基于ARM的直流电机可逆调速控制器的研制

摘要

直流电机具有优越的起动和制动性能，且控制简单、技术发展成熟，适用于需要在大范围内实现平滑调速的场合。近年来，虽然交流电机技术发展迅猛，但是在高性能可控电力拖动的工业生产领域中，直流电机仍然具有举足轻重的地位。本文以冷轧管机应用为背景，结合国产调速器技术发展和应用需求，设计了一款基于ARM的直流电机可逆调速控制器。该控制器具有高性能和较低的成本的特点，旨在替代国外的同类产品，有助于提高国产直流调速控制器的技术水平，更好地满足应用需求。
　　本文首先简要论述了直流电机的控制原理，对可逆调速的控制方法进行了讨论，并采用MATLAB/Simulink工具对可逆调速运行过程进行了仿真分析。在此基础上，结合实际需求提出了基于ARM的直流电机可逆调速控制器的设计方案。以STM32F103RBT6和EPM1270为核心架构，设计了包括转速和电流信号检测电路、开关和过零信号检测电路、触发脉冲输出电路、人机交互电路等部分的控制器硬件电路，并根据抗干扰的原则完成了PCB布线。在硬件装配和调试的基础上，完成控制器的软件设计。移植了μC/OS-Ⅱ嵌入式实时操作系统，采用分层设计的方法，首先完成各个硬件模块的驱动程序设计和调试，并根据调速控制器所要实现的功能，把应用程序分成多个任务并合理调度，有效利用了微控制器的资源和运行能力，提高了系统的实时性。在完成控制算法编程和应用功能开发后，在实验室构建了实验装置，完成了直流电机调速控制实验，结果表明该调速控制器设计达到了预期的性能指标。
　　最后对论文的研究工作进行了总结，并对今后的工作提出了建议。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 课题研究背景及意义

1．2．1 国内外可逆直流调速控制器研究现状

1．2．2 课题的研究内容

1．3 课题的章节安排

第二章 系统设计

2．1 直流电机的调速控制

2．1．1 三相全控整流电路

2．1．2 电机的双闭环控制

2．2 可逆直流调速系统

2．2．1 可逆运行

2．2．2 可逆调速系统的四象限运行分析

2．2．3 环流分析

2．3 可逆直流调速器方案设计

2．3．1 可逆直流调速器的数字化

2．3．2 功能与性能指标

2．3．3 控制平台的选择

2．3．4 操作系统选择

第三章 硬件设计

3．1 系统总体硬件结构

3．2 控制平台核心电路

3．2．1 STM32核心电路

3．2．2 EMP1270核心电路

3．3 模拟信号测量电路

3．3．1 信号的变换

3．3．2 CD4051开关电路

3．3．3 AD转换电路

3．4 开关信号输入电路

3．5 过零转换电路

3．6 晶闸管脉冲触发电路

3．7 人机交互电路

3．7．1 按键与LED

3．7．2 液晶显示

3．8 电源

3．9 电路板设计

3．10 逻辑电路

3．10．1 VerilogHDL语言

3．10．2 逻辑电路设计

第四章 软件设计

4．1 驱动程序设计

4．1．1 按键驱动程序

4．1．2 LCD驱动程序

4．1．3 多路开关驱动程序

4．1．4 LED驱动程序

4．1．5 CPLD寄存器访问驱动程序

4．2 μC／OS-Ⅱ操作系统的移植

4．2．1 μC／OS-Ⅱ操作系统的介绍

4．2．2 移植μC／OS-Ⅱ

4．3 应用程序设计

4．3．1 应用程序的初始化

4．3．2 双闭环计算任务

4．3．3 参数测量任务

4．3．4 按键任务

4．3．5 流程控制任务

4．3．6 LCD显示任务

4．3．7 中断服务程序

4．4 双闭环PI控制算法的实现

4．4．1 PI控制器流程

4．4．2 PI控制算法的改进

第五章 系统调试与实验

5．1 系统调试

5．1．1 硬件调试

5．1．2 软件调试

5．2 功能实验

5．2．1 人机界面

5．2．2 按键操作流程

5．3 系统实验

5．3．1 模拟实验

5．3．2 逻辑控制器DLC的验证

5．3．3 电机实验

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢

参考文献

附录