【正文】 紹，構(gòu)建直流電機調(diào)速系統(tǒng)的模型。 隨著生產(chǎn) 技術(shù)的 不斷發(fā)展 和提高 ，對電機 的調(diào)速特性的要求 就顯得 特別高 ，同時對電機轉(zhuǎn)速的測量 也 提出了更高的要求。 在國外，這類調(diào)速系統(tǒng)的價格是十分昂貴的；而在國內(nèi)的同類型的產(chǎn)品性能就遠遠不及人家，要求也達不到一個絕對穩(wěn)定的狀態(tài)。 本系統(tǒng)采用集成霍爾傳感器敏感速率信號，具有頻率響應(yīng)快，抗干擾能力強等特點。編制了電機轉(zhuǎn)速的測量設(shè)計了測量模塊、轉(zhuǎn)速模塊、顯示模塊等的 C51 程序 ，來 表明 基于模糊 PI控制的直流電機調(diào)速方案是可行的，并且有較好的發(fā)展前景 。 PID 控制算法在相當(dāng)多的控制領(lǐng)域的應(yīng)用中都取得了比較滿意的效果。模糊 PI 控制是基于規(guī)則的一種智能 控制方式，它不依賴于被控制對象的精確數(shù)學(xué)模型，特別適合于對具有多輸入多輸出的強耦合性、參數(shù)的時變性和嚴重的非線性與不確定性的復(fù)雜系統(tǒng)的控制，控制的方法較為簡單，魯棒性更好。 對于這個畢業(yè)設(shè)計系統(tǒng)，我 在分析無刷直流電機的數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，建立了整個無刷直流電機控制系統(tǒng)的模型，采用一種新型的模糊 PI 控制方法，在無刷直流電機雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電流控制采用滯環(huán)電流調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速的測量通過霍爾測速元件，而轉(zhuǎn)速控制通過采用普通 PI 控制和模糊控制相結(jié)合的方法來實現(xiàn)，通過對結(jié)果的分析來證實：這種新型的模糊 PI 智能控制方法響應(yīng)快、無超調(diào)、魯棒性強、抗干擾能力好，較傳統(tǒng) PI 控制具有更好的動、靜態(tài)特性。 直流電機調(diào)速方法 根據(jù)直流電機調(diào)速方程： 2 ee e e TU I R U RnTC C C C? ? ??? ? ? 右公式可知，可以通過三種方法來調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速： 調(diào)節(jié)電樞電壓。 直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展 因為直流電機調(diào)速主要采用調(diào)壓調(diào)速，電機電樞電壓需要有專門的可控盒子里電源，所以，以可控直流電源的發(fā)展可把直流電機分為三個階段：旋轉(zhuǎn)變流機組；靜止式可控整流器；直流斬波器或脈沖寬度調(diào)制變換器。 到了 20世紀(jì) 70年代以后，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了全控型器件。 低速時，每個開關(guān)器件的驅(qū)動脈沖任然較寬，有利于保證器件的可靠性雙極性控制的橋式 可逆 PWM 變換器在工作過程中， 4個開關(guān)器件可能都處于開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗大，而且在切換時可能發(fā)生上下橋臂直通的事故，為了防止直通，在上下橋臂的驅(qū)動脈沖之間，應(yīng)設(shè)置邏輯延時。 晶閘管供電的直流調(diào)速系統(tǒng)在我國國民經(jīng)濟各部門得到廣泛的應(yīng)用。 我國關(guān)于數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的研究主要有：綜合性最優(yōu)控制、補償 PID 控制，很少將模糊控制等智能技術(shù)應(yīng)用于其中。 重慶郵電大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 4 第 二 章 直流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 該系統(tǒng)是 以 STC12C5410AD 單片機作為主 控制 器， 通過普通 PI控制算法和模糊 PI 兩種控制算法來控制電機，通過比較兩種控制算法的優(yōu)劣，來體現(xiàn)模糊PI 控制算法的優(yōu)越性。編制了電機轉(zhuǎn)速的測量設(shè)計了測量模塊、轉(zhuǎn)速模塊、顯示模塊等的 C51 程序 ，來 表明 基于模糊 PI 控制的直流電機調(diào)速方案是可行的，并且有較好的發(fā)展前景 。雖然能有效的克服擾動的影響，但往往還是會有余差出現(xiàn)。 對于 PID 算法，可以選擇的功能有 （ 1）加速的動態(tài)過程 在這個算法之中，基于 P 和 I 的正負符合有如下的關(guān)系：相同的符號的條件是當(dāng)被控制的量一直偏離于給定值；這兩項符號相 反的條件是改變給定值方向。偏差 E（ t）的絕對值大于β，調(diào)整的方向會自動重慶郵電大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 5 的趨向去給定值的方向，也可以減少起步動態(tài)過程的時間，從而使整個動態(tài)過程得到更快的控制。如果應(yīng)用 PID 控制技術(shù)，就會分成方便。 模糊 PI背景介紹 PI 控制算法不但簡單，而且易于 調(diào)整參數(shù)，它被廣泛地用于電機雙閉環(huán)控制，但由于該控制是線性控制 PI，那么當(dāng)被控對象的非線性特性的時候，設(shè)計將不能夠保持性能，魯棒性也就不能夠達到令我們十分滿意的效果。 模糊 PI理論分析 要想更清楚的了解模糊 PI 控制理論，我們必須要充分的了解 常規(guī) PID 控制算法。 PID 是比例、積分、微分控制算法的簡稱?，F(xiàn)在知道這只是最簡單的閉環(huán)控制算法。 FuzzyPI 實際上就是在常規(guī) PID 控制器的基礎(chǔ)上 ,應(yīng)用 Fuzzy 建立參數(shù) KP、KI與 KD 同偏差絕對值 |E|和偏差變化 |EC|間的二元連續(xù)函數(shù)關(guān)系 : KP=f1 (|E|,|EC|) KI=f2 (|E|,|EC|) KD=f3 (|E|,|EC|)。一種模擬控制方式，根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶 體管或晶體管導(dǎo)通時間的改變，這種方式能使電源的輸 出 電壓在工作條件變化時保持恒定。電壓或電流源是以一種通 (ON)或斷 (OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負載上去的。 無刷直流電機是同步電機的一種，也就是說電機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速受電機定子旋轉(zhuǎn)磁場的速度及轉(zhuǎn)子極數(shù) (P)影響： n=60* f / P。 普通直流電機的磁場做定子，給轉(zhuǎn)子通電，所以必須用電刷給轉(zhuǎn)子通電。但是永磁體采用稀土合金制造，成本較高，還需要額外的電子換向器控制，所以成本比直流電機更高。這一過程稱為換向。但是實際上很難做到，產(chǎn)生的反電動勢波形通常更像正弦，而非梯形。定子磁通矢量位置必須與轉(zhuǎn)子磁通矢量位置保持同步（而非相反），以使電機操作順暢。 為減少這些問題，已有多種技術(shù)開發(fā)出來用于消除這些傳感器，進而實現(xiàn)無傳感器操作。 BLDC 電機在效率額定 值方面占絕對優(yōu)勢，一般可達到 95% 左右。因此，標(biāo)準(zhǔn)的 6 晶體管反向器是最常用的功率級，根據(jù)運行要求（含傳感器與 無傳感器、換向與 正弦、 PWM 與 SVM 等），有很多方法可驅(qū)動晶體管來達到所需目標(biāo)，不勝枚舉。這個系統(tǒng)是基于STC12C5410AD 單片機組成的閉環(huán)實 時控制系統(tǒng)的核心，是一個典型的直接數(shù)字控制系統(tǒng)。 由 PWM 波形發(fā)生器和放大器電路的 PWM 控制器。 圖 電機調(diào)速系統(tǒng)框圖 重慶郵電大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 11 第二節(jié) 主要元器件介紹 在整個直流電機調(diào)速系統(tǒng)的硬件中，我們用到的幾個主要的元器件有以下元器件 。電壓： 3。工作溫度范圍 :075℃ / 40 +85℃ 7。頻率范圍 :035MHz 時 4。通用異步串行口（ UART） 14。定時器有 4個。 在線 STC12C5412AD10K 的容量，是我們在做設(shè)計的時候所需要用到的。 其次是： （ 2）、 脈寬調(diào)節(jié)模式 (PWM) STC 單片機和 51 單片機基本上差不多，如果要輸 出 PWM 波進行電機調(diào)速的話，可以用兩個定時器產(chǎn)生可變占空比可變周期的 PWM 波來驅(qū)動主電路 定時器 1 用來控制 PWM 波的周期 定時器 2 用來控制 PWM 波的占空比 在定時中斷中改變輸出的電平就可產(chǎn)生需要的 PWM波可用于所有的 PCA模塊PMW 輸出。輸出口是固定的 pin，在手冊上標(biāo)明為 PWMx 的就是， x為相應(yīng)的 PWM 的通道，我用的有 4通道，也就是 pwm0,pwm1,pwm2,pwm3 除此之外還有： （ 3）、 I/O 口工作類型設(shè)置 STC12C5412AD 的 I / O 引腳一共有多種，我用的是 24個的，其 I / O 與傳統(tǒng)的 I / O 是不同的，每個 I / O 端口可以通過軟件設(shè)置成 4種類型的工作，使嘴和通用 I / O 口的功能重用。為了可以實現(xiàn)與 A / D 模塊結(jié)合實現(xiàn) A / D 轉(zhuǎn)換，我們可以通過加上捕獲比較模塊的串行通信。準(zhǔn)雙向口輸出類型，由于當(dāng)口線輸出一個為 1時驅(qū)動能力很弱的原因，就會推倒允許外部裝置，我們完全可以不用重新配置端口輸出狀態(tài)，可以作為輸入和輸出。那么這個上拉提供準(zhǔn)雙向輸出電流的主要來源就是來自于 1。在上電復(fù)位 P1口是弱上拉輸 入 A / D 端口的 I / O 端口，可通過軟件設(shè)置，在任何路 8路 A / D 轉(zhuǎn)換，而不可以繼續(xù)使用作為 I / O端口使用。液晶顯示屏的顯示品質(zhì)相對而言會比較高，之所以會比較 高的原因是因為在液晶顯示器上的每個單位點上接收到的信號一直保持一種固定的色彩和亮度，而不像普通陰極射線管顯示器（ CRT）那樣，需要不斷地一遍又一遍地刷新使之得到顯示。與此同時，相對于其他的普通顯示器而言，其內(nèi)部的電極和驅(qū)動器 IC 才是液晶顯示器的功耗主要消耗場所，因此它會更加 有效，效率更高，消耗更小。舉例說明：RAM000H 00FH16 字節(jié)的內(nèi)容就決定了在液晶顯示屏幕上第一行的區(qū)域。 LCD1602 的參數(shù)及引腳 LCD1602 分為背光和無背光兩種，大多數(shù)基本控制器 HD44780，比較背光無背光厚，帶或不帶背光中的應(yīng)用并沒有什么區(qū)別 . LCD1602 主要參數(shù)： ① 顯示容量： 16 2個字符； ② 芯片工作電壓： — ； ③ 工作電流： ()； ④ 模塊最佳工作電壓： ； ⑤ 字符尺寸： (W H)mm。 4腳： RS 為寄存器選擇，選擇高數(shù)據(jù)寄存器，指令寄存器低。 7? 14 腳： D0 到 D7 為 8位雙向數(shù)據(jù)線。（注：高，低） 重慶郵電大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 17 說明 1：顯示清晰，腳本 01H，光標(biāo)位置復(fù)位到地址 00H。 說明 4：開關(guān)控制。 指令 7：字符發(fā)生器 RAM 地址設(shè)置。 11 指令：讀取數(shù)據(jù)。 霍爾元件 的測速模塊 ●霍爾效應(yīng) 在半導(dǎo)體晶片上，其長度為 l，寬度為 b，厚度為 d，當(dāng)它被放置在該磁場的磁感應(yīng)強度 B，如果其中的相對側(cè)傳遞到控制電流 I，和磁場方向與電流方向正交，則其他雙方的半導(dǎo)體產(chǎn)生的控制電流 I和磁場 B的大小成比例的商品的電勢 UH， UH= KHIB，其中 KH的靈敏度霍爾元件。輸出的每單位時間的脈沖數(shù) N的數(shù)量，它可以通過以下方式獲得單位時間內(nèi)的速度 V= NT。該鍵盤電路分 4個部分來實現(xiàn)對電機調(diào)速的以下功能： 電機輸出按鍵：控制對電機輸出的開關(guān) 。 圖 223 第三 節(jié) 本章小結(jié) 本章節(jié)著重對本次直流電機調(diào)速系統(tǒng)在硬件設(shè)計上的研究。 重慶郵電大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 20 第四 章 系統(tǒng)軟件 設(shè)計 單片機控制直流電機調(diào)速系統(tǒng)的軟件部分主要包括：普通 PI與模糊 PI程序、PWM 功能配置、顯示程序的設(shè)計、中斷程序的設(shè)計、轉(zhuǎn)速程序設(shè)計以及鍵盤功能程序的設(shè)計。主程序一系列的初始化 / PWM 驅(qū)動器，鍵盤控制處理，調(diào)整顯示 0 循環(huán)等待中斷，外部中斷 INT0 中斷服務(wù)例程霍爾電路輸出轉(zhuǎn)速脈沖計數(shù) 。因此，該系統(tǒng)的數(shù)字控制器的設(shè)計，日程安排是計算機算法設(shè)計，將專注于解決 PI 算法及其實現(xiàn)。 //比例常數(shù) Ek Const sptrIntegral =I_DATA。 sptrMin= 5。 //增量計算 if(Mode ==1)//模糊 PI { if(ABS(iError)1) { sptrEk=2。} if(ABS(iError)15) { sptrEk=3。} if(ABS(iError)25) { sptrEk=5 。 //積分常數(shù) Integral Const } iIncpid += sptrEk * iError //E[k]項 sptrIntegral * sptrLastError 。 sbit CCF0 =CCON^0。 sfr CMOD =0XD9。 sfr CCAP0L =0XEA。 sfr CCAP1H =0XFB。 sfr CCAPM3 =0XDD。 sfr PCAPWM1 =0XF3。 當(dāng)我們進入到輸入數(shù)據(jù)到 LCD1602 的階段 的 的時候，我們有兩種指令來控制。result=0，不忙 ***************************************************/ uchar BusyTest(void) { bit result。 //E=1，才允許讀寫 重慶郵電大學(xué) 本科 畢業(yè)論文 24 /*向 LCD1602 寫命令 */ void write_mand(uchar mand) { rs=0。 //信號使能端低電平 } /**/ /*向 LCD1602 寫數(shù)據(jù) */ void write_data(uchar data0) { rs=1。 //信號使能端低電平 } 中斷程序設(shè)計 通過對中斷程序的設(shè)計來完成對系統(tǒng)的計算工作。 //初始化計數(shù) z++。 msec++。 } } 轉(zhuǎn)速程序的設(shè)計 因此，該方法確定的硬件連接的轉(zhuǎn)速信號，速度的速度實際測量的頻率的頻率測量原理也適用于此。i++) S1[i]=39。 Data = Data/10。039。