基于PWM技术的风扇调速设计开题报告

1. 研究目的与意义

现在电气传动的主要方向之一是电机调速系统采用微处理器实现数字化控制，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。它广泛应用于数控机床、工业机器人等工厂自动化设备中。随着现代化生产规模的不断扩大，各个行业对直流电机的需求愈益增大，并对其性能提出了更高的要求。为此，研究并制造高性能、高可靠性的直流电机控制系统有着十分重要的现实意义。

2. 国内外研究现状分析

国外于60年代已开始注意pwm伺服控制技术，起初用于飞行器中小功率伺服系统。1964年a.schonung和h.stemmler^[11]首先提出把pwm技术应用到电机传动中从此为电机传动的推广应用开辟了新的局面。70年代后期，pwm驱动装置被较为广泛地使用在中等功率的直流伺服系统上。到80年代，pwm驱动在直流伺服系统中的应用已经普及。最近从国外引进的高精度伺服系统大都采用pwm伺服控制。现在各工业先进国家竞相发展pwm伺服机构，如美国公司kollmorgen^[12]公司inland电机部为本公司所生产的直流伺服电机研制了各种hrb-and pwm驱动装置；日本的安川电机为数控机床研制了cpcr-mr-n 型晶体管pwm驱动装置，其yasnacb系列新的数控装置都采用cpcr-mr-n pwm驱动；德国aeg公司为坦克火炮稳定器、舰载平台、雷达天线、自行火炮等伺服系统研制geadrive系列晶体管pwm驱动装置^[13]，对于近20t重的大惯量坦克武器，其低速平稳跟踪速度优于0.2mrad/s,0.785rad/s,打破了长期以来电液驱动垄断大功率武器伺服系统的局面^[14]。当然，其他国外生产制造直流pwm驱动装置的厂家还很多，美国的ge、哥德、盖梯司公司，日本的三菱电机、东荣电机、fanuc、tosnuc公司，意大利的奥利维蒂公司，德国的西门子公司，瑞士的bbc公司，英国的lucas公司，法国的cem公司等都有他们自己的系列产品，其中大部分用于机床数控伺服系统和机器人驱动系统^[15]。目前国外公司达到的制造水平是输出电压320v，电流300a，调制频率1～10khz,调速范围达1：104，输出转矩150nm^[16]。

国内有些高校，研究所和工厂在70年代末期相继开展了pwm系统的研究，就pwm控制电路、驱动电路、功率转换电路以及系统的分析和设计作了不少工作，取得了一些研究成果，在一定的范围内达到了工业推广水平。1986年5月中国电工技术学会电控系统与装置专业委员会召开了一次全国性的直流pwm控制技术学术交流会，为推动我国pwm技术的发展做出了贡献^[17]。

由于目前受能制造出的大功率晶体管的电压及电流等级的限制，以它为功率转换元件的pwm系统，在国内仅能做到几十瓦到十几千瓦，电压达到220v，应用于数控机床、精密机床、仿型机床、重型机床的进给，机器人驱动装置及精密速度控制中，也用于军用雷达天线驱动、天文望远镜驱动火炮和导弹发射架驱动等快速跟踪高精度伺服系统中^[18]。直流斩波调速在电气车辆上也得到较广泛的应用，所用元件多是晶闸管系列，功率可做得较大，但调制频率低^[19]。近一二年来，巨型功率晶体管的电压与电流等级日益提高，制造出的pwm驱动装置的容量也越来越大^[20]，应用范围日益广泛。在一定功率范围内，由它取代晶闸管驱动装置，已成为明显趋势。

3. 研究的基本内容与计划

本课题以stc12c5a60s2单片机为核心，通过单片机控制，c语言编程实现对直流电机pwm调速。课题的设计内容为直流电动机在风扇调速的应用，本直流电机调速系统利用stc12c5a60s2单片机产生pwm波，根据pwm调速的基本原理，通过调整直流电机电枢上电压的占空比来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速，实现对直流电动机的调速，并通过单片机控制速度的变化。

系统硬件设计以单片机为控制器，包括电机驱动电路、电机测速电路、独立按键电路、数码管模块电路。本次毕业设计主要实现对电机的加速、减速、设置转速为15转/秒、设置转速为50转/秒的控制，其中加速和减速的精度为1转/秒。本系统主要由单片机最小系统模块、电机驱动模块、电机转速测量模块、转速显示模块及按键控制模块组成。总体结构如图1所示。

4. 研究创新点

PWM-脉冲宽度调制技术，通过对微处理器输出的一系列数字脉冲宽度进行调制，等效地获得模拟电路所需的波形，从而实现对模拟电路控制的一种有效技术。采用PWM技术可以避免传统调速系统模拟电路容易随时间飘移、产生一些不必要的热损耗、以及对噪声敏感等缺点，并且PWM调速系统低速特性好，动态抗干扰能力强的特点.由此来实现直流电机的启动、停止、加速、减速、正转、反转以及速度的动态显示，并且大幅度提高了转速显示的精确性。