摘 要

随着科学技术的发展，直流调速控制得到了越来越广泛的应用，对电机调速性能指标也提出了更高的要求。本文主要研究设计某型船用直流电机的调速控制系统，主要包括主电路、控制电路和功率部分。

随着微机技术的发展，直流调速方式也逐渐发生了变化，数字式直流调速系统应运而生，并且被广泛使用在各个场合中，单片机控制的直流调速系统具有信息处理能力强、抗干扰性强、响应速度快等优点，是传统调速系统所不具备的。本文以单片机STC12C5A60S2为控制核心，利用单片机的PCA模块、A/D转换、故障保护等功能，将硬件与软件相结合，实现全数字直流调速。在控制方面，采用双闭环PWM可逆控制，采用PI调节器，提高调速的静、动态性能。

本文采用IGBT作为功率器件，PWM调压输出，选择IR2110设计完整的驱动电路，利用霍尔传感器完成电流检测，采用增量式光电编码器和数字测速M/T法完成测速电路的软件和硬件设计，为了使电机调速可视化，采用主令控制器以及显示电路。此外，用MATLAB/simulink对直流调速进行模拟仿真。

关键字：STC12C5A60S2；直流电机；调速；Proteus；

Abstract

With the development of science and technology, DC speed control has been applied more and more widely, and higher requirements are put forward for motor speed control performance index. This paper mainly studies the design of a speed regulation control system for a certain marine DC motor, which mainly includes the main circuit, control circuit and power part.

With the development of microcomputer technology, DC speed regulation has gradually changed. Digital DC speed regulation system came into being and is widely used in various occasions. The DC speed regulation system controlled by single chip microcomputer has the advantages of strong information processing capability, strong anti-interference and fast response speed, which is not available in traditional speed regulation systems. This paper takes DSP as the core, and selects the control chip as STC12C5A60S2 chip. It uses the functions of PWM generation, A / D conversion, and fault protection of the single-chip microcomputer to combine hardware and software to achieve full digital DC speed regulation. In terms of control, double closed-loop PWM reversible control and PI regulator are adopted to improve the static and dynamic performance of speed regulation.

In this paper, IGBT is used as the power device, PWM voltage output is selected, IR2110 is selected to design the complete drive circuit, Hall sensor is used to complete the current detection, and incremental photoelectric encoder and digital speed measurement M / T method are used to complete the software and hardware design of the speed measurement circuit. In order to visualize the motor speed regulation, a master controller and a display circuit are used. In addition, the powerful functions of MATLAB / simulink software are used to model the DC speed regulation and complete the simulation.

Key words：STC12C5A60S2 microcontroller；DC motor；Speed governing；Proteus;

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3研究的目的和意义 3

第2章 直流调速系统 5

2.1 调速方法的研究 5

2.2 直流调速系统工作原理 6

第3章 双闭环可逆直流PWM调速系统设计 7

3.1 问题的提出 7

3.2 ACR的设计 9

3.2.1 主电路参数计算 9

3.2.2 ACR参数的计算 10

3.2.3 ACR的仿真 11

3.3 ASR的设计 12

3.3.1 ASR的参数计算 12

3.3.2 ASR的仿真 13

3.4 可逆PWM变换器 14

3.5调速系统simulink仿真 16

第4章 调速系统硬件设计 18

4.1 双闭环PWM调速系统简介 18

4.2 STC12C5A60S2介绍 18

4.3 PWM变换器设计 20

4.4 驱动电路设计 21

4.4.1 PWM波输出电路设计 21

4.4.2 IR2110简介 23

4.4.3 驱动电路原理 23

4.5 数字测速电路 25

4.6 电流检测和过电流保护 27

4.7 主令控制器的设计 29

4.8 显示模块的设计 29

4.9 辅助电源 31

4.9.1 12V稳压电源的设计 31

4.9.2 5V稳压电源的设计 32

4.10 单片机最小系统 33

第5章 调速系统软件设计 34

5.1主程序和初始化 34

5.2 数字PID调节器 34

5.3 显示子程序 36

5.4 测速子程序 36

5.4.1 定时器0的设计 37

5.4.2 计数器1的设计 37

5.5 PWM信号发生程序 38

5.6 Proteus仿真 39

第6章 总结 46

参考文献 47

致 谢 48

附录A 49

附录B 50

第1章 绪论

1.1 研究背景

随着科学技术的发展，电能成为社会中使用最广的能源之一，使得人们的生活离开电能将寸步难行。电能的生产方式有很多种，但是每一种都离不开电机的存在，电机对于电能的制造和运输起到了至关重要的作用。现代电力传动以各种电机为控制对象，以计算机等电子设备为控制手段，用弱电检测控制信息并发发送，用强电执行指令。这是一个多学科交叉的综合学科。电机调速与电力电子技术密切相关，两者互相促进，共同发展，实现了现代的电气控制。

几十年来，电机调速的方式以及所用的设备都发生了很大的改变。最早的调速是以交流电动机拖动直流发电机机组来进行调速的。到了1950年左右，开始研究用水银整流器替代交流电动机来给电动机供电。直流调速系统得到飞速的发展是从晶闸管整流器的使用开始的，这是直流电机调速史上里程碑式的进程。1970年开始，随着新一代电力电子器件的出现，推出了直流脉宽调制变换策略，此种调速方法控制方便，效率更高。现如今，直流调速采用微机实现数字化已成为主要发展方向。