基于單片機的直流電機PWM調速系統設計

邵陽學院信息與電氣工程學院 王 波 江世明

基于單片機的直流電機PWM調速系統設計

邵陽學院信息與電氣工程學院 王 波 江世明

系統以單片機為核心，采有PWM調速原理，實出了直流電機的正、反轉和調速控制，文章詳細介紹了系統工作原理、電路設計、程序設計。該設計適用于50W以下的中小直流電機。

直流電機；PWM；在線可調速；設計方法

1.直流電機電樞的PWM調壓調速原理

圖1 PWM調速控制原理和電壓波形圖

直流電動機轉速n的表達式為：n=(U-IR)/KΦ

式中：U為電樞端電壓；

I為電樞電流；

R為電樞電路總電阻；

Φ為每極磁通量；

K為電動機參數。

由上式可知，直流電動機的轉速可以通過改變勵磁磁通Φ或改變加在電樞兩端的電壓U實現。由于磁通Φ在低速時受磁極飽和限制，在高速時受換向火花和換向器結構強度的限制，因此現在采用調節電樞電壓來實現調速。圖1所示為直流電機PWM調壓調速原理圖。設加在電機兩端的脈動電壓的占空比為α，則電機兩端的電壓平均值U0為：

改變占空比α就可以改變電機兩端的電壓平均值U0，改變U0就能改變電機的轉速。

圖2 直流電機PWM調速系統電路原理圖

2.直流電機調速系統電路設計

按上述方案設計的電路原如圖2所示：SB1～SB5按鍵與MM74HC30與非門構成帶中斷功能的人機對話接口，當有鍵按下時，系統發出中斷請求，單片機響應中斷后，對P1.3～P1.7進行查詢，在中斷服務程序中實現對相應標置位的置位和清零。系統在正常情況下不斷對標置位進行查詢，根據查詢的結果程序轉向相應的子程序，P1.1、P1.0為輸出端，PWM信號經光電耦合器后信號傳送到電機專用驅動模塊LMD18200。LMD18200內部是一個帶有短路、過載保護的H型驅動電路。

圖3 直流電機PWM調速系統程序流程圖

3.程序設計思路

直流電機PWM調速系統和程序流程如圖3所示。它包含主程序流程、中斷服務程序流程、子程流程三個部分。

4.結束語

通過單片機來實現直流電機PWM調速，能充分發揮單片機的效能，滿足工農業生產和人民生活需要，相對于其他用硬件的方法實現對直流電機的速度調整，具有更大的錄活性和低成本。單片機控制直流電動機運行已成為一種電機控制的常用手段。文中介紹的電路和程序，已在“機器人行走系統”中得到實際應用，取得了滿意的效果。

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王波（1998—），男，重慶綦江人，大學本科，現就讀于邵陽學院信息與電氣工程學院電子信息工程專業。

江世明（1965—），男，湖南新寧人，副教授，碩士生導師，高級工程師，從事電氣控制、嵌入式應用等方面的教學與科研工作。