基于STM32-PID闭环控制调速系统.docx

《基于STM32-PID闭环控制调速系统.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于STM32-PID闭环控制调速系统.docx（25页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、课程设计报告课程：运动控制系统实践题目：基于STM32-PID闭环控制调速系统专业班级：机器人201姓名：指导教师：完成周数：目录第1章绪论1第2章课程设计方案11. 1概述12. 2系统组成总体结构1第3章硬件设计13. 1STM32单片机控制器13.3 变压模块53.4 1.ED显示模块53.5 按键控制模块63.6 霍尔编码器和直流电机7第五章实物展示135.1样品正面135.2样品反面13第6章课程设计总结14附录16一.绪论传统的控制系统采用模拟元件，虽在一定程度上满足生产要求，但是因为元件容易老化，在使用中易受外界干扰影响，并且线路复杂、通用性差，控制效果受器件性能、温度等因素的影

2、响，故系统的运行可靠性及标准性得不到保证，甚至出现事故。而如今首先实现了整流器的更新换代，以晶闸管整流装置取代了习用已久的直流发电机电动机组及水银整流装置使直流电气传动完成了一次大的跃进。大功率直流调速系统通常采用三相全控桥式整流电路对电动机进行供电，从而控制电动机的转速。同时，控制电路已经实现高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技术的应用，使直流调速系统的性能指标大幅提高，应用范围不断扩大。直流调速技术不断发展，走向成熟化、完善化、系列化、标准化，在可逆脉宽调速、高精度的电气传动领域中仍然难以替代。直流调速是指人为地或自动地改变直流电动机的转速，以满足工作机械的要求。从机械特性上看,就是

3、通过改变电动机的参数或外加电压等方法来改变电动机的机械特性,从而改变电动机机械特性和工作特性机械特性的交点,使电动机的稳定运转速度发生变化。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，在轧钢机、矿井卷扬机、挖掘机、高层电梯等需要高性能可控电力拖动领域应用历史悠久。二.课程设计方案2. 1概述本综合实践是本专业必修实践课程通过本综合实践，增强对机电传动部件的感性认识，培养学生综合分析问题的能力和实际动手能力。通过本课程的学习，对机械电子工程专业10.2,能通过口头及书面方式就复杂工程问题与同行进行有效沟通，陈述自己的想法。通过本综合实践，从理论学习和实践的角度了解机电传动系统，增

4、强对机电传动部件的感性认识，熟悉机电传动系统各部件的结构、工作原理和传动系统的基本分析方法。掌握机电传动系统常见故障分析和排除方法，掌握一般机电传动系统的初步设计和性能分析能力3. 2系统组成总体结构本系统主要由STM32单片机控制器、电机驱动模块、变压模块、1.ED显示模块、霍尔编码器、按键输入模块和直流电动机构成。系统由按键输入给定转速,给定值与接口电路接收的转速反馈信号及电流反馈信号形成偏差，由单片机控制器分别进行转速和电流的PID调节，输出控制信号经数模转换作为触发整流电路的控制电压，调节整流输出电压以调节直流电动机的转速，使转速尽快达到给定值并实现无静差，并实时显示电机转速。系统结构

5、图如下图2.3所示。图2.3系统结构框图三.硬件设计4. 1STM32单片机控制器闭环直流调速系统的控制功能简单，选择单片机STM32作为主控制器，STM32是一款由意法半导体公司生产的32位微控制器，基于ARMCortex-M内核开发。STM32单片机旁边的一排金属针脚就是引脚，分为电源、时钟、控制和其他功能。其中，ST表示意法半导体公司，M表示微控制器，32表示32位。单片机的使用领域广泛，从家用电器和通讯设备到智能仪表以及导航系统都有应用。STM32单片机的型号命名规则为2FFF3103R,其中2FFF代表芯片子系列，3103代表增强型系列，R代表引脚数，B代表内嵌FlaSh容量。STM

6、32单片机如下图3.1.1所示,STM32单片机样图如下图3.1.2所示。产匐2I2223x25Ar2aAn3lcl3x“MnA4D12J4S789MU12I3MIS岫I7M193DSTM32F103C8T6主控图3.1.1STM32单片机系统电路图3.1.2STM32单片机样图3.2电机驱动电机控制模块的功效是操纵电动式车子的起动运作、胜败速率、上坡力度等行车情况，或是将协助电动车子刹车踏板，并将一部分刹车踏板动能储存到动力锂电池中。1、电机控制模块具有制动感恩回馈作用，当全车刹车踏板制动时，电机控制模块根据制动感恩回馈将电磁能存有动力锂电池中，提升里程数。2、放流坡作用是以便防止有半坡起步

7、时，当制动脚踏板向油门转换的全过程中车子后溜，当发觉车子后溜时，电机控制模块进到防溜坡转态，控制板全自动调节转距输出在线客服车子因作用力造成的后溜。电机控制模块还具有巡航定速作用，不在踩油门的状况下，电机控制模块可输出扭矩全自动依照VCU设置时速，维持车子以固定不动的速率行车，以节约司机精力，提升安全驾驶感受。电机控制模块操作温度范畴：-4085,在其中65C之上便会开展限定输出功率输出。环境湿度规定，承继控制板在空气湿度不超过95%的状况下会一切正常工作中，应在其外表温度小于漏点的状况下，及电机控制模块在表层造成冷疑也可以安全生产工作，在海拔高度三千米下列能够一切正常工作中，在其中防污防水级

8、别IP67。电机特性小车前进的动力是通过直流电机来驱动的，直流电机是最早出现的电动机,也是最早能实现调速的电动机。长期以来，直流电动机一直占据着调速控制的统治地位。它具有良好的线性调速特性，简单的控制性能，较高的效率，优异的动态特性。系统选用的大谷基础车的260马达作为驱动电机。其额定电压为3-12V,额定功率0.02KW,额定转速3000rmin。近年来，直流电动机的结构和控制方式都发生了很大变化，随着计算机进入控制领域，以及新型的电力电子功率元件的不断出现，使采用全控制型的开关功率元件进行脉冲调制(PulseWidthModulation简称PWM)控制方式已经成为主流，这种控制方式容易在

9、单片机控制中实现。PwM技术的具体有以下5点：1.调速范围宽，可以使电机安全地工作在每分钟几转到全速运转；2 .效率高，电源能源损耗小；3 .易于数字量控制；4 .应用广泛，PWM技术不仅可以用在电机调速，还可以在直流电压、5 .交流变频控制等领域有很大应用。驱动模块电路图如下图3.1.1所示，驱动模块样图如下图3.1.2所示。“Q:-MTB6612电机驱动图3.2.1驱动模块电路图MU39u(H8msoaIoaHaWSTKMMXE661三三三三NG3612F詈1藐KNNMWSTIllllWIg电a2的用I日由SHI8，anwq=图3.2.2驱动模块样图TB6612FNG的工作原理：I.电源接

10、入：将电源正极连接到电机驱动模块的VeC引脚，将电源负极连接到GND引脚。这样可以提供工作电压供电。2 .电机连接：将要控制的直流电机的两个端口连接到电机驱动模块的OUTl和0UT2弓I脚，或者0UT3和0UT4引脚，具体连接方式取决于电机的运行方式和控制需求。3 .控制输入：通过微控制器或其他控制设备，将控制信号引脚（如AIN1、AlN2、BlN1、BIN2等）连接到电机驱动模块的相应引脚。通过改变这些控制信号的状态，可以控制电机的转向和速度。4 .PWM调制：使用脉冲宽度调制（PWM）信号来控制电机的速度。通过改变PwM信号的占空比，可以改变电机的平均电压和速度。5 .逻辑控制：TB661

11、2FNG电机驱动模块具有内置的逻辑电路，根据输入的控制信号和PWM信号状态，控制相应的H桥开关打开或关闭，从而控制电机的电流和转向。6 .保护功能：TB6612FNG电机驱动模块通常具有过流保护和过热保护功能。当电机的电流或温度超过设定阈值时，保护电路会自动停止电机的运行，以防止电机和驱动器受到损害。TB6612FNG电机驱动模块通常由驱动芯片、电源接口、引脚接口和保护电路等组成。它广泛应用于机器人、智能车、无人机以及自动化控制等领域，为直流电机提供了可靠的驱动和控制。通过控制信号，可以实现直流电机的双向运动、速度调节和停止等功能。3.3变压模块本设计的变压模块我们采用的是1.M2596SDC

12、-DC降压模块如图3.3.1所示,选择的输入电压范围是6.5V36V输出电压是稳定的5V01.M2596S是一种常见的DC-DC降压模块，它是一种集成电路，可将高电压转换为较低电压。+12V转5V0图3.3.1变压模块电路图图3.3.2变压模块样图3.41.ED显示模块为使线路简单，工作可靠，装置体积小，本设计采用KJ004组成的六脉冲集成触发电路。触发电路根据给定的控制电压，输出相应的触发脉冲信号，分别控制三相晶闸管整流电路的晶闸管触发端，改变导通角以实现调节直流电动机的供电电压。a相触发电路图如下图3.4所示。0.96O1.ED屏幕图3.4.11.ED显示模块电路图图3.4.21.ED显示

13、模块样图3. 5按键控制模块我们采用了开关式按键输入方式如图2-6所示,通过按键输入信号给STM32控制器控制转速的加减。开关式输入：按键在按下和释放时会产生一个二进制状态变化。按下时，电路闭合，输入为高电平或1；释放时，电路断开，输入为低电平或0。按键变量输入可以通过设备或系统进行解码和处理，从而执行特定的操作或修改变量值。图3.5.1按键控制模块电路图图3.5.2按键控制模块样图按键连接电阻和电容的主要原因有以下几点：1 .限制电流：电阻可以限制电流的流动。通过连接电阻，当按键按下时，电流可以受到限制，防止电路中电流过大而导致损坏。2 .平滑电流：电容器可以平滑电流的波动。由于电容器具有储

14、存电荷的能力，可以通过连接电容器来平滑电流的变化，以稳定电路的运行。3 .延迟响应：电容器可以延迟电路的响应时间。电容器通过存储和释放电荷，可以在启动或关闭电路时提供额外的时间来激活或解除电路的响应。4 .调整频率：电容和电阻的组合可以调整电路的频率响应。通过选择适当的电容和电阻值，可以调整电路对特定频率的响应，实现滤波、增益等功能。需要注意的是：按键变量输入通常受到输入响应速度、按键反馈和稳定性等因素的影响。因此，在设计和使用按键输入时，需要考虑这些因素以确保准确和可靠的数据输入。3.6霍尔编码器和直流电机我们采用了霍尔编码器是和直流电机固定在一起，霍尔编码器(HaIlencoder)是一种

15、用于检测轴或物体位置和角度的装置。它由霍尔传感器和磁极组成。霍尔传感器通常安装在旋转轴上，而磁极则固定在旋转或移动的物体上。通过测量霍尔电压的变化，霍尔编码器可以实时准确地获取物体的位置和角度信息。采用JGB37-520(DC12V1100RPM)直流减速电机如图2-5所示，这种电机通常用于一些需要高扭矩和低速运转的应用。o霍尔编码器图3.6.1霍尔编码器电路图图3.6.2霍尔编码器和直流电机样图霍尔编码器相比其他位置或角度检测装置具有以下优点：1.高精度：霍尔编码器可以提供非常高的位置和角度测量精度，通常可以达到亚毫米或亚度的级别，适用于对位置和角度要求较高的应用。2 .高速度：由于霍尔传感器能够快速检测和转换磁场变化为电信号，霍尔编码器能够快速响应并提供高速度的位置和角度测量，适用于高速旋转或移动的应用。3 .高可靠性：霍尔编码器不受灰尘、油污等外界环境因素的影响，能够在较恶劣的工作环境下稳定工作。4 .不受机械磨损影响：相比于接触式编码器，霍尔编码器是非接触式的，传感器与磁极之间没有直接的物理接触，因此不会出现因机械磨损导致测量精度下降的情况。5 .简单的安装和调整：霍