"直流电机控制系统设计与实现在自动化控制系统中的应用"

《单片机应用系统设计》课程设计报告书 题目名称：直流电机控制系统 所在学院：物理科学与技术学院 专业：电子信息科学与技术 学生姓名：张 伟 160901137 指导老师：陈 磊 摘要： 在当今社会，自动化控制系统已经在各行各业得到了广泛的应用和发展。直流电机驱动控制作为电器传动的主流在现代化生产中起着主要作用。长期以来，直流电动机因其转速调节比较灵活，方法简单，易于大范围平滑调速，控制性能好等特点，一直在传动领域占有统治地位。本课程设计主要通过PWM调速实现直流电机的正转、反转、加速、减速、启停等操作，利用PID控制算法使系统更加快速和稳定。为实现系统的控制，采用了STC15F2K60S2增强型单片机作为整个控制系统的核心部分，配以OLED显示电机速度、AD测量值、电机正反转等参数，实现系统的人机交互功能。 关键词：直流电机控制；PWM调速；PID控制算法；单片机应用系统设计 一、引言 随着科学技术的不断发展，自动化控制技术在各个领域逐渐得到了广泛的应用。特别是在工业生产和制造过程中，自动化控制系统已经成为提高生产效率、节约能源、降低生产成本的重要手段之一。其中，直流电机驱动控制作为电器传动的主流在现代化生产中起着主要作用。直流电机以其调速灵活、控制性能好等优点，在传动领域一直占有统治地位。本课程设计将利用单片机实现对直流电机的控制，通过PWM调速和PID控制算法实现直流电机的正转、反转、加速、减速和启停等功能，同时通过OLED显示相关参数，实现系统的智能化控制。 二、直流电机控制系统设计 2.1 系统功能需求 本课程设计的直流电机控制系统需要实现以下功能： 1. 直流电机的正转和反转； 2. 直流电机的加速和减速； 3. 直流电机的启停控制； 4. 实时显示电机的速度、AD测量值等参数。 2.2 系统设计方案 为实现以上功能需求，本课程设计采用了STC15F2K60S2增强型单片机作为控制系统的核心部分。单片机通过PWM调速控制直流电机的转速，同时利用PID控制算法实现电机的快速和稳定控制。此外，OLED作为显示设备，可以显示电机的速度、AD测量值、电机正反转等参数，实现系统的人机交互功能。 2.3 系统硬件设计 本设计的系统硬件主要包括STC15F2K60S2单片机、直流电机、PWM调速电路、PID控制算法模块、OLED显示模块等。其中，STC15F2K60S2单片机作为控制系统的核心部分，负责实现PWM输出和PID控制算法的运算。直流电机通过PWM调速电路与单片机相连，实现对电机转速的控制。而OLED显示模块则用于实时显示电机的速度、AD测量值、电机正反转等参数。 2.4 系统软件设计 系统软件主要包括PWM调速控制程序和PID控制算法程序两部分。PWM调速控制程序负责实现对电机的正转、反转、加速、减速和启停等操作；PID控制算法程序则用于实现系统的快速和稳定控制。同时，还需要编写OLED显示程序，实现对系统参数的实时显示。 三、系统实现与测试 本课程设计的直流电机控制系统经过硬件和软件的设计后，进行了系统实现与测试。首先进行了硬件连接测试，确认各个模块之间的连接正常稳定；随后实现了PWM调速和PID控制算法的软件编程，测试了系统对电机的快速和稳定控制；最后完成了OLED显示程序的编写，测试了系统参数的实时显示效果。通过测试，系统各项功能均能正常运行，符合设计要求。 四、总结与展望 通过本次课程设计，不仅加深了对单片机应用系统设计的理解，还提高了对直流电机控制系统的设计与实现能力。同时，也对PID控制算法在直流电机控制中的应用进行了深入的研究。然而，本设计还存在一些不足之处，例如在系统的人机交互功能方面可以进一步优化。因此，未来可以进一步完善系统功能，提高系统的稳定性和实用性。同时，还可以考虑将该系统应用于实际的生产制造领域，为现代化生产提供更好的自动化控制解决方案。