【正文】 示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。 　　GND：地。　　CLK：時鐘脈沖輸入端。 　　START： A／D轉(zhuǎn)換啟動信號，輸入，高電平有效。 　　IN0～I(xiàn)N7：8路模擬量輸入端。 　　6）工作溫度范圍為40～＋85攝氏度 　　7）低功耗，約15mW。然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器將數(shù)據(jù)送給單片機(jī)控制器，這里選用ADC0809芯片，下面簡單的介紹下ADC0809芯片。TBC75E額定輸入電流是75A，測量電流范圍是200A，匝比是1：1500，%。現(xiàn)在市場各種各樣的霍爾電流傳感器都有，型號也不少。電流檢測一般用霍爾電流傳感器。設(shè)時鐘脈頻率為，光電編碼器每轉(zhuǎn)發(fā)出P個脈沖，則電動機(jī)轉(zhuǎn)速的計算公式如（31）： （31）在本系統(tǒng)中，由于選用=2MHz，P=1024=，所以轉(zhuǎn)速計算公式如（32）： （32）為了在低速測量時能使測速器在相當(dāng)短的時間內(nèi)任能包含較多個測速脈沖的高精度測速值，除了盡可能選擇較大P值的光電編碼器外。其原理圖如圖上圖3—7所示。采用簡單的鑒相電路就可以分辨出轉(zhuǎn)向。圖35 增量式旋轉(zhuǎn)編碼器原理圖Fig 3 5 incremental rotary encoder diagram上述脈沖序列正確地反映了轉(zhuǎn)速的高低，但不能鑒別轉(zhuǎn)向。絕對式編碼器在碼盤上分層刻上表示的二進(jìn)制數(shù)碼或循環(huán)碼（格雷碼），通過接收器將該數(shù)碼送入計算機(jī)。使用專門的電機(jī)控制芯片LMD18200可以減輕單片機(jī)負(fù)擔(dān)，工作更可靠。LMD18200提供雙極性驅(qū)動方式和單極性驅(qū)動方式。電流檢測輸出引腳8可以接一個對地電阻，通過電阻來輸出過流情況。 內(nèi)部集成了四個DMOS管，組成一個標(biāo)準(zhǔn)的H型驅(qū)動橋。C時，該端變?yōu)榈碗娖?；結(jié)溫達(dá)170176。A/A。6) 7腳：電源正端與負(fù)端。腳4置邏輯高電平、腳5置邏輯低電平時，H橋中所有晶體管關(guān)斷，此時，每個輸出端只有很小的偏流（）。功能介紹：剎車時，輸出驅(qū)動電流方向見表1。2） 10腳：H橋輸出端。它將4個DMOS管構(gòu)成的H橋及其控制邏輯電路均包含在1 個11引 腳的T220封裝中，其功能：額定電流3A，峰值電流6A；電源電壓55 ,TTL和CMOS兼容的控制信號輸入；內(nèi)含防橋臂單側(cè)直通電路；芯片過熱報警輸出和自動關(guān)斷。（一）.主要性能 (1).峰值輸出電流高達(dá)6A， (2).連續(xù)輸出電流達(dá)3A； (3).工作電壓高達(dá)55V； (4).TTL/CMOS兼容電平的輸入； (5).無 “shootthrough” 電流； (6).具有溫度報警和過熱與短路保護(hù)功能； (7).芯片結(jié)溫達(dá)145℃，結(jié)溫達(dá)170℃時，芯片關(guān)斷； (8).具有良好的抗干擾性。此電路和以上幾種驅(qū)動電路比較具有明顯的優(yōu)點，驅(qū)動功率大，穩(wěn)定性好，實現(xiàn)方便，安全可靠?？紤]到上述等諸多因素，在設(shè)計中選擇美國國家半導(dǎo)體公司推出的專用于直流電動機(jī)驅(qū)動的H橋組件LMD18200,該芯片上集成有CMOS控制電路和DMOS功率器件。4)驅(qū)動電路損耗要小，電路盡可能簡單可靠，還常采取必要的隔離措施。2)功率管導(dǎo)通期間，驅(qū)動電路提供的基極電流在任何負(fù)載情況下都能保證功率管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，使功率管的飽和壓降較低，以保證低的導(dǎo)通損耗。但是在此還是簡單的下整流電路為大功率電機(jī)的供電提供了理論方法。該方案的主要不足是設(shè)計電路相對比較復(fù)雜，以軟件編程為代價實現(xiàn)調(diào)速。由于該單片機(jī)沒有專門的PWM輸出模塊所以要設(shè)計專門的PWM控制電路，需要選擇一個分辨率滿足系統(tǒng)要求的A/D轉(zhuǎn)換器以及對速度檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼蔚取５凸目臻e和省電模式 (16)12k可反復(fù)擦寫(1000次）ISP Flash ROM (10)2個外部中斷源 (6) 兼容MCS51指令系統(tǒng) (2) AT89S53微控制器芯片簡介AT89S53是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含12k Bytes ISPD(Insystem programmable Downloadable)串行編程可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機(jī)的AT89S53可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。在圖中可以看出，運用了微處理器的系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)上得到了很大的簡化，這樣可以使制作成本降低。（三）兩個調(diào)節(jié)器的作用1).轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用（1）使轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)無靜差；（2）對負(fù)載變化起抗擾作用；（3）其輸出限幅值決定允許的最大電流。電網(wǎng)電壓擾動的作用點離被調(diào)量更遠(yuǎn)，它的波形先要受到電磁慣性的阻撓后影響到電樞電流，再經(jīng)過機(jī)電慣性的滯后才能反映到轉(zhuǎn)速上來，等到轉(zhuǎn)速反饋產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，已經(jīng)太晚。在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，電網(wǎng)電壓擾動和負(fù)載電流擾動都作用在被負(fù)反饋包圍的前向通道上，僅靜特性而言，系統(tǒng)對它們的抗擾效果是一樣的。因此，在突加（減）負(fù)載時，必然會引起動態(tài)速降（升）。了引出電流反饋，電機(jī)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖中必須把電流Id顯露出來圖2－4雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖Fig..24 Double closedloop PWM speed control system of the dynamic structure（一）動態(tài)跟隨性能 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在起動和升速過程中，能夠在電流受電機(jī)過載能力約束的條件下，表現(xiàn)出很快的動態(tài)跟隨性能。這樣的靜特性顯然比帶電流截至負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性好。因為如果時，則，ASR將退出飽和狀態(tài)。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個電流無靜差的單閉環(huán)系統(tǒng)。因此： 和 由第一個關(guān)系式可以得到： （21）從而得到圖2－3靜特性的n0A段。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時，PI作用使輸入偏差電壓ΔU在穩(wěn)態(tài)時總是為零。圖2－1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 doubleloop DC converter system architecture block diagram 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性 為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，繪出了它的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖2－2所示。這就是說，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制PWM調(diào)制器。 在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，只有電流截至負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只是在超過臨界電流Idcr值以后，靠強烈的負(fù)反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想地控制電流的動態(tài)波形。式中的和等系數(shù)一般需要在系統(tǒng)調(diào)試中加以修正，才能使系統(tǒng)獲得滿意的結(jié)果。采用增量式算法由式（112）和式（113）可得兩個時刻間的調(diào)節(jié)器輸出增量為： （114）從而得到 。 PI 調(diào)節(jié)器是電力拖動自動控制系統(tǒng)中最常用的一種控制器。b)超調(diào)量輸出量超出穩(wěn)態(tài)值的最大偏差與穩(wěn)態(tài)值之比 （110）c)調(diào)節(jié)時間ts 響應(yīng)曲線到達(dá)并不再超出允許誤差帶所需要的最短時間,允許誤差帶(100%177。調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中調(diào)速范圍、靜差率與額定速降之間有以下關(guān)系。一般都指電機(jī)額定負(fù)載時的轉(zhuǎn)速，對于少數(shù)輕載的機(jī)械，也可以用實際負(fù)載時的轉(zhuǎn)速。對于2兩點的要求，是系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行時的性能要求，對于第3點的要求則是系統(tǒng)在動態(tài)調(diào)節(jié)過程中的要求，所以可以定義穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)及動態(tài)性能指標(biāo)兩大類指標(biāo)，以此作為設(shè)計系統(tǒng)時的依據(jù)和用戶選用系統(tǒng)時的要求。 轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo) 在一般意義上，對調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制要求大致有以下三個方面: 1）調(diào)速——在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)，分檔地(有級)或平滑地(級)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。若負(fù)載較重，則電壓電流波形均橫軸以下，一個工作周期有Ⅰ、Ⅱ兩個區(qū)間，如上圖19所示。改變Uc，即可改變UgUg2正脈沖寬度t1，從而改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速。圖18 橋式可逆橋式可逆PWM變換器 8 reversible bridge reversible bridge PWM converter2）單極式控制的可逆橋式可逆PWM變換器單極式控制的可逆橋式可逆PWM變換器的電路和雙極式的可逆橋式可逆PWM變換器一樣，如圖18所示，但開關(guān)元件的驅(qū)動信號不同。這時，電動機(jī)M兩端電壓UAB的極性隨開關(guān)器件驅(qū)動電壓極性的變化而改變，其控制方式有雙極式、單極式、受限單極式等多種方式。 PWM變換器的工作原理電機(jī)轉(zhuǎn)動方向主要就靠PWM變換器來實現(xiàn)的，下面就簡單的介紹可逆PWM變換器的基本原理和工作特性。改變占空比有三種方法：(1)定寬調(diào)頻法:保持不變,使在0—范圍變化。在PWM驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和 斷開時間的長短。導(dǎo)通和關(guān)斷的時間以及通斷周期都是不確定的。2)脈沖頻率調(diào)制(pulse frequency modulation，簡稱PFM)。如此反復(fù)，得電樞端電壓波形如圖15(b)所示。直流斬波器又稱直流調(diào)壓器，是利用開關(guān)器件來實現(xiàn)通斷控制，將直流電源電壓斷續(xù)加到負(fù)載上，通過通、斷時間的變化來改變負(fù)載上的直流電壓平均值，將固定電壓的直流電源變成平均值可調(diào)的直流電源，、體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于地鐵、電力機(jī)車、城市無軌電車以及電瓶搬運車等電力牽引設(shè)備的變速拖動中。 d)晶閘管整流裝置的輸出電壓是脈動的，而且脈波數(shù)總是有限的，如果主電路電感不是非常大，則輸出電流總存在連續(xù)和斷續(xù)兩種情況，因而機(jī)械特性也有連續(xù)和斷續(xù)兩段，連續(xù)段特性比較硬，基本上還是直線。目前，采用晶閘管整流供電的直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(即晶閘管一電動機(jī)調(diào)逮系統(tǒng)，簡稱VM系統(tǒng)，又稱靜止的WardLeonard系統(tǒng))己經(jīng)成為直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。第一種方法在20世紀(jì)50年代曾廣泛地使用，至今在尚未進(jìn)行設(shè)備更新的地方仍然使用這種系統(tǒng)。2)靜止可控整流器。本次設(shè)計也正是采用了改變電動機(jī)兩端電壓的調(diào)速方法。其機(jī)械特性如圖14所示。改變勵磁電流調(diào)速的系統(tǒng)機(jī)械特性如圖13所示。由直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速特性知道，直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和其他參量的關(guān)系可用下式表示： （12）式中，n電動機(jī)轉(zhuǎn)速，單位為，r / min；U電樞供電電壓，單位為v；R電樞回路總電阻，R=Ra+Rad單位為n；Ke由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電勢常數(shù)，Km=在式（12）中,Ke為常數(shù)，Ia的大小取決于負(fù)載轉(zhuǎn)矩，因此可知，直流電動機(jī)的調(diào)速方法有三種: 1)改變電樞電壓U進(jìn)行調(diào)速改變電樞電壓主要是從額定電壓往下降低電樞電壓，機(jī)械特性如圖12所示，從電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速向下變速，這種方法最好。直流電機(jī)電樞繞組中的電流I。定子勵磁繞組通過直流電流If時產(chǎn)生勵磁磁勢Ff和主磁通。采用智能功率電路驅(qū)動比傳統(tǒng)的分立功率器件組成的驅(qū)動體積小，功能強；減少了電路元器件數(shù)量，提高了系統(tǒng)的可靠性；控制電路哈爾功率電路集成在一起，使監(jiān)控更容易實現(xiàn)；集成化使電路的連線減少，減少了布線電容和電感以及信號傳輸?shù)难訒r，增加了系統(tǒng)抗干擾的能力；集成化使系統(tǒng)成本大大降低。從控制的角度來看，直流調(diào)速還是交流拖動系統(tǒng)的基礎(chǔ)。最近幾年來，由于直流電機(jī)的優(yōu)秀性能，在眾多場合得以應(yīng)用，所以直流電機(jī)的調(diào)速方法的研究也逐漸熱化。電動機(jī)的控制技術(shù)的發(fā)展得力于微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、永磁材料技術(shù)、電動控制技術(shù)、微機(jī)應(yīng)用技術(shù)的最新發(fā)展成果。直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動領(lǐng)域中仍然難以替代。0 前言 在電氣時代的今天，電動機(jī)一直在現(xiàn)代化的生產(chǎn)和生活中起著十分重要的作用，無論在工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、商務(wù)與辦公設(shè)備，還是在日常生活中的家用電器，都在大量地使用著各式各樣的電動機(jī)。直流電動機(jī)具有優(yōu)良的調(diào)速特性,調(diào)速平滑、方便,調(diào)速范圍廣,過載能力大,能承受頻繁的沖擊負(fù)載,可實現(xiàn)頻繁的無級快速起動、制動和反轉(zhuǎn),能滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)各種不同的特殊運行要求。而采用直流電動機(jī)的PWM調(diào)速控制系統(tǒng)可以克服電網(wǎng)相控調(diào)速系統(tǒng)的上述諸多缺點。功率器件控制條件的變化和微電子技術(shù)的使用也使新型的電動控制方法能夠得到實現(xiàn)，脈寬調(diào)制控制方法（PWM和SPWM）,變頻技術(shù)在直流調(diào)速和交流調(diào)速中獲得廣泛的應(yīng)用。直流電動機(jī)具有良好的起動、制動性能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。采用單片機(jī)構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率，可以實現(xiàn)復(fù)雜的控制，控制靈活性和適應(yīng)性好，無零點漂移，控制精密高，可提供人機(jī)界面，多機(jī)聯(lián)網(wǎng)工作。圖11所示為直流電動機(jī)的物理模型。通常直流電機(jī)在其主磁極上加有補償繞組，電樞反應(yīng)磁勢對主磁通沒有影響。圖11 直流電動機(jī)的物理模型Fig .11 Physical model of DC motor以上分析表明，直流電動機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩中的兩個可控參量和Ia是相互獨立的，可以非常方便地分別調(diào)節(jié)，這種機(jī)理使直流電動機(jī)具有良好的轉(zhuǎn)矩控制特性，從而有優(yōu)良的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)性能。圖12 改變電樞電壓調(diào)速機(jī)械特性Fig .12 The