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基于 uC/COS 的直流电机 PID 转速闭环调速控制系统 Proteus 仿真实现
在工业自动控制系统和各种智能产品中常常会用用电动机进行驱动、传动和控制,而现
代智能控制系统中,对电机的控制要求越来越精确和迅速,对环境的适应要求越来越高。随
着科技的发展,通过对电机的改造,出现了一些针对各种应用要求的电机,如伺服电机、步
进电机、开关磁阻电机等非传统电机。但是在一些对位置控制要求不高的电机控制系统如传
动控制系统中,传统电机如直流电机乃有很大的优势,而要对其进行精确而又迅速的控制,
就需要复杂的控制系统。随着微电子和计算机的发展,数 字 控制系统应用越来越广泛,数 字
控制系统有控制精确,硬件实现简单,受环境影响小,功能复杂,系统修改简单,有很好的
人机交换界面等特点。
在电机控制系统开发中,常常需要消耗各种硬件资源,系统构建时间长,而在调试时很
难对硬件系统进行修改,从而延长开发周期。随着计算机仿真技术的出现和发展,可用计算
机对电机控制系统进行仿真,从而减小系统开发开支和周期。计算机仿真可分为整体仿真
和实时仿真。整体仿真是对系统各个时间段对各个对象进行计算和分析,从而对各个对象的
变化情况有直观的整体的了解,即能对系统进行精确的预测,如 Matlab 就是一个典型的实
时仿真软件。实时仿真是对时间点的动态仿真,即随着时间的推移它能动态仿真出当时系统
的状态。Proteus 是一个实时仿真软件,用来仿真各种嵌入式系统。它能对各种微控制器进
行仿真,本系统即用 Proteus 对直流电机控制系统进行仿真。
在系统软件开发中开发中可用操作系统,也可不用操作系统。如用操作系统,程序可
实现模块化,并能对系统资源进行统筹管理,最主要的是可实现多任务运行。如 果 需要多任
务并行运行,并且需要一定的时间间隔,某些任务对时间的要求不高时,如不用操作系统则
要占用定时器资源,并且对栈空间和硬件资源很难进行管理,所以在这种情况下需要操作系
统。本系统用操作系统 uC/COS.
uC/COS 是一个完整的、可移植、可固化、可剪裁的占先式实时多任务内核.uC/COS
已经有很多产品成功使用的案例且得到美国军方的认证,说明了该系统的可靠性。uC/COS
源代码公开,代 码短,源代码大部分是使用ANSI C 编写的,移植性和裁减性好,功能强大,
能可靠应用于各种控制系统中。
系统构成
转速控制输入
(0832 采样
)
移植了
uC\COS 的
LPC2106
ARM 微控
制器
PWM波
液晶显示
51
单片
机 仿真
的电机
电机驱
动电路
测速接口
输入转矩
硬件全图
各子系统
1. 转速控制输入
如用按键输入则需要复杂的软件实现,并且需要足够的引脚资源,本系统用 ADC0832
采样电位器上的电压信号来实现转速信号输入。
2.LPC2106 微控制器
LPC2106是Phlip公司推出的核心为ARM的控制器。LPC2106 包含一个支持仿真的
ARM7TDMI-S CPU、与片内存储器控制器接口的ARM7 局部总线、与中断控制器接口的
AMBA 高性能总线( AHB)和连接片内外设功能的VLSI 外设总线( VPB,ARMAMBA 总
线的兼容超集)。片内有64K 字节静态RAM和128K的FLASH存储器。可寻址4GB。
在本仿真中LPC2106没加晶振电路,频率在芯片属性中设置。
3.液晶显示
本系统采用 Proteus 仿真库有的液晶显示模块 AMPIRE128X64,为 8192 像素的单色 LCD
屏幕分为两半控制,控制引脚为 CS1 和 CS2。数据通过移位寄存器输入。
4.电机驱动电路
本系统仿真的是最大输入电压为 12 伏的微型电机,故用通用电机驱动电路实现假设该电
路输入电阻为无穷大,输出电阻为 0。
5.仿真电机的 51 单片机
虽然 Proteus 有电机模块,但其电机模块没有输出转速接口故用一单片机代替它,单片机
用 ADC0832 采样输入的电压,经过处理即输出和真实电机同步的转速(需要大量的浮点运
算,可考虑用 DSP)。通过两个按键改变转矩没按一次增大或减小 0.001,上面的是增大。
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andylihua
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