（论文 字数：18012页数：50）摘　要：由于直流具有良好的线型调速特性，简单的控制性能，较高的效率和优异的动态性能；尽管近年来不断受到交流变频电动机、步进电动机的挑战，但它仍然是大多数调速控制电动机的最优选择。
对电动机的控制分为简单控制和复杂控制两种。简单控制是指对电动机的启动、制动、正反转控制和顺序控制。此类控制可通过继电器、PLC和开关元件来实现。复杂控制是指对电动机的转速、转角、转矩、电压、电流等物理量进行控制，而且有时往往需要非常精确的控制。随着现代技术的发展，人们对自动化的需求越来越高，电动机的复杂控制逐渐成为主流，复杂控制的应用也愈加广泛。本文的主要内容就是用单片机控制直流电动机的复杂控制系统。
既然是单片机控制，那么单片机就是该控制系统的心脏。本文比较详细的介绍了控制所用的C8051F系列单片机的应用性能、特点，以及PWM调速原理和特性等。论述了直流调速系统原理，运用自动控制原理和单片机的相关知识，设计出相应的硬件电路和控制软件，最后分析的系统存在的问题及解决办法，简单的介绍了数字PID在系统中应用

关键词：直流电动机,单片机,PWM,闭环控制,调速,数字PID

目录

摘　要 2
1　绪　论 3
1.1 电力拖动系统的分类 3
1.1.1　开环电力拖动系统 3
1.1.2　闭环电力拖动系统 4
1.1.3　开环系统机械特性和闭环系统静特性比较 4
1.2 单片机对电动机控制所起的作用 6
1.3　直流电动机特点、调速基本原理简介 7
1.4　研究本题的意义及内容 8
本章小结 9
2　驱动电路以及器件选择 10
2.1　单片机的选用 10
2.1.1　C8051F0XX系列单片机的特点 10
2.1.2　C8051F002系列单片机结构组成 11
2.2　整流电路及PWM驱动的选择 14
2.2.1　整流电路的选择 14
2.2.2　PWM驱动系统选择 15
2.2.3　PWM调速原理 16
2.3　反馈元件选择 18
本章小结 19
3　直流电动机的闭环控制设计 20
3.1　单片机控制的受限单极可逆PWM系统 21
3.1.1　硬件部分 21
3.1.2　PWM控制信号的产生 22
3.2　电动机的转速负反馈 25
3.2.1　直流测速发电机与单片机的接口 25
3.2.2　转换程序设计 26
3.2.3　转速控制的实现 27
3.2.4　速度给定 29
3.3　电流截止负反馈 32
3.3.1　电流截止负反馈的组成、原理 32
3.3.2　电流截止负反馈在系统中的实现 33
3.4　电动机的制动 35
3.5　辅助显示和键盘部分 36
本章小结 36
4　数字PID简介 37
4-1　数字PID控制算法 38
4-1-1　位置式PID控制算法 38
4.1.2　增量式PID控制算法 39
4.2　控制参数和采样周期的选择 40
4.2.1　参数选择 40
4.2.2　采样周期选择 41
本章小结 42
5　系统存在问题及解决 43
5.1　转矩波动 43
5.2　系统时钟的有关问题 44
5.3　系统的可靠性及抗干扰的问题 45
5.3.1　系统的可靠性 45
5.3.2　抗干扰问题 45
本章小结 46
6　总　结 47
致　谢 48
参考文献 49

1　绪　论
在当今时代，电动机在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。无论在农业生产、交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、商务与办公设备，还是在日常生活中的家用电器，都大量的使用各种各样的电动机。随着微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术、微机应用技术的发展，使电动机控制技术也得到迅速的发展。电动机的控制部分已经由模拟控制逐渐成为以单片机为主的微处理器控制，形成数字与模拟的混合控制系统和纯数字控制系统。电动机的驱动部分多用到的功率器件经历的几次更新换代，目前开关速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT已经成为主流。功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动机控制方法能够得到实现，脉宽调制控制方法（即PWM和SPWM）、变频技术在直流调速和交流调速中广泛应用。