【正文】 適用范圍廣、控制參數(shù)相互獨(dú)立等優(yōu)越性，成為現(xiàn)代工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。勵(lì)磁控制法也就是通過(guò)對(duì)磁通的控制，優(yōu)點(diǎn)是控制功率很小，但是在電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)被磁場(chǎng)飽和所限制，在電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)會(huì)被換向火花和轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度所限制，此外，勵(lì)磁線圈所具有較大電感會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)差，因此一般所使用的方法是通過(guò)變化電樞端電壓的電樞電壓控制法[1]。 在國(guó)外，軍事工業(yè)和空間技術(shù)最先得到了PWM技術(shù)的運(yùn)用，這些需要高速度、高精度的跟蹤系統(tǒng)也因?yàn)镻WM技術(shù)性能的優(yōu)越性得到了實(shí)現(xiàn)，十年來(lái)，PWM技術(shù)的運(yùn)用不斷的覆蓋一些民用工業(yè)中，尤其是像機(jī)床生產(chǎn)、自動(dòng)化生產(chǎn)和機(jī)器人發(fā)展等。單片機(jī)顯然已經(jīng)成為直流電機(jī)調(diào)速控制的不可分割的一部分，自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展也因?yàn)閱纹瑱C(jī)的應(yīng)用技術(shù)發(fā)展邁向一個(gè)新的里程碑，推動(dòng)社會(huì)發(fā)展步入一個(gè)新的時(shí)代。此外，運(yùn)用單片機(jī)所構(gòu)建成的控制系統(tǒng)，不僅能夠節(jié)省人力資源以及減少系統(tǒng)成本，還對(duì)工作效率的提高有幫助。 AT89S52。本設(shè)計(jì)使用獨(dú)立按鍵進(jìn)行速度設(shè)定以及直流電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，通過(guò)LCD1602液晶顯示器作為顯示速度設(shè)定值和速度測(cè)量值的器件。除此之外，本設(shè)計(jì)還運(yùn)用L298芯片組成直流電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)以及控制速度的驅(qū)動(dòng)電路，并且相對(duì)詳細(xì)的說(shuō)明了PID算法、系統(tǒng)初始化等子程序的編程以及程序的實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)利用光電感應(yīng)器對(duì)射式MOC70T4和比較器LM339芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的相對(duì)精確測(cè)量，而且以此作為反饋值傳回到單片機(jī)實(shí)現(xiàn)PID補(bǔ)償運(yùn)算 ，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流電機(jī)速度的控制。 DC motor 直流伺服電機(jī)在調(diào)速方面所擁有的起動(dòng)、制動(dòng)性能非常優(yōu)越，在平滑調(diào)速的很大范圍內(nèi)都能夠很好得到的使用，廣泛的應(yīng)用在很多需要調(diào)速或者是需要快速正反向的電子電力技術(shù)方面中。直流電機(jī)廣泛運(yùn)用于在冶金技術(shù)、礦山機(jī)械、化學(xué)工業(yè)、交通運(yùn)輸業(yè)、機(jī)械自動(dòng)化、紡織業(yè)、航天航空等領(lǐng)域中，早期直流電機(jī)控制的運(yùn)用通常都是相對(duì)簡(jiǎn)單的，要實(shí)現(xiàn)調(diào)速很困難，無(wú)法滿足智能化。如今，由于電子技術(shù)發(fā)展的不斷深入，直接地帶動(dòng)了直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)由以前模擬化朝著現(xiàn)代數(shù)字化的高技術(shù)水平不斷進(jìn)步，尤其是單片機(jī)運(yùn)用技術(shù)的發(fā)展，更是促進(jìn)了直流電機(jī)調(diào)速技術(shù)邁向一個(gè)新的高峰，并向著智能化、可靠性強(qiáng)的方向不斷完善，所以直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字化已經(jīng)相當(dāng)成熟了，已經(jīng)走向?qū)嵱没?，因此，該研究具有重要意義。今天，電機(jī)控制系統(tǒng)的主流也顯現(xiàn)了電機(jī)控制技術(shù)和電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的優(yōu)勢(shì)，這些都不斷催促著電機(jī)控制技術(shù)必須要用更快的速度發(fā)展著，伴隨著市場(chǎng)的發(fā)展，人們也用更高的要求來(lái)要求電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，不僅要它的功能強(qiáng)大、沒(méi)有噪聲、更為復(fù)雜的算法，還要有很高的系統(tǒng)可靠性與系統(tǒng)操作安全，同時(shí)還要求馬達(dá)恒速向變速發(fā)展，還要符合全球環(huán)保法規(guī)所要求的嚴(yán)格環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。電樞電壓控制也就是在勵(lì)磁電壓不變的條件下，在電機(jī)電樞上通過(guò)控制電壓信號(hào)的輸入，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，像脈沖寬度調(diào)制就是利用這點(diǎn)。如果我們無(wú)法全部掌握被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)時(shí)，或者是無(wú)法建立出準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，甚至是無(wú)法利用控制理論的其它技術(shù)時(shí)，那么系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)的確定就只能憑借經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，此時(shí)最簡(jiǎn)單的方法就是應(yīng)用PID控制技術(shù)，也就是在我們無(wú)法完全了解系統(tǒng)和被控對(duì)象時(shí)，或者是系統(tǒng)參數(shù)無(wú)法運(yùn)用目前的測(cè)量手段來(lái)得到時(shí)，那就使用PID控制技術(shù)解決問(wèn)題，因?yàn)镻ID控制器能夠在很大程度上滿足一般控制系統(tǒng)的大部分要求。由上式可知，模擬PID控制器的轉(zhuǎn)換函數(shù)表達(dá)式為： DS=U(S)E(S)=Kp(1+1TiS+TdS) （14）由于計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的只是數(shù)字量，無(wú)法將連續(xù)的控制算式直接拿來(lái)做運(yùn)算，因此在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中沒(méi)有辦法對(duì)前面所提到的模擬PID控制器的表達(dá)式執(zhí)行處理，所以我們必須先將模擬PID控制器的表達(dá)式做一個(gè)處理。數(shù)字PID位置型示意圖如圖13所示：+e(t)r(t)控制器被控對(duì)象PID位置算法c(t)u(t)圖13 數(shù)字PID位置型示意圖要怎么去設(shè)定控制算法的具體參數(shù)，都是根據(jù)實(shí)際過(guò)程的要求去分析，通常而言，我們想要得到控制的過(guò)程是趨于穩(wěn)定的，而且可以快速及精確的追蹤設(shè)定值，使其超調(diào)量很小，能夠在任何干擾因素影響下維持系統(tǒng)輸出與設(shè)定值相當(dāng)，相對(duì)較小的操作變量。通常情況下，PID控制器的Td值為零，假如系統(tǒng)對(duì)PID控制器的微分部分有需求，那么可以參考kp確定的方法，將不發(fā)生振蕩時(shí)的三分之一值作為Td。本設(shè)計(jì)所得到的系統(tǒng)包含了硬件方面和軟件方面的兩大設(shè)計(jì)，總體而言，所有的硬件電路的設(shè)計(jì)、各類元器件的選擇和功用都是為了本系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，是本設(shè)計(jì)具體形式表現(xiàn)的基礎(chǔ)，并且也是軟件程序得以運(yùn)行的一個(gè)重要保障。AT89S52所具備的強(qiáng)大的算法計(jì)算、邏輯識(shí)別功用，靈活多樣、自由空間廣的軟體程序編寫等優(yōu)良性，其實(shí)物引腳數(shù)量為40腳，整個(gè)體積小、重量輕和低廉的價(jià)格，在運(yùn)用方面上的技術(shù)完善，并且使用簡(jiǎn)單與低耗能[7]。 AT89S52引腳功能如下圖24所示，在這里就不對(duì)AT89S52單片機(jī)的所有引腳進(jìn)行介紹了，就具體的對(duì)我們所使用到的一些引腳做一下介紹。P1口：P1口的最基本功用是擁有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O 口，并且P1口的輸出緩沖器能夠驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。P3口：P3口最基本的功用與P1口和P2口一樣，但是P3口同時(shí)又包含了該單片機(jī)的特殊功能，用在測(cè)量電路計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速。XTAL1：該端口接在時(shí)鐘電路的輸入一端，與晶振、小電容構(gòu)成時(shí)鐘電路。（1）時(shí)鐘電路：時(shí)鐘電路為單片機(jī)運(yùn)行提供穩(wěn)定的時(shí)鐘源，芯片的工作頻率可在0~33MHz范圍之間選，兩個(gè)小電容是晶振的負(fù)載電容，我們選用30pF的小電容就可以了；（2）復(fù)位電路：復(fù)位電路的RST引腳是單片機(jī)的復(fù)位端，在引腳輸入至少兩個(gè)單片機(jī)周期的高電平單片機(jī)就可以復(fù)位。方案二：使用專門的電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片L298，這種芯片的內(nèi)部電路擁有很高的抗干擾性能、穩(wěn)定性能，而且該芯片組成的驅(qū)動(dòng)模塊使用元件很少、基本沒(méi)有損耗，所以使用起來(lái)只需要顧慮到硬件方面的連接就可以了，對(duì)于本系統(tǒng)而言，使用該芯片可以節(jié)省很多電路的設(shè)計(jì)，可以將重心放在軟件程序的編寫上。 在本系統(tǒng)中由于單片機(jī)無(wú)法直接控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以驅(qū)動(dòng)模塊成為了單片機(jī)與直流電機(jī)之間的紐帶。根據(jù)上面方案的說(shuō)明，在不影響本系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，考慮性價(jià)比等因素，我們選擇了方案二的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)的測(cè)速模塊是由一個(gè)對(duì)射式光電管來(lái)作為轉(zhuǎn)換元件的，經(jīng)過(guò)一個(gè)比較放大器整波后實(shí)現(xiàn)的。紅外接收二極管:紅外接收二極管可以叫光敏二極管，也可稱為光電二極管，它與普通半導(dǎo)體二極管在結(jié)構(gòu)上是類似的，光電二極管的外表面裝帶著能夠通過(guò)光線的玻璃透鏡，發(fā)出的紅外光能過(guò)進(jìn)入透鏡準(zhǔn)確的直射到管芯，管芯位于管內(nèi)部，是帶有光敏特性的PN結(jié)[10]。 LM339N芯片簡(jiǎn)介產(chǎn)自于美國(guó)的LM339N芯片是一種非常不錯(cuò)的檢測(cè)器件，放在測(cè)量電路中使用的效果是可觀的。R13作為光電對(duì)管發(fā)光二極管的限流電阻，R12為光電對(duì)管發(fā)光敏二極管的上拉電阻，由于碼盤在光電對(duì)管中隨電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)實(shí)現(xiàn)對(duì)光路的遮擋，光敏二極管在感光和不感光時(shí)電阻會(huì)發(fā)生明顯變化，通過(guò)上拉電阻將電阻的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化，由于這時(shí)得輸出高、低電壓并不是+5V和0V，所以在后端再加上一個(gè)比較器，比較器的另一端基準(zhǔn)電壓由R15精密電位器分壓得到，調(diào)節(jié)電位器選取合適的基準(zhǔn)電壓，這時(shí)我們就能得到一個(gè)脈沖信號(hào)，方便單片機(jī)讀取。圖216 7段數(shù)碼管（LED）圖217 LCD1602液晶顯示器 LCD1602液晶簡(jiǎn)介本系統(tǒng)選用LCD1602作為顯示模塊，該顯示器的做動(dòng)原理是基于液晶物理方面的特性，一旦有電進(jìn)入顯示器，屏幕就會(huì)顯示出來(lái)，然后利用電壓的方式對(duì)顯示部分執(zhí)行操作。第3腳：V0為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，在本系統(tǒng)中采用10K的電位器來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)屏幕的對(duì)比度。第7~14腳：D0~D7為8位雙向數(shù)據(jù)線，~。圖215 顯示電路 鍵盤模塊 在本系統(tǒng)中，要有按鍵將速度的設(shè)定值、電機(jī)正反轉(zhuǎn)的設(shè)定和電機(jī)調(diào)速啟動(dòng)輸入進(jìn)系統(tǒng)里，所以鍵盤模塊成為本系統(tǒng)的一個(gè)重要設(shè)計(jì)，對(duì)此有兩種方案選用：方案一：選用獨(dú)立按鍵作為鍵盤模塊，獨(dú)立按鍵只有4個(gè)引腳，而且兩兩是互通的，因此在硬件電路上易于操作，并且每一個(gè)按鍵都不會(huì)互相影響，在軟件編程上的實(shí)現(xiàn)也相對(duì)容易。圖218鍵盤抖動(dòng)在工程實(shí)際中對(duì)按鍵消除抖動(dòng)可以用硬件方式和軟件方式。 按鍵連接如圖219所示，按鍵接上一個(gè)10K上拉電阻，用來(lái)對(duì)電路的保護(hù)。 LM7805芯片簡(jiǎn)介L(zhǎng)M7805穩(wěn)壓芯片有三個(gè)引腳，一個(gè)引腳接到電源端，對(duì)電源電壓進(jìn)行整流、降壓，一個(gè)引腳為整流、降壓后的電壓輸出，與系統(tǒng)硬件電路的其他模塊連接，對(duì)它們供電，最后一個(gè)引腳接地，此外，該芯片內(nèi)含有一些保護(hù)措施，像是過(guò)流、過(guò)熱等，而且，該芯片的使用方法簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，具有非常強(qiáng)的可靠性。當(dāng)占空比α=，Uav=0,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為零；當(dāng)α，Uav為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，且在α=1時(shí)，Uav=Us,正向轉(zhuǎn)速最高；當(dāng)α，Uav為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，且在α=0時(shí)，Uav=Us,反向轉(zhuǎn)速最高。因?yàn)榍懊鎯煞N方式在調(diào)速時(shí)變化了脈沖信號(hào)的周期（頻率），因此如果控制周期和系統(tǒng)固有周期相近的時(shí)候，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)生振蕩，所以這兩種方式能夠應(yīng)用的場(chǎng)合不多，故本系統(tǒng)用的是定頻調(diào)寬法。與開環(huán)控制回路做比較，閉環(huán)控制回路具備種種好處，在引入閉環(huán)控制回路后，系統(tǒng)中無(wú)論發(fā)生任何變化，即使是微小的變化量造成控制量不等于設(shè)定值，系統(tǒng)就會(huì)做出相對(duì)映的反應(yīng)去糾正誤差，鑒于此，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用閉環(huán)控制回路設(shè)計(jì)。根據(jù)單片機(jī)的不同型號(hào)，時(shí)鐘數(shù)N也會(huì)跟著變化，在實(shí)際的使用中，時(shí)鐘數(shù)N可以依據(jù)單片機(jī)的型號(hào)得到相對(duì)應(yīng)的數(shù)值。 //儲(chǔ)存定時(shí)器T2中斷次數(shù)int v,val=0,pidshuchu。 //用來(lái)設(shè)置定時(shí)器T0的高八位的初值，并以固定的時(shí)間發(fā)生一次中斷TL0=(6553646083)%256。 //T0的中斷標(biāo)示TR0=1。 //16位自動(dòng)重載寄存器 TR2=1。 //計(jì)算速度 TL1=0。}else if(pidshuchu=0){ pidshuchu=0。 //定時(shí)器T0低8位重新賦初值 } /*******************定時(shí)器T2中斷函數(shù)********************/void timer2_zd(void) interrupt 5 using 1 //定時(shí)器T2中斷，產(chǎn)生PWM調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速{ TF2=0。 else PWM=0 。否是結(jié)束顯示速度讀取電機(jī)轉(zhuǎn)速速度設(shè)定速度設(shè)置鍵是否有按下系統(tǒng)初始化開始改變占空比進(jìn)行調(diào)速圖34 系統(tǒng)主程序流程圖按鍵設(shè)定速度是該調(diào)速系統(tǒng)的重要組成部分，在掃描按鍵時(shí)，首先掃描設(shè)定鍵，若按鍵則進(jìn)入設(shè)定速度函數(shù)，若沒(méi)有按下，則不執(zhí)行設(shè)定速度函數(shù)。 //松手檢測(cè)if(bai==9) //若百位已經(jīng)是9bai=0。if(shi==9)shi=0。if(ge==9)ge=0。 //松手檢測(cè)if(bai==0) //若百位已經(jīng)是0bai=9。if(shi==0)shi=9。 if(ge==0) ge=9。 //顯示設(shè)定的速度 }x=0。后來(lái)縮短定時(shí)器的中斷時(shí)間后，該問(wèn)題得到解決，輸出波形正常。在最后一步點(diǎn)擊軟件STC_ISP界面中下載按鈕之前，一定要保持學(xué)習(xí)板與電腦連接良好，并且實(shí)驗(yàn)板的電源開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，然后點(diǎn)擊下載，當(dāng)提示與單片機(jī)上電的時(shí)候，打開學(xué)習(xí)板的電源開關(guān)，當(dāng)提示已加密，就表示程序已經(jīng)下載完成。對(duì)于焊點(diǎn)而言，最好的狀態(tài)是焊錫量適中，焊點(diǎn)表面光亮呈現(xiàn)內(nèi)凹形態(tài)，沒(méi)有毛刺和氣孔。 for(x=z。y)。 wucha1=wucha。 //誤差之間的差值 fankui=kp*wucha+ki*pkd*D。 //使能端設(shè)置低電平P2=。 //延時(shí)1MS程序screen_EP=0。 //延時(shí)1MS程序screen_EP=1。 //使能端獲得低電平，執(zhí)行指令zhiling_(0x38)。 //初始化步驟zhiling_(0x01)。i++){zhiling_data(xianshi[i])。i14。 //第五位的值 xianshi2[1]=(shuju%10000)/1000+0x30。 //第一位的值 zhiling_(0x80+0x40+7)。 zhiling_(0x80+0x40+9)。 zhiling_(0x80+0x40+11)。 //第五位的值 xianshi2[2]=(shujua%1000)/100+0x30。 //液晶寫命令，以下同這里 zhiling_data(xianshi2[0])。 zhiling_data(xianshi2[2])。 zhiling_data(xianshi2[4])。 //控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向I/O口取反input2=~input2。)。)。