摘 要本次毕业设计主要内容是基于Arduino直流电机PWM调速系统，主要包含主电路以及控制电路，以及有关的Arduino控制指令和控制手段。主电路是由IGBT构成，主要实现通过控制回路来监测电路并驱动电路，如果转速或电流出现误差，通过反馈来进行调节。本次毕业设计通过上位机PC编写程序发送至Arduino控制其，并且Arduino控制器能够将状态信息（直流电机转速或电流）反馈给上位机PC，最终实现基于Arduino直流调速系统。
目录
第一章 设计简介 1
1.1控制平台Arduino 1
1.1.1 Arduino的简明介绍 1
1.1.2 Arduino特点 1
1.2 直流脉宽调制系统的优越性 2
1.3 控制目标 2
1.4 控制方案 2
第二章 调速系统硬件设计 3
2.1 直流调速系统简介 3
2.1.1 直流调速系统的调速原理 3
2.2 电路结构的设计 4
2.2.1 主电路部分——带制动的不可逆PWM变换器原理 4
2.2.2 IGBT驱动部分 7
2.2.3 三相整流部分 8
2.2.4 开关电源部分 8
2.3 部分元件参数计算 8
2.3.1 PID参数的计算 8
2.3.2 IGBT 的计算 10
第三章 调速系统控制部分设计 11
3.1 控制模型 11
3.1.1 Arduino 控制器 11
3.1.2 速度反馈装置 12
3.1.3 电流反馈装置 12
3.1.4 上位机 13
3.2 控制程序 13
3.2.1 Arduino程序说明 13
3.2.2 串口通讯子程序 15
3.2.3 测速中断服务子程序 15
3.2.4使用 PID进行运算并输出PWM控制信号 16
3.2.4 设置程序段 17
3.2.5 主程序 17
3.2.6 完整的程序 18
第四章 总结
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20
4.1毕业设计总结 20
4.2设计不足 21
致谢 22
参考文献 23
设计简介
1.1控制平台Arduino
1.1.1 Arduino的简明介绍
Arduino系统是一种非常简单、灵活、易上手的开源电子原型平台，它包含了软件（Arduino IDE)和硬件（Arduino板）。它是于2005年一个欧洲团队设计研发出来的。Arduino能够实现开放原始码，是一个非常实用的软硬件平台。同时它的语言开发环境跟C语言的Processing/Wiring以及JAVA差不多。
Arduino包含硬件部分和软件部分。硬件部分连接到了电路板和外部的电路；另一部分Arduino IDE是计算机中的程序开发环境。通过传感器，Arduino可以感知到环境的变化，并且它可以反馈和影响环境，这是通过控制马达以及一些其他的外部设备来实现。我们使用微控制器进行程序的编写，并且使用的是Arduino的编程语言，再将编好的程序转换成二进制的形式，接着再将程序发送到微型控制器里面。我们使用基于Wiring的Arduino编程语言来编程Arduino，这是在基于Processing的Arduino开发环境下完成的。以Arduino为基础运行的系统，除了只包括了Arduino之外，还可以使用其他运行在上位机内的软件，我们将他们连接在一起实现通信，从而监测以及控制它们。本次设计使用的是Arduino Mega 2560，这款芯片的性能很高，它可以使本系统具有更高的可开发性，并且可以更加完善的控制系统。
1.1.2 Arduino特点
Arduino IDE能够实现跨平台实现数据传输控制，它能够在Windows系统、Linux系统以及Macintosh OS 系统上正常运行，而不像其他控制器只可以在Windows上进行开发。同时，Arduino IDE简单清楚，容易上手，它是基于processing IDE开发的，因为拥有足够的灵活性，非常容易学习，不需要太多的单片机基础、编程基础，简单学习后即可进行软件开发。Arduino具有开源性，它可以实现对Arduino的硬件电路图、原理图等任意修改原始信息以及其代码。Arduino是一款非常优秀的硬件设计平台，它更是硬件开发的趋势。因为它上手容易、有强大的功能，因此受很多工程师青睐，通过它能够快速完成自己的开发项目，节约成本、缩短了开发周期。
1.2 直流脉宽调制系统的优越性
直流脉宽调制系统主电路非常简单，实现功能强大，同时电子器件使用较少；同时它可控开关的频率较高，因此电流比较容易连续，干扰信号较少，电机的损耗以及发热都非常小；直流脉宽调制系统传输速度非常稳定，因此精度非常高，而且可以调速的范围非常宽；如果它与响应较快的电动机连接，系统的动态响应速度会比较快，它的频带非常宽，所以抗干扰能力非常强；电器器件工作在开关状态时，因为电阻较小，因此导通损耗非常少，若开关的频率适宜，开关的损耗将会非常小，因此它的效率会非常高。
直流脉宽调制系统具有非常广阔的发展空间，现如今，直流PWM调速系统已经广泛应用，在动态性能系统中，基本已经取代了VM系统。
1.3 控制目标
本次课程设计控制对象是直流电机，直流电机部分参数如表1所示。
表1直流电机参数
额定电压
220V
额定电流
136A
额定功率
10KW
额定转速
1460r/min
电磁时间常数 Tl
0.03s
机电时间常数
0.18s
电枢回路电阻R
0.5Ω
1.4 控制方案
系统由于使用了Arduino平台，是数字控制平台，在数字平台下，用PWM脉宽调制技术比较方便，因此系统设计成直流脉宽调速系统。为了提高系统的响应速度，减少系统运算的时间，因此采用单闭环的控制方式。通过引入中断来限制电机电枢电流。
第二章 调速系统硬件设计

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