【正文】 定時器 /計數(shù)器為 n 位，單片機的時鐘頻率為 f ，那么定時時間與定時器初值的關系為： 61 10)2( ???? fNTtwn （ 41） 式中， N 個機器周期的時鐘數(shù)； wT 定時器定時初值。 4 系統(tǒng)軟件設計 PWM 實現(xiàn)方式 調脈寬的方式有三種：定頻調寬、定寬調頻和調寬調頻。三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓是由該系列集成穩(wěn)壓 IC 型號中的 78或 79后面的數(shù)字表示的，如 7909 表示輸出電壓為負 9V， 7806 表示輸出電壓為正 6V。 電源電路 電源電路采用 78 系列芯片產生 +5V、 +15V。 顯示器設計 采用共陰極的發(fā)光二極管 構成可以顯示 4位十進制的顯示器，運行中顯示當前的實際轉速值。 其引腳定義如下 : DB0～ DB7:雙向數(shù)據(jù)總線 RL0～ RL7: 檢測輸入線 SL0～ SL3: 矩陣掃描線 IRQ:中斷請求信號 /RD、 /WR:讀寫選通信號 /CS:片選信號 /BD: 顯示消隱信號 CLK:時鐘信號 RESET:復位信號 SHIFT: 擴展鍵位的換檔信號 ,帶上拉電阻 CTRL/STB: 控制鍵輸入 /選通信號輸入 ,帶上拉電阻 A0:命令 /狀態(tài)或數(shù)據(jù)識別信號 A=1,為寫命令或讀狀態(tài) 。如圖 12所示。 CPU在忙于各項工作任務時，如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式。因此， M/T 法測速能適用的轉速范圍比 較大，是目前廣泛應用的一種測速方法。原理如圖 37： 圖 37 M/T法測速原理 測速時間 dT 由測速脈沖來同步，即由圖 37電路實現(xiàn) dT 等于整 1m 個脈沖周期。觸發(fā)器總是在 B脈沖為高電平時觸發(fā)，這時 D觸發(fā)器的輸出端 Q輸出為高電平。電機的轉動方向是這樣確定的，由于 A、 B兩相的脈沖相位相差 90176。復位計數(shù)器采用編碼盤輸出的 z相脈沖，每轉一圈復位一次計數(shù)器。 一旦 當圓盤隨電機旋轉時，光敏元件輸出的脈沖是這樣形成的，光敏元件接受的光增量會隨透光線條同步變化，它輸出的波形經過整形后便形成了脈沖。 通過比較 增量式和絕對式的特點及優(yōu)缺點，我們可以確定 本設計可以采用增量式光電編碼器來采樣轉速信號，如圖 36所示。非接觸式的接受敏感元件是磁敏元件或光敏元件，光敏元件時常常使用以不透光區(qū)和透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“ 0”還是“ 1”；接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸絕緣區(qū)或導電區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“ 0”還是“ 1”。 檢測回路 檢測回路利用光電編碼器將轉速直接轉換成數(shù)字信號送入單片機進行處理。 雙極式控制的橋式可逆 PWM 變換器有以下優(yōu)點： 1）可使電動機在四象限運行。當 21?ρ 時， γ 為正，電動機正轉；當 21?ρ 時， γ 為負，電動機反轉；當 21?ρ 時， 0?γ ，電動機停止。 ABU 在一個周期內正負相間，這是雙極式 PWM變換器的特征，其電壓、電流波形如圖 2 所示。 MGM O T O R D CV T 1V T 2VD1VD2V T 3V T 4VD3VD4U g1U g2U g3U g4Us 圖 34 橋式可逆 PWM變換器電路 雙極式控制可逆 PWM 變換器的四個驅動電壓波形如圖 35所示。 D 在 01之間變化，因此 λ 在177。 因此電樞上的工作電壓不是單極性的矩形脈沖波形，而是雙極性矩形脈沖波形，電動機的轉速和轉向是由矩形脈沖電壓的平 均值來決定的，原因在于存在著機械慣性的緣故。此時直流電機正轉。我們可以采取雙 PWM信號來控制直流電機的正轉以及它的速度。 （ 2） IGBT 導通時承受的峰值電流 : AIIi r m 1 ???? （ 32） 額定電電壓按 220V 供電電壓、額定功率 10kVA 容量算。 (5)與 MOSFET 一樣， IGBT 具有很大的輸入電阻和較小的輸入電容，則驅動功率低，開關速度高。 P W M 1 P W M 2VbHOVsLOH INL INSDC O MVb HO Vs LOH IN L IN SDC O MIR 2 1 1 0R9 R 1 0R 1 1 R 1 2VD 10VD 11IR 2 1 1 0C4 C5P W M 1 P W M 2U g1U g2 U g3 U g4V s s V s s 圖 33 IGBT驅動電路 元器件的選擇比較、選型 本設計采用 IGBT， IGBT 作為大功率的電路驅動器件，具有以下優(yōu)點： (1)IGBT 在正常工作時，導通電阻較低，增大了器件的電流容量。 CMOS 施密特觸發(fā)被應用于 IR2110 輸入，滯后欠壓鎖定存在于兩路。為了使得驅動電源路數(shù)目較其他 IC驅動大大減小，它的上管驅動采用外部自舉電容上電。這種 可編程是通過 TMOD 控制器來完成的。 IE 還包括一個中斷允許總控制位 EA，它能一次禁止所有中斷。片上 Flash 允許 程序存儲器 在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。從而達到對直流電機的較為精確的控制。 本設計采用單閉環(huán)系統(tǒng)，之所以會選擇閉環(huán)還沒采用開環(huán)，原因在于閉環(huán)相對于開環(huán)具有一些比較突出的一些優(yōu)點，閉環(huán)的主要特點在于存在反饋控制，反饋控制的作用表現(xiàn)為如果被控制量偏離給定值，這樣的偏差就會被反饋控制通過自己的修正作用去消除。因此，只要控制好脈沖的通電時間，就可以很容易實現(xiàn)控制轉速。 PWM 調速方法 調速原理如圖 21所示。由上式可知，當電源電壓不變的情況下，電樞的端電壓的平均值為DVVD ?? m ax ，因此占空比如果變化的話就可以改變端電壓的平均值，從而達到調速的目的，這就是 PWM 調速原理。而軟件部分，是對硬件端口所體現(xiàn)的信號，加以采集、分析、處理，最終實現(xiàn)控制器所要實現(xiàn)的各項功能，達到控制器自動對電機速度的有效控制。本系統(tǒng)以 AT89S52 單片機為核心，通過單片機控制， C 語言編程實現(xiàn)對直流電機的平滑調速。在調整系統(tǒng)中， PWM 的作用表現(xiàn)為 控制電動機的轉速。文章中采用了通過編程實現(xiàn) PWM 信號的發(fā)生，然后通過 IR2110來驅動電機。勵磁控制法控制磁通，容易因 磁場飽和而受到影響 。直流電機模型見圖 11。因此，對直流電機控制系統(tǒng)進行高可靠性的，高性能的研究工作對現(xiàn)實生活具有非常重要的意義。 隨著技術的高速進步，越來越多的行業(yè)開始采用控制系統(tǒng)的自動化，現(xiàn)代化生產變得越來越重要的是主流開始變?yōu)殡姎鈧鲃硬捎弥绷黩寗涌刂啤?由于現(xiàn)代技術不斷發(fā)展使得控制技術、冷卻技術以及許多的 新型磁性材料不斷地被研制出來，從這些最被看好有未來的產品中我們能夠得出，直線電機正在廣泛的被應用于高速度機床的進給機構中 。另外 , 由于絕緣技術和分析技術的進步 , 直流電動機已迅速向小型輕量 , 低慣量方面發(fā)展。在設計和制造技術上有很大進步 , 新材料、新技術的應用以及整流電源的普及 , 促進了一般工業(yè)用直流電機的不斷擴大 , 品種的日益繁多。 電機 Matlab 仿真 .............................錯誤 !未定義書簽。 PID 控制器原理 ........................錯誤 !未定義書簽。 中斷程序設計 ..........................錯誤 !未定義書簽。 定時器 /計數(shù)器 .........................錯誤 !未定義書簽。 顯示器設計 .............................錯誤 !未定義書簽。 M/T 法測速原理 ........................錯誤 !未定義書簽。 元器件的選擇比較、選型 ...............錯誤 !未定義書簽。 單片機的選型 ................................錯誤 !未定義書簽。 PWM 調速原理 ................................錯誤 !未定義書簽。 直流電機調速原理 ............................錯誤 !未定義書簽。本系統(tǒng)中使用了光電編碼器對輸出的轉速進行了測量，并且作為反饋值輸入到單片機進行 PID 運算，從而實現(xiàn)了對輸出速度的控制。對于硬件部分首先從總體上做了設計，也就是以 AT89S52 為中心來組成硬件部分，其輔助部分包括了 顯示電路、測量電路、鍵盤電路；對于軟件部分則選擇了使用模塊化的設計思路，根據(jù)本設計的要求以及它要實現(xiàn)的功能編寫了屬于每個模塊部分的流程圖。 (6)對直流電機進行 MATLAB 仿真和分析。 (2)直 流電機轉速調節(jié)范圍為 3050 轉 /秒，實時測量電機的實際轉速 ,并要求在 LED 數(shù)碼管上顯示出來。 畢業(yè)設計說明書 基于單片機的直流調速系統(tǒng)的設計 系 、 部： 電氣與信息工程學院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 2020 屆畢業(yè)設計課題任務書 院 (系 )：電氣與信息工程學院 專業(yè)：電氣工程及其自動化 指導教師 學生姓名 課題名稱 基于單片機的直流調速系統(tǒng)的設計 內 容 及 任 務 分析單片 機對直流電機進行速度測量應用的基本原理，并用單片機產生PWM 波來控制直流電機的可逆調速，從而實現(xiàn)了對普通直流電機的轉速測量和轉速調節(jié)。 擬 達 到 的 要 求 或 技 術 指 標 要求 : (1)設計一個單閉環(huán)調速系統(tǒng)，通過外接鍵盤及按鈕實現(xiàn)直流電機正轉、反轉及速度調節(jié)控制。 (5)對直流電機模型進行 PID 控制分析。設計分為兩個部分，硬件部分和軟件部分。在軟件方面，文章中詳細介紹了 PID 運算程序，初始化程序等的編寫思路和具體的程序實現(xiàn)。 直流電機的發(fā)展及設計背景 ....................錯誤 !未定義書簽。 2 PWM 脈寬調制原理 ..................................錯誤 !未定義書簽。 3 硬件部分 ..........................................錯誤 !未定義書簽。 IR2110 的引腳圖以及功能 ................錯誤 !未定義書簽。 光電編碼器 ............................錯誤 !未定義書簽。 鍵盤設計 ...............................錯誤 !未定義書簽。 PWM 實現(xiàn)方式 ...............................錯誤 !未定義書簽。 主程序及系統(tǒng)初始化模塊 .................錯誤 !未定義書簽。 數(shù)字 PID 控制器 ..............................錯誤 !未定義書簽。 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設置 ........................錯誤 !未定義書簽。 7 1 緒論 直流電機的發(fā)展及設計背景 直流電機問世已有一百四十多年的歷史。由于直流電源供電方式的不斷更新?lián)Q代 , 特別是在最近的十幾年期問 , 進一步促使了直流電動機的單機功率、轉速不斷提高 , 目前朝著高 速、大功率方向發(fā)展。隨著時間的推移，直線 電機速度的最大值不斷變化，但時間定格在 1997年時，直線電機速度的最大值已經能夠達到 150～ 200 m/min，能夠做到這一點是 20多家在漢諾威 自己家公司生產研發(fā)的直線電機傳動裝置，其中做的比較突出的是法國 Renault automation公司的加工中心和德國 Trumpf公司的激光機床。 電機在各行各業(yè)發(fā)揮著重要的作用 ,而電機轉速是電機重要的性能指標之一 ,因而測量電機的轉速和電機的調速 ,使它滿足人們的各種需要 ,更顯得重要 ，而且 隨著科技的發(fā)展 ,PWM調速成為電機調速的新方式 。稍加思索我們就會知道，隨著社會生產規(guī)模的繼續(xù)加大，直流電機各方面的性能和直流電機的需求量都會需要提出一些新的要求，那就是更好的性能，更大規(guī)模的需求量。根據(jù)左手定則可知，當流過線圈中電流改變方向時，線圈的方向也將改變