：A

文章编号：1006-4311（2010）02-0135-02

0引言

直流电机具有良好的线性调速性能和动态特性，目前仍是多数调速控制电机的最佳选择，而采用PWM技术是直流电机调速控制

通的首选方案。本文提出了利用ATC51单片机产生PWM信号，

过模拟信号调节PWM的占空比进而实现直流电机的无级调速。

1直流电机PWM调速原理直流电机转速表达式为（U-IR）（1）n=/CeΦ由表达式（1）可知直流电机的调速方法有三种：电枢回路串联电阻（R）的调速方法，调节励磁磁通（Φ）的励磁调速方法，调节电枢电

）。电枢回路串联电阻的调速方法特点是：机械压的电枢控制方法（U

特性变软，负载变化时转速波动大，静态稳定性差，调速范围不大，轻载时调速效果不明显，有级调速，调速平滑性差，调速时R上损耗大，效率低。励磁调速方法也称弱磁调速一般与降压调速配合使用

以扩大调速范围。调节电枢电压的电枢控制方法也称降压调速因其

具备负载变化时转速波动小，静态稳定性好，调速范围大，转速调节平滑，可实现无级调速，调速时能量损失小，效率高等优点而被广泛的应用到直流电机的调速控制中。

降压调速一般是通过脉冲宽度调制（PWM）技术实现的，也就是通过改变电枢电压接通时间与通电周期的比值即占空比来实现直流电机的调速。PWM信号波形图如图1所示，占空比α=T0

，则加在电枢两端的PWMT电压信号的平均值Uav=

T0

·Us=α·Us。由此可见T0+T1PWM的占空比α决定输出到

如果能直流电机电枢电压的平均电压，进而决定了直流电机的转速。

够实现占空比的连续调节即可实现直流电机无级调速。

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作者简介：岳东海（1974-），男，讲师，研究生，研究方向为机电控制；颜鹏

），男，讲师，研究生，研究方向为数控系统。（1979-

用清水冲洗干净即可，若一次清洗不到位，可进行第二10分钟左右，

次冲洗，直至清洗干净。

3.3清洗时应注意的问题（1）清洗新风机组和组合式空气处理器时，为了防止凝结水系统的堵塞，应先用200mg/L的新洁尔灭洗液清洗并冲洗凝结水管道。

（2）喷向换热器的洗液和冲洗的水不可过猛，防止将肋片冲倒而影响换热器的换热效果。

（3）清洗风机盘管时应拆掉电机和风机，防止洗液或水造成电路系统故障。

4结论（1）利用送风口送风温度确定换热器清洗时间为空调系统的运

换热器的清洗3行管理提供了既简单又方便方法。流经换热器的空调水一般为经阳离子交换器处理过的软化水，（2）在保证空调效果的同时降低系统运行的费用。运行温度≤60℃，换热器水侧结垢倾向不明显，可与冷水机组同时清（3）可以根据送风口送风温度与最大送风温度的差值和生产情洗。换热器的风侧长期受送风的冲刷，会产生尘垢。当送风温度增加况适当调整换热器清洗时间，避免出现空调效果不良对商用建筑营

应该进行清洗。3℃时，业的影响。组合式空气处理器、新风机组及风机盘管换热器上的肋片通常参考文献：

[3]

是铝制的，胀接在紫铜管上，清洗时应防止铝、铜材料的腐蚀。[1]李军.我国空调通风系统清洗行业的现状和问题[J].清洗世界，

清洗的药液3.1（7）：2005，21-22.

[4]

（1）配置洗液：水玻璃1%~2%，三聚磷酸钠1%~2%，碳酸钠2%。[2]徐勇.通风与空气调节工程[M].机械工业出版社，66-79.（2）市售洗液：涤尘，按洗液说明配置。[3]雒新峰.供热通风与空调系统运行管理与维护[M].化学工业出版社，

122-124.3.2清洗的方法

[4]窦照英.实用化学清洗技术[M].化学工业出版社，267-271.将配置好的洗液用喷雾器均匀喷入换热器的肋片和铜管，停留

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价值工程

2PWM信号的软件实现方法

基于单片机用软件产生PWM信号的方法是目前比较常用的方法。这里选择ATC51单片机，其晶振频率为12MHz。利用定时器T0，T1的交替工作产生频率为50Hz的PWM信号以P1口的实时数据作为T0，T1定时器初值调整的参数。

所以定时器T0，PWM信号的频率是50Hz则其周期T=20ms，T1

定时时间之和就等于20ms。定时器T0和T1采用工作方式1，用30H和31H单元分别存放定时器T0初值TL0和TH0，32H和33H单元用于存放定时器T1的初值TL1和TH1。

程序流程图如图2所示，其中P1口的实时数据来自于模数转换芯片ADC0808的输出端口。单片机的P2.0口负责输出占空比可

供直流电机的驱动和控制所用。连续调节的PWM信号，

及控制模块，利用Proteus软件绘制的系统仿真原理图如图4所示。

AD转换模块完成将模拟电压量转换为数字量；单片机模块完成对前端AD转换模块输出数字量的实时采集（由P1口负责），并以此为调节参数，产生占空比连续变化的PWM信号并由P2.0口输出；电机驱动及控制模块主要是利用单片机模块产生的PWM信号完成对直流电机的驱动，并利用组合逻辑电路对直流电机驱动芯片L298进行控制，完成直流电机的启停和正反转控制。

3直流电机驱动及控制电路实现

本系统的直流电机采用集成电路L298芯片驱动。L298芯片内

是一种二相和四相电机的专用驱动器，部包含4通道逻辑驱动电路，

可驱动50V、2A以下的电机。L298芯片的引脚图如图4所示。IN1～IN4输入标准TTL逻辑电平信号，控制两个H桥的输出OUT1～

其中IN1和IN2对A桥的输出OUT1和OUT2进行控制，OUT4。IN3

和IN4对B桥的输出OUT3和OUT4进行控制。ENA和ENB分别为

（高电平有效）。SENSA和SENSB接电流检测A桥和B桥的使能端

电阻，以引出电流反馈信号，不需要反馈电流时，该引脚直接接地。

最高可接50V电VCC接逻辑控制的+5V电源，VS接电机驱动电源，

源。OUTl、则当相应的使能OUT2或OUT3、OUT4之间接直流电机，端接高电平，输入端IN1为PWM信号，直流电机正IN2为低电平时，转，反之，直流电机反转。若IN1与IN2相同，直流电机快速停止。逻辑控制电路用于完成对直流电机的启停及正反转控制。实质上是将单片机P2.0引脚输出的可连续调节占空比的PWM信号，按照直流电机正反转和启停要求加到IN1和IN2两个引脚上（本系统采用A桥控制直流电机）。

具体要求是，正反转控制开关闭合，启停控制开关闭合，则控制电路可将P2.0输出的PWM信号加到L298芯片的IN1引脚，而IN2引脚接低电平，直流电机正转运行。反之，直流电机反转运行。在直流电机运行期间可以实现正反转的转换，启停控制开关断开，使IN1和IN2引脚同时为低电平，电机快速停止。

采用组合逻辑电路实现上述控制要求，A表示PWM信号，B表示正反转控制开关，C表示启停控制开关。Y1表示IN1，Y2表示IN2。逻辑控制电路如图3所示。

4无级调速系统构成与系统仿真测试该系统由三个模块组成：单片机模块，电机驱动AD转换模块，

利用Proteus软件进行仿真测试：加载单片机控制程序后启动仿

真，启停控制开关和正反转控制开关闭合，直流电机开始正转运行。通过调节模数转换芯片ADC0808前端的滑动变阻器，使通道IN3的电压发生连续变化，进而实现直流电机速度的连续调节即无级调速。在正转过程中断开正反转控制开关可实现直流电机反转运行，任一时刻断开启停控制开关，直流电机都会停止运行。

5结论

利用Proteus软件设计的直流电机无级调速系统，实现了直流电机的启停、正反转和无级调速控制。仿真结果表明该系统调速范围大，响应速度快，性能稳定。以往大多数的直流电机调速系统中单片机的任务很重，除了产生PWM信号以外，还要负责完成将PWM信号按照一定的控制要求加到电机驱动芯片上，进而实现电机的启停和正反转，这样就增加了单片机程序的复杂性。本系统中，单片机只需完成利用P1采集的实时数据产生占空比可调PWM信号并由P2.0输出。至于如何将PWM信号按照控制要求加到L298芯片上，是由时序逻辑控制电路负责完成，实现了软件控制与硬件控制的有机结合。

参考文献：

[1]周润景,张丽娜.基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真[M]．北京航天航空大学出版社,2006：1-100.

[2]吴国经.单片机应用技术[M].中国电力出版社,2005：178-181.