基本信息
- 项目名称：
- 基于PID算法的直流电机调速系统的设计
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本设计方案旨在以STC12C4052单片机和MOS管组成的 H 桥为硬件基础而设计的PID算法直流电机调速系统。STC12C4052单片机能输出两路占空比可控的PWM（脉宽调制）信号，通过改变占空比从而达到直流电机调速的目的。测速传感器采用霍尔传感器测速，通过单片机中断采集传感器产生的脉冲以实现闭环控制。
- 详细介绍：
- PID经典算法广泛应用于工业控制领域，在直流电机调速系统中PID算法起着举足轻重的作用，直流电机具有良好的调速性能,如无级调速、调速范围宽、低速性能好、高起动转矩、高效率等。近年来已广泛应用于家电、汽车、数控机床、机器人等领域。而本设计方案就是以STC12C4052单片机和MOS管组成的 H 桥为硬件基础而设计的PID算法直流电机调速系统。STC12C4052单片机能输出两路占空比可控的PWM（脉宽调制）信号，通过改变占空比从而达到直流电机调速的目的。测速传感器采用霍尔传感器测速，通过单片机中断采集传感器产生的脉冲以实现闭环控制。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本设计旨在利用先进的控制手段和算法提供一种能够实现直流电机快速加速，减速或反转以及准确停止，精确调速的方法。 以STC12C4052单片机和MOS管组成的 H 桥为硬件基础，通过STC12C4052单片机能输出两路占空比可控的PWM（脉宽调制）信号的特点。输出控制信号控制H桥的导通状态实现对直流电机的调速及换向。为保证直流电机具有良好的调速性能，本设计引入了PID数字控制算法。
科学性、先进性及独特之处
- 本设计充分利用STC12C4052单片机具有双输出可控PWM信号的优势及经典数字PID数字控制算法的特点实现了对直流电机的良好调速及换向，延长了直流电机的使用寿命。
应用价值和现实意义
- 本设计提供了一种应用现代控制手段和算法实现对直流电机良好调速和换向的方法，对实际生产与生活中的直流电机的控制具有一定的指导意义。在控制手段和方法不变的情况下修改部分硬件资源可实现对大型直流电机的控制直接应用到大型生产环境中，因此具有一定的现实意义。
学术论文摘要
- PID经典算法广泛应用于工业控制领域，在直流电机调速系统中PID算法起着举足轻重的作用，直流电机具有良好的调速性能,如无级调速、调速范围宽、低速性能好、高起动转矩、高效率等。近年来已广泛应用于家电、汽车、数控机床、机器人等领域。而本设计方案就是以STC12C4052单片机和MOS管组成的 H 桥为硬件基础而设计的PID算法直流电机调速系统。STC12C4052单片机能输出两路占空比可控的PWM（脉宽调制）信号，通过改变占空比从而达到直流电机调速的目的。测速传感器采用霍尔传感器测速，通过单片机中断采集传感器产生的脉冲以实现闭环控制。
获奖情况
- 2011年4月在"挑战杯"山东科技大学第六届学生课外学术科技作品竞赛中荣获三等奖。
鉴定结果
- 无
参考文献
- 【1】吴泽民，王俊，王景。利用单片机产生PWM信号的软件实现方法。 电子技术，2008年第01期 【2】陈景贤。单片机控制的直流电机PWM调速控制器设计。 湛江师范学院学报，2008年第03期 【3】林金阳，王明福。基于MC51单片机的直流电机PWM调速系统。 长春工程学院学报，2009年第03期 【4】高鹏，史晓东，王乐勇。基于DSP的直流电机调速系统数字化设计。 仪器仪表用户，2010年第01期 【5】孙宜，于向东。经济型直流电机PWM闭环调速系统设计。 煤矿现代化，2006年第04期 【6】蒋洪。基于灰色预测PID控制及labview的直流电机调速系统的设计。测控技术，2010年第11期 【7】赵轩，韩毅等。基于PWM控制的模型车用小型直流电机调速装置 。计算机工程与设计，2009年第21期
同类课题研究水平概述
- 直流电机电机的调速与换向是目前国内外众多学者研究的一个热点课题。直流电机由于具有良好的调速、转矩大、易换向等优点在人们的日常生活及生产中发挥着重要的作用，特别在小型家电设备的控制中的应用尤为明显。随着计算机技术、电子技术、控制技术等的飞速发展，国内外关于直流电机的调速的研究越来越多，不断推出新技术和新方法。 在国外，脉宽调制信号（PWM）源于上世纪九十年代，其思想源于通信技术，但随着现代电子技术的发展使得PWM理论越来越成熟，其发展的速度越来越快速。已经取代传统的可控硅电机调速系统。由原先的“电机控制”“电气传动”已发展到“运动控制”的新阶段。于是对直流电机的动态调制出了越来越高的要求，并迅速推动了直流电机产业的发展。 在国内脉宽调制信号（PWM）的理论基础虽已逐渐成熟，但在应用上，国内外差距也很大。PWM调速系统的应用是近年来才开始的。但其发展速度很快，各种算法与控制方法在直流电机中得到了充分的利用。
