【正文】 大范圍變化以及非線(xiàn)性因素的影響下均可以滿(mǎn)足控制穩(wěn)定轉(zhuǎn)速精度要求的直流電機(jī)控制器。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論、非線(xiàn)性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用， PWM控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展，到目前為止，已經(jīng)出現(xiàn)了多種 PWM 控制技術(shù)。直流電機(jī)調(diào)速基本原理是比較簡(jiǎn)單的（相對(duì)于交流電機(jī)），只要改變電機(jī)的電壓就可以改變轉(zhuǎn)速了。 關(guān)鍵字： MSP430F149；直流電機(jī)；光電編碼器； PWM ； PI 控制 Design of precise Positing system Based on DC motor Abstract In order to keep an medical control system operating safely,fastly, position accurately, and ensure the stability and reliability , we specifically use the internal resources MSP430F149 as the main chip, in conjunction with highperformance DC motor with optical encoder. Base on the mathematical model of the digital dc motor positioning system, we choose the current and the motor speed as feedback signals, using the PWM as the system output signal, forming a double closed loop feedback speed regulation system to control the motor speed. In order to realize the system of thigh speed and accurate location, we use the extensive application in project — the PI algorithm as the Core control theory. Keywords: MSP430F149 。 XX 大學(xué) 本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)、創(chuàng)作） 題 目： 基于直流電機(jī)的精確定位系統(tǒng)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué)號(hào)： 院（系）： 電子信息工程學(xué)院 專(zhuān)業(yè)： 電子信息工程 入學(xué)時(shí)間： 二 00 八 年 九 月 導(dǎo)師姓 名： 職稱(chēng) /學(xué)位： 導(dǎo)師所在單位： 完成時(shí)間： 二 0 一二 年 五 月 基于直流電機(jī)的精確定位系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 為達(dá)到某醫(yī)療控制系統(tǒng)安全、快速、精確定位的技術(shù) 要求 ，并保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和可靠性，專(zhuān)門(mén)采用內(nèi)部資源豐富的 MSP430F149為主控芯片，配合使用高性能帶有光電編碼器的直流電機(jī)。DC motor。改變電壓的方法很多，最常見(jiàn)的一種 PWM脈寬調(diào)制，調(diào)節(jié)電機(jī)的輸入占空比就可以控制電機(jī)的平均電壓，控制轉(zhuǎn)速。 選題的目的與意義 對(duì)于直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制的要求有穩(wěn)速、調(diào)速、加速或減速三個(gè)方面，而在工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)于后兩個(gè)要求已能很好地實(shí)現(xiàn)，但工程應(yīng)用中穩(wěn)速指標(biāo)卻往往不能達(dá)到預(yù)期的效果，穩(wěn)速要求即以一定的精度在所需要的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行，在各種干擾不允許有過(guò)大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)。 2 一個(gè)完整的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)一般是由硬件和控制軟件組成的。一個(gè)高質(zhì)量的系統(tǒng)，在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中，被控量與給定值的偏差應(yīng)該很小。 執(zhí)行電機(jī)的選擇 電機(jī) 在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的主要作用是作為執(zhí)行元件和檢測(cè)元件。隨動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)通常由各種類(lèi)型的伺服電機(jī)和減速器構(gòu)成。 3 表 1: 控制用電機(jī)定位控制性能比較 控制用電機(jī) 優(yōu) 點(diǎn) 缺 點(diǎn) 步進(jìn)電機(jī)（開(kāi)環(huán)控制） 驅(qū)動(dòng)控制電路簡(jiǎn)單；可靠性高、維護(hù)容易 動(dòng)作慢；振動(dòng)大、效率低 DC 伺服電機(jī) 驅(qū)動(dòng)控 制電路不太復(fù)雜，效率高，動(dòng)作快 碳刷需要保護(hù) 步進(jìn)電機(jī)（閉環(huán)控制） 驅(qū)動(dòng)控制電路比無(wú)刷 DC 伺服電機(jī)簡(jiǎn)單；響應(yīng)速度快；保養(yǎng)容易 效率稍低 無(wú)刷 DC 伺服電機(jī)（ AC 伺服電機(jī)） 響應(yīng)速度與 DC 伺服電機(jī)一樣快；可靠性高；效率高 因控制電路復(fù)雜，價(jià)格稍貴 伺服電機(jī) 無(wú)論是位置控制系統(tǒng)還是速度控制系統(tǒng)，均由系統(tǒng)的伺服電機(jī)帶動(dòng)被控對(duì)象做機(jī)械運(yùn)動(dòng)。然后根據(jù)電機(jī)的電流來(lái)決定伺服驅(qū)動(dòng)器的容量，其中伺服驅(qū)動(dòng)器所能提供的最大電流要不小于電機(jī)的峰值電流，而且調(diào)整中切不可使輸入電流大于伺服電機(jī)的退磁電流。其中直流有刷電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛，種類(lèi)也最多。永磁式直流伺服電機(jī)只有額定電驅(qū)電壓。 （ 5） 額定轉(zhuǎn)矩 )最大轉(zhuǎn)矩一般是額定轉(zhuǎn)矩的 5倍 ~ 10 倍。 （ 9） 最大電流 ）（ AmaxI ：對(duì)應(yīng)于可能允許最大輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)電樞電流。 步進(jìn)電機(jī)的選擇主要考慮步距角、靜力矩及電流三大要素。 （ 2） 靜力矩的選擇：步進(jìn)電機(jī)的狀態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。可以依據(jù)矩頻特性曲線(xiàn)圖，判定電機(jī)的電流。 性能指標(biāo) 步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng) 伺服電機(jī)系統(tǒng) 力矩范圍 中小力矩（一般在 20N 在運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的閉環(huán)控制中，被控變量要么是速度要么是位置，一個(gè)運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的整體性能，在很大程度上將取決于用來(lái)產(chǎn)生反饋信號(hào)的傳感器類(lèi)型極其質(zhì)量。根據(jù)光電編碼器的工作原理可以把光電編碼器分為絕對(duì)式編碼器與增量式編碼器兩種類(lèi)型。 1）絕對(duì)式編碼器 絕對(duì)式編碼器如圖 2 所示，他通過(guò)讀取編碼盤(pán)上的二進(jìn)制的編碼信息來(lái)表示絕對(duì)位置信息。如果編碼盤(pán)有 4個(gè)碼道，就形成 4位 16進(jìn)制的編碼，因此可將碼盤(pán)劃分為 16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)4位二進(jìn)制數(shù)，如 0000， 0001....,1111。 7 圖 2: 絕對(duì)式編碼器碼盤(pán) 2）增量式編碼器 增量式編碼器是指隨轉(zhuǎn)軸的碼盤(pán)給出一系列的脈沖，然后根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向用計(jì)數(shù)器對(duì)這些脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，以此算出轉(zhuǎn)過(guò)的角位移量。透光狹縫在碼盤(pán)圓周上等分，數(shù)量從幾百條到幾千條不等。鑒向盤(pán)與主盤(pán)平行，并刻有 A， B 兩組透明檢測(cè)窄縫，它們彼此錯(cuò)開(kāi) 1/4 節(jié)距，以使 A、 B 兩個(gè)光電變換器的輸出信號(hào)在相位上相差 90186。 霍耳式傳感器 霍耳式傳感器是基于霍耳效應(yīng)的一種磁敏式的傳感器。 直流定位系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型分析 直流電動(dòng)機(jī)在電力拖動(dòng)系統(tǒng)中具有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。 直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和其他參量之間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系可表示為： ??? VIRUn )( (公式 1 ) 式中 n — 轉(zhuǎn)速（ r/min）； 9 U — 電樞電壓（ V）； I — 電樞電流（ A）； R — 電樞回路總電阻（ ? ）； ? — 勵(lì)磁磁通（ Wb）； eK — 由電機(jī) 結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。 2． 調(diào)阻調(diào)速 調(diào)阻調(diào)速特性曲線(xiàn)如圖 6所示。 1n23n0n 1U23UNn NLIOI 圖 5： 調(diào)壓調(diào)速特性曲線(xiàn) 10 1n23n0n NLIOI1R23R a 圖 6： 調(diào)阻調(diào)速特性曲線(xiàn) 1n230n N 1?23?N eT LTO 圖 7： 調(diào)磁調(diào)速特性曲線(xiàn) 4． 三種調(diào)速方法的性能與比較 對(duì)于要求在 一定范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。但是，如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如：要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿(mǎn)足需要。 而我們期望達(dá)到的理想起動(dòng)過(guò)程是，在電機(jī)最大允許電流和轉(zhuǎn)矩受限制的