直流电机调速监督控制系统 主讲：杨林 Page 1
实验目的 1.熟悉了解直流电机的工作原理。 2.巩固闭环控制系统的基本概念。 3.了解闭环控制系统中反馈量的引入方法。 4.掌握PID数字化调速的方法和编程。
设计思路 系统采用监督控制系统的结构形式，通过在上位机(SSC计算机)中运行的Labview界面程序，修改下位机(DDC控制器即单片机)的设定值(给定量)，显示执行器输出量(PWM波占空比)和电机转速(被控量)的实时曲线。从而形成一个SCC+DDC的分级控制系统。
设计原理图
系统分析 SSC计算机部分 DDC调节器部分 Page 5 上位机采样Labview，编程简单，界面精美，能够实时发送控制信号，设定值和接收生产过程参数曲线，通过计算机记录，显示，打印。 Labview的控制设计工具包，包含PID控制，模糊控制，神经网络等，可以直接进行数字控制器的运算。 通过Labview的CIN节点进行C语言数字控制器和Matlab的脚本的调用可以更好的设计调试出更好的数字控制器。 DDC调节器部分 单片机内的C语言程序完全模块化，可实现多个数字控制算法的切换。 捕获方式的高精度宽量程的等精度频率测量程序，能够精确的把编码器的方波信号转换成转速值。 内置8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP 封装) 的ADC ，可扩展为模拟量输入通道 Page 5
控制对象 直流电动机具有良好的起、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域得到了广泛的应用。 设计所选电机为三美5-12V直流电机，此直流电机为有刷电机，其的定子上安装有固定的主磁极和电刷，转子上安装有电枢绕组和换向器。直流电源的电能通过电刷和换向器进入电枢绕组，产生电枢电流，电枢电流产生的磁场与主磁场相互作用产生电磁转矩，使电机旋转带动负载。
控制对象实物
执行器 L298N是ST公司生产的一种高电压、大电流电机驱动芯片。该芯片采用15脚封装。主要特点是：工作电压高，最高工作电压可达46V；输出电流大，瞬间峰值电流可达3A，持续工作电流为2A；额定功率25W。内含两个H桥的高电压大电流全桥式驱动器，可以用来驱动直流电动机和步进电动机、继电器线圈等感性负载；采用标准逻辑电平信号控制；具有两个使能控制端，在不受输入信号影响的情况下允许或禁止器件工作有一个逻辑电源输入端，使内部逻辑电路部分在低电压下工作；可以外接检测电阻，将变化量反馈给控制电路。使用L298N芯片驱动电机，该芯片可以驱动一台两相步进电机或四相步进电机，也可以驱动两台直流电机。
执行器实物
检测变送 光电编码器，是一种通过光电转换将输出轴上的机械几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器。这是目前应用最多的传感器，光电编码器的工作原理如图所示，在圆盘上有规则地刻有透光和不透光的线条，在圆盘两侧，安放发光元件和光敏元件。当圆盘旋转时，光敏元件接收的光通量随透光线条同步变化，光敏元件输出波形经过整形后变为脉冲，码盘上有之相标志，每转一圈输出一个脉冲。此外，为判断旋转方向，码盘还可提供相位相差90º的两路脉冲信号，这种就是AB相编码器。
检测变送实物
DDC调节器 采样ATmega16A的AVR单片机构成的最小系统。这款单片机拥有16K字节的系统内可编程Flash(具有同时读写的能力，即RWW)，512 字节EEPROM，1K 字节SRAM，32 个通用I/O 口线，32 个通用工作寄存器，用于边界扫描的JTAG 接口，支持片内调试与编程，三个具有比较模式的灵活的定时器/ 计数器(T/C),片内/外中断，可编程串行USART，有起始条件检测器的通用串行接口，8路10位具有可选差分输入级可编程增益(TQFP 封装) 的ADC ，具有片内振荡器的可编程看门狗定时器，一个SPI 串行端口，以及六个可以通过软件进行选择的省电模式。
DDC调节器实物
数字PID控制程序
完整的下位机控制部分
串口通信和蓝牙模块
上位机Labview的程序框图
上位机Labview 的前面板
系统调试 定值控制曲线
The End