论文总字数：15030字

摘 要

传统的直流调速系统，多是由模拟电子器件构成，所以它的抗干扰性能比较差，电路复杂，而且容易老化。随着一些高速处理器件及电力电子开关器件的研发，数字控制电机调速的系统得以实现，为电机的调速提供了更大的灵活性以及提高了其速度控制的准确性。

近年来，随着科技不断发展，微机控制技术迅速崛起。越来越多的数字化直流控制系统得到了人们的广泛使用。本论文通过利用MiniSTM32单片机设计了一个数字式直流双闭环调速控制系统。对其运行原理及性能进行分析，并利用MATLAB软件中的SIMULINK组件对设计中的转速调节器及电流调节器进行了仿真分析。对系统的硬件电路组成进行了分析。

关键词：数字式 双闭环 MiniSTM32单片机 调速

Research on Digital DC Double Closed Loop Speed Control System

ABSTRACT

The traditional DC speed control system, mostly by the analog electronic components, so its anti-jamming performance is relatively poor, the circuit is complex, and easy to aging. With the development of some high-speed processing devices and power electronic switching devices, digital control motor speed control system can be achieved for the motor speed to provide greater flexibility and improve the accuracy of its speed control.

In recent years, with the continuous development of science and technology, microcomputer control technology is rapidly rising. Digital, intelligent DC speed control system has been widely used. This paper designs a digital DC double closed-loop speed control system by using MiniSTM32 single chip microcomputer. Analyze its operation principle and the performance, and obtain the simulation and analysis of Speed Regulator and Current Regulator in Design by Using SIMULINK component in MATLAB software. The hardware circuit composition of the system is analyzed.

Keywords: Digital; Double closed loop; MiniSTM32 microcontroller; Speed control

目录

摘要 Ⅰ

ABSTRACT Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 数字式双闭环控制系统的发展史 1

1.3 数字式双闭环调速控制系统的研究目的与意义 2

第二章 数字式双闭环控制系统的设计与计算 3

2.1 系统的调速参数计算 3

2.1.1 直流电动机的转速分析 3

2.1.2 系统转速控制的性能指标 3

2.2 数字式双闭环直流调速系统 4

2.2.1 系统的原理与框架 4

2.3 系统电流调节器的设计 5

2.3.1 时间常数的计算 6

2.3.2 选择合适的电流调节器 6

2.3.3 电流调节器参数的计算 6

2.3.4 检验电流调节器是否满足近似条件 6

2.3.5 电流调节器电阻及电容的公式计算 7

2.4 转速调节器的设计 7

2.4.1 时间常数的计算 7

2.4.2 选择合适的转速调节器 8

2.4.3 转速调节器参数的计算 8

2.4.4 转速调节器近似条件的检验 8

2.4.5 转速调节器电阻及电容的公式计算 8

2.4.6 检验转速调节器的超调量是否满足条件 9

2.5 调节器的离散化 9

2.5.1 位置型数字PI控制器算法 9

2.5.2 增量型数字PI控制器算法 10

2.6 信号的采样、量化和保持 10

2.6.1 信号的采样 10

2.6.2 信号的量化 10

2.6.3 采样保持器 11

第三章 电路硬件设计 12

3.1 系统主电路的设计 12

3.2 系统控制电路的设计 12

3.2.1 PWM脉宽调制的基本原理 12

3.2.2 单片机控制的PWM可逆直流调速系统 13

3.2.3 Mini STM32单片机 13

3.3 系统驱动电路的设计 14

3.4 系统保护电路的设计 15

3.4.1 限流电阻 15

3.4.2 泵升电压的限制 15

3.5 系统信号检测电路的设计 16

3.5.1 光电编码器 16

3.5.2 M/T测速法原理 17

3.5.3 电流检测电路 18

3.5.4 A/D转换器 18

第四章 系统软件设计 20

4.1 主程序模块设计 20

4.2 初始化子程序模块设计 21

4.3 定时器子程序模块设计 21

4.4 串口子程序模块设计 22

4.5 输出波形图 23

第五章 电流环与转速环的仿真 26

5.1 电流环的仿真 26

5.2 转速环的仿真 28

结语 30

参考文献 31

致谢 33

第一章 绪论

1.1引言

常规的速度调节系统能够按照电机拖动方法的不同，分成AC与DC调速两个类别。由于直流调速系统的电压、电流和磁通的耦合度较交流调速系统而言更弱一些，所以直流调速系统拥有更好更稳定的运行、控制特性以及更大的调速范围。也正是凭借这些优势，直流调速系统自被研发出来后就一直受到人们的广泛应用，并一直在自动调速系统的应用中发挥主要作用。

在大部分常规的直流速度调节系统中，控制模块基本上都是由一些模拟器件构成。然而以这些模拟器件组成的控制模块抗干扰性能比较弱，电路结构复杂，制作成本又很高，虽然可以在一定程度上满足人们的生产需要，但其运行起来没有相对可靠的稳定性。

随着时代的不断发展，微机控制技术发展的愈发成熟。以其为主核的数字调速系统也渐渐取代了模拟调速系统，成为了人们日常生产中的主流调速系统。

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