直流电机恒转速闭环调节控制系统（项目实战）

1.绪论

针对直流电机恒转速闭环调节控制的问题，本文介绍了基于模糊控制算法(Fuzzy Control)的PWM直流电机恒转速闭环调节控制系统，系统以AT89C51单片机为核心，由串口通信模块、液晶显示模块、按键控制模块、电机驱动模块、测速环节和直流电机组成，其中电机驱动模块采用L298N芯片实现，液晶显示模块采用LCD1602实现，稳压电路模块采用7805芯片实现。采用模糊控制(Fuzzy Control)算法对直流电机转速进行闭环控制。

通过调试，实现了串口通信设置目标转速、手动设置目标转速、电机自动调速、电机手动调速、电机正反转以及停止电机的功能，在目标直流电机实际转速达到目标转速时，性能指标良好；当设定目标转速为，系统的超调量为8%，稳态误差为0.89% ，采用10%误差带的调节时间为52s。

关键词：PWM占空比输出；闭环调速；模糊控制算法；单片机AT89C51

2.电路总体方案

本次设计是以单片机AT89C51为核心的PWM直流电机恒转速闭环调节控制系统，其中主要包含电机驱动模块、直流电机模块、测速环节、电源模块、液晶显示模块、按键控制模块、串口通信模块。硬件电路总体设计框图如图2-1所示：

图2-1硬件电路总体设计框图

3.控制算法

本次课程设计中采用模糊控制算法（Fuzzy），结构图、设计过程、控制器参数如下：

图3-1 模糊(Fuzzy)控制器原理结构图

3.1模糊化接口

1）确定基本论域

2）将基本论域数值映射到模糊论域

3）模糊子集

4）隶属函数

图3-2

3.2 模糊规则表

表1 模糊规则表

3.3 模糊推理

3.4 清晰化

利用重心法对控制量进行反模糊化

3.5 通过借助Matlab数学工具得到模糊控制表

表2 模糊控制表

得到模糊控制字表：U[ ]={19,12,0,16,6,-6,12,0,-12,6,-6,-16,0,-12,-19}；

4.软件设计

系统程序主要包括系统主程序、按键控制子程序、定时器T0中断子程序等。

4.1系统主程序

系统主程序的主要功能是执行串口通信程序，按键的扫描程序，液晶显示程序。系统主程序流程图如图4-1所示。

图4-1系统主程序流程图

4.2按键控制子程序

按键控制子程序的主要功能是手动设置目标转速、控制电机正转/反转，控制PWM占空比输出大小的增减、控制是否开启自动调速、控制关闭电机。

按键控制子程序流程图如图4-2所示。

图4-2按键控制子程序图

4.3定时器T0中断子程序

定时器T0中断子程序，主要负责控制PWM的输出、使用计数器T1进行测速、调用模糊控制算法程序。

定时器T0中断子程序流程图如图4-3所示。

图4-3 定时器T0中断子程序流程图

5.系统调试结果与讨论

图5-1 Proteus仿真系统运行图

本次设计的直流电机恒转速闭环调节控制系统，是以单片机AT89C51为核心的PWM直流电机恒转速闭环调节控制系统，采用的闭环控制算法是模糊控制算法（Fuzzy Control），实现了通过串口通信设置目标转速的功能、手动设置目标转速功能、电机自动调速功能、电机手动调速功能、电机正反转功能以及停止电机的功能。使用了Proteus进行仿真，如图5-1所示，目标转速为225r/min，实际测得转速为225±2r/min，实际电机转速为225±2r/min；系统的超调量为8%，稳态误差为0.88% ，采用10%误差带的调节时间为52s，性能指标良好。

本次项目设计的相关仿真文件和代码文件，在如下百度网盘中，如有需要，请自行下载： 链接：https://pan.baidu.com/s/1W-Nt0fhJwZo18vYq5GjoDQ 提取码：rs6i 串口调试助手百度网盘链接如下： 链接：https://pan.baidu.com/s/1qB5mtNjzBzsgNkRF2rK2ZQ 提取码：snw2 如果你觉得博主的文章还可以的话，请点上个小小的赞并收藏起来。

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