＜＜电机与拖运课程＞＞__基于单片机控制的他励直流发电机系统方案

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1、word完美格式基于单片机控制的他励直流发电机系统精心整理学习帮手word完美格式摘要系统采用AT89S52作为控制器(MCU)核心,实现可控的他励直流发电机设计。核心的电压控制采用PWM控制IGBT原理，进而实现压控电压的功能。同时运用光耦电路实现大电压AD采样。控制算法使用模糊PID算法，整个系统的软件设计基于RTX51嵌入式多任务实时操作系统（RTOS），最后利用RS232串口实现与PC机通信，调用MATLAB软件设计GUI接口，从而实现远端的PC机控制。从而实现系统的实时性，鲁棒性，智能化。关键字：AT89S52,PWM,IGBT,

2、MATLAB,RTX51,模糊PID，光耦题目基于单片机控制的他励直流发电机系统系统状况：原动机拖动电机旋转，他励Ufn=100V要求：基于MCU控制的励磁控制系统具体指标：①输入电压A/D闭环控制②有键盘显示③发电机输出电压可控，各启动阶段时间U输出可变④励磁线圈驱动采用功率管，GTR，MOSFET,IGBT等。较高要求：①扩展EEPROM，可存储参数②A/D端采用线性光耦，输入Ui与系统不共地精心整理学习帮手word完美格式一、设计方案选择1核心控制单片机方案一：C8051F020系列单片机。该单片机内部集成了多种模块如D/A，A/D,

3、UART等模块，可以减少我们外围电路的设计。然而其成本较高，对于我们的系统不需要用到如此高性能的单片机，故放弃该方案。方案二：FREESCALE系列单片机。该系列单片机也是集多种模块为一体。尤其是集成了PWM模块，能够直接编程输出控制电机的PWM信号。然而该系列单片机的费用也相对较高，因此我们也放弃该单片机。方案三：采用ATMEL公司的AT89S52单片机。由于我们在课堂上学到的大多为51系列单片机，同时AT89S52的单片机也能很好的满足我们系统的需要。如我们可以通过其内部定时器产生PWM控制信号等。与此同时，AT89S52单片机的价格低

4、廉，所以我们决定采用AT89S52作为我们的控制核心。2人机交互模块方案一：采用数码管以及开关式按键。采用数码管和开关式按键的设计方案，在软件设计方面会相对简单，但是显示和控制的信息量相对较小，针对本系统，我们不采用该设计方案。方案二：采用字符型LCD以及矩阵式键盘。采用字符型LCD编程方便，且能满足一定的输出要求，同时用矩阵式键盘，能增强控制系统的输入功能。故采用此方案。2A/D转换芯片方案一：采用ADC0809并行8位AD转换芯片。ADC0809使用方便，编程也相对容易，但是由于采用并口，会大大占用单片机的IO口，增加硬件设计难度，故放

5、弃此方案。方案二：采用ADC0832串行8位AD转换芯片。ADC0832的接口设计简单，且在精度方面能满足我们的需要，转换速度也能满足要求，故采用此方案。二、设计方案的实现：I硬件电路设计：㈠发电机控制电路针对发电机的工作特性，我们采用控制励磁电压的方法最终完成对发电机输出电压的控制，具体推导如下：设输出电压发电机感应电动势电枢电流电枢绕组阻值负载电阻励磁电流励磁电压精心整理学习帮手word完美格式励磁回路电阻电势常数主磁通电机转速对于输出电压当忽略磁路饱和为比例常数，它由直流发电机的磁化曲线决定从而得到了与的线性关系，从而将控制转化为控制

6、对于的控制我们采用现在单片机控制的PWM控制方法根据IGBT的快速通断以及PWM控制产生平均电压原理即（为PWM高电平时间，为一个时钟周期，为励磁绕组额定电压）通过控制PWM的高电平时间，控制的电压值即在实际电路中，我们通过全桥整流滤波电路，从市电50HZ、220V交流电路得到100V的直流电压，然后通过PWM控制信号控制IGBT管通断实现电压值的控制。精心整理学习帮手word完美格式根据电路仿真由于IGBT需要输入的PWM信号幅值为5V,而单片机的I/O端口输出的电压幅值无法达到。故我们采用电压比较器LM311构建电压比较电路，增大单片机

7、的驱动能力，使单片机能输出最高电压为5V的PWM信号，从而实现单片机的脉宽调制。具体电路如下：(图1PWM控制电路)(图2PWM控制励磁电压电路)精心整理学习帮手word完美格式(图3单片机输出电压变换电路)㈡AD采样电路由于发电机的输出电压值很大，而我们所用的AD转换芯片的参考电压小于该电压值。为此我们采用光电耦合电路实现电平转换，进而能够将合理的电平电压输入AD芯片，实现AD转换。采用光电耦合电路不仅能实现电平转换，同时能使输入端与输出端不共地，增强系统的抗干扰能力。经过multism仿真测试，在110V~220V输入的情况下光耦的输出

8、为114mV～224mV之间，为了增大电压值，我们通过同相比例放大器将信号放大20被，使输入到AD输入端的电压信号的范围在0～5V之间。在测试的过程中，我们发现光耦两端的输入电压