【正文】 摘 要本文基于對(duì)PWM控制技術(shù)和AT89C51單片機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)的研究，設(shè)計(jì)了應(yīng)用于直流電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制的PWM電流轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、急停、加速、減速的控制以及恒速調(diào)節(jié)。論文以直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)為控制對(duì)象，主要介紹了PWM控制技術(shù)的理論以及用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)PWM控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的基本原理，繪制出了系統(tǒng)的程序流程圖，設(shè)計(jì)出了系統(tǒng)的硬件電路和軟件電路，編寫(xiě)了KeilC51匯編語(yǔ)言，進(jìn)行了Proteus軟件的調(diào)試與仿真，仿真結(jié)果表明系統(tǒng)滿足各項(xiàng)性能指標(biāo)要求。關(guān)鍵詞：PWM技術(shù) ；單片機(jī) ；雙閉環(huán) ；直流電機(jī) ；調(diào)速控制ABSTRACTBased on the study of PWM technology and DC governor system controlled by AT89C51 microprocessor control unit, that applied to DC motorspeed contml governor system which is controlled by microprocessor control unit is designed. This system can make motorspeed contml speed up or slow down or stop rapidly even rotate positively and negatively. One more thing is that DC motorspeed contml controlled by this system can adjust its rotate speed smoothly. The article mainly concentrates on the DC governor system. The theory of PWM technology and basic theory of system controlled by AT89C51 and PWM technology which adjusts the speed of DC motorspeed contml are introduced. The chat of process is drawn out, so as the circuits of system. The KeilC51 language is operated on the simulation platform debugging after it39。s written out. The consult indicates that the system meets all conditions which are needed.Keywords: PWM technology ；microprocessor control unit ；Doubleloop ；DC motorspeed contml ；digital control目 錄1. 緒論．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 概況．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 設(shè)計(jì)目的和意義．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22. 直流調(diào)速系統(tǒng)概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 直流電機(jī)的工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4 直流電機(jī)的調(diào)速方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5 H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)的概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．83. 方案論證和選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 穩(wěn)壓電源的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 電機(jī)調(diào)速控制模塊．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 PWM調(diào)速工作方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12 PWM調(diào)脈寬方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12 PWM軟件實(shí)現(xiàn)方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．124. 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 時(shí)鐘電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 復(fù)位電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 穩(wěn)壓電源電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15 信號(hào)輸入電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16 電機(jī)PWM驅(qū)動(dòng)模塊的電路．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．175. 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 單片機(jī)選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．196. 單片機(jī)系統(tǒng)綜合調(diào)試．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 PROTEUS設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．25 PROTEUS設(shè)計(jì)與單片機(jī)傳統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程比較．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26 仿真結(jié)果與分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27參考文獻(xiàn)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．31附錄．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32附錄一 程序清單．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32附錄二 硬件原理圖．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．38致謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．391 緒論 概況 現(xiàn)代工業(yè)的電力拖動(dòng)一般都要求局部或全部的自動(dòng)化，因此必然要與各種控制元件組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)聯(lián)系起來(lái)，而電力拖動(dòng)[1]則可視為自動(dòng)化電力拖動(dòng)系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)。在這一系統(tǒng)中可對(duì)生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)控制。隨著近代電力電子技術(shù)[14]和計(jì)算機(jī)技術(shù)[13]的發(fā)展以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，自動(dòng)化電力拖動(dòng)正朝著計(jì)算機(jī)控制的生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化的方向邁進(jìn)。以達(dá)到高速、優(yōu)質(zhì)、高效率地生產(chǎn)。在大多數(shù)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中，自動(dòng)化的電力拖動(dòng)系統(tǒng)仍然是不可缺少的組成部分。另外，低成本自動(dòng)化技術(shù)與設(shè)備的開(kāi)發(fā)，越來(lái)越引起國(guó)內(nèi)外的注意。特別對(duì)于小型企業(yè)，應(yīng)用適用技術(shù)的設(shè)備，不僅有益于獲得經(jīng)濟(jì)效益，而且能提高生產(chǎn)率、可靠性與柔性，還有易于應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)。自動(dòng)化的電力拖動(dòng)系統(tǒng)更是低成本自動(dòng)化系統(tǒng)的重要組成部分。在如今的現(xiàn)實(shí)生活中，自動(dòng)化控制系統(tǒng)已在各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，其中自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的應(yīng)用則起著尤為重要的作用。雖然直流電機(jī)不如交流電機(jī)那樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、制造方便、容易維護(hù)，但是它具有良好的起、制動(dòng)性能，宜于在廣泛的范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以直流調(diào)速系統(tǒng)至今仍是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)中的主要形式?，F(xiàn)在電動(dòng)機(jī)的控制從簡(jiǎn)單走向復(fù)雜，并逐漸成熟成為主流。其應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，例如：軍事和宇航方面的雷達(dá)天線、火炮瞄準(zhǔn)、慣性導(dǎo)航等的控制；工業(yè)方面的數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、印刷機(jī)械等設(shè)備的控制；計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和辦公設(shè)備中的打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、掃描儀等的控制；音像設(shè)備和家用電器中的錄音機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、洗衣機(jī)、空調(diào)等的控制[2]。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)關(guān)速度更快、控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT[14]成為主流，脈寬調(diào)制技術(shù)表現(xiàn)出較大的優(yōu)越性：主電路線路簡(jiǎn)單，需要用的功率元件少；開(kāi)關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗和發(fā)熱都較??；低速性能好，穩(wěn)速精度高，因而調(diào)速范圍寬；系統(tǒng)快速響應(yīng)性能好，動(dòng)態(tài)抗擾能力強(qiáng)；主電路元件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，裝置效率較高；近年來(lái)，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展速度飛快，以計(jì)算機(jī)為主導(dǎo)的信息技術(shù)作為一嶄新的生產(chǎn)力，正向社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域滲透，直流調(diào)速系統(tǒng)向數(shù)字化方向發(fā)展成為趨勢(shì)[2]。 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀電力電子技術(shù)、功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展對(duì)電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展影響極大，它們是密切相關(guān)、相互促進(jìn)的。近30年來(lái)，電力電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，帶動(dòng)和改變著電機(jī)控制的面貌和應(yīng)用。驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制方案有三種：工作在通斷兩個(gè)狀態(tài)的開(kāi)關(guān)控制、相位控制和脈寬調(diào)制控制，在單向通用電動(dòng)機(jī)的電子驅(qū)動(dòng)電路中，主要的器件是晶閘管，后來(lái)是用相位控制的雙向可控硅。在這以后，這種半控型功率器件一直主宰著電機(jī)控制市場(chǎng)。到70和80年代才先后出現(xiàn)了全控型功率器件GTO晶閘管、GTR、POWERMOSFET、IGBT和MCT等。利用這種有自關(guān)斷能力的器件，取消了原來(lái)普通晶閘管系統(tǒng)所必需的換相電路，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，提高了效率，提高了工作頻率，降低了噪聲，也縮小了電力電子裝置的體積和重量。后來(lái)，諧波成分大、功率因數(shù)差的相控變流器逐步由斬波器或PWM變流器所代替，明顯地?cái)U(kuò)大了電機(jī)控制的調(diào)運(yùn)范圍，提高了調(diào)速精度，改善了快速性、效率和功率因數(shù)[3]。直流電機(jī)脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation簡(jiǎn)稱(chēng)PWM[14])調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生于70年代中期。最早用于不可逆、小功率驅(qū)動(dòng)，例如自動(dòng)跟蹤天文望遠(yuǎn)鏡、自動(dòng)記錄儀表等 。近十多年來(lái)，由于晶體管器件水平的提高及電路 技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)又因出現(xiàn)了寬調(diào)速永磁直流電機(jī)，它們之間的結(jié)合促使PWM技術(shù)的高速發(fā)展，并使電氣驅(qū)動(dòng)技術(shù)推進(jìn)到一個(gè)新的高度。 在國(guó)外，PWM最早是在軍事工業(yè)以及空間技術(shù)中應(yīng)用。它以優(yōu)越的性能，滿足那些高速度、高