【正文】 齒距角 ? ，如公式 21 所示 。沖量 是 指窄脈沖的面積，如圖 22 所示 。 10 （ a） (b) (c) 圖 22 形狀不同而面積相同的各種脈沖 把圖 22（ a） 所示的正弦半波分成 N 等份，就可把正弦半波看成是由 N 個(gè)彼此相連的脈沖所組成的波形。根據(jù)沖量相等效果相同的原理， PWM 波形和正弦波形是等效的 。按照計(jì)算結(jié)果控制 電路中各開關(guān)器件的通斷，就可以得到所需要的 PWM 波形。當(dāng)調(diào)制信號(hào)為正弦波時(shí)，所得到的就是 SPWM 波 如 圖 24 所示 。 (1) 同步調(diào)制 在改變調(diào)制信號(hào)周期的同時(shí)成比例地改變載波周期，使載波頻率與信號(hào)頻率的比值 (載波比 )保持不變。 13 (2) 異步調(diào)制 在調(diào)制信號(hào)周期變化的同時(shí)，載波周期仍保持不變，因此，載波比隨之變化。另外，由于載波頻率是固定的，也便于數(shù)字化控制。但是，在調(diào)制比切換時(shí)可能出現(xiàn)電壓突變甚至振蕩。這樣，如果逆變器的開關(guān)器件具有足夠高的開關(guān)頻率，則電機(jī)電流就能很快地調(diào)節(jié)其幅值和相位，使電機(jī)電流得到高品質(zhì)的動(dòng)態(tài)控制。電流滯環(huán)型由于不需要三角載波環(huán)節(jié)，控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來比 較 簡單。 常規(guī)的 PID 控制原理框圖如 25所示。 比例調(diào)節(jié)器與偏差成正比例調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)及時(shí)，誤差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用，使被控量 y向減小偏差的方向變化，但這種調(diào)節(jié)使被控量 y 存在靜差， + PID 控制 器D(S) 被 控對(duì) 象G(S) 15 即有殘留誤差，因?yàn)檎{(diào)節(jié)作用是以偏差的存在為前提條件的。積分調(diào)節(jié)器的突出優(yōu)點(diǎn)是：只要被調(diào)量存在偏差，其輸出的調(diào)節(jié)作用便隨時(shí)間不斷加強(qiáng)，直到偏差為零。 （ PID） 比例積分調(diào)節(jié)消除系統(tǒng)誤差需要經(jīng)過較長的時(shí)間，為進(jìn)一步改進(jìn)控制器，可以通過檢測(cè)誤差的變化率來預(yù)報(bào)誤差，根據(jù)誤差變化趨勢(shì)，產(chǎn)生強(qiáng)烈的調(diào)節(jié)作用，使偏差盡快的消除在萌芽狀態(tài)，數(shù)學(xué)上描述這個(gè)概念用微分，因此在 PI 調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上加入微分調(diào)節(jié) ，就構(gòu)成了比例積分微分調(diào)節(jié)器，其控制規(guī)律為： kptu ?)( ? ?dt tdedttete TT di)()(1)( ?? ? （式 25） 式中 Td為微分常數(shù)， Td 越大微分作用越強(qiáng)。而在微機(jī)控制系統(tǒng)中采用了數(shù)字控制器，即用軟件來實(shí)現(xiàn) PID 控制，因此要將模擬 PID 調(diào)節(jié)器離散化為數(shù)字 PID 控制算法。 數(shù)字控制器的直接設(shè)計(jì)方法也稱為離散化的設(shè)計(jì)方法，在 Z 平面上的設(shè)計(jì)方法，它根據(jù)系統(tǒng)的性能要求，運(yùn)用離散控制理論，直接設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的數(shù)字控制器。 將上式帶入得出： ?????????? ?? ? )1()()()()( kekeTjeTkeku TTK Dip+u0 （式 211） 17 其中， u（ k）為調(diào)節(jié)器第 k次輸出值； e（ k）， e（ k1）分別為第 k 次和第 k1次 采樣時(shí)刻的偏差值。 PID 各參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的影響 KP與系統(tǒng)快速性成正比，與系統(tǒng)的靜差成反比。 根據(jù)上述結(jié)論，可按如下步驟對(duì)參數(shù) 實(shí)行 先比例，后積分，再微分的整定步驟。反復(fù)試湊多組 KP， KI值，從中確定合適的參數(shù)。 硬件電路構(gòu)成原理框圖參見如圖 3l所示。整個(gè)系統(tǒng)以 AVR系列中的 ATMEGA16單片機(jī)為控制核心， ATMEGA16通過對(duì)輸入信號(hào)判斷比較， 輸出存儲(chǔ)器中給定電流波形的控制信號(hào)，信號(hào)經(jīng) TLC7528轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號(hào)，該信號(hào) 放大后 和電機(jī)繞組中反饋回來的電流信號(hào)進(jìn)行比較，若電流信 信 號(hào)大于控制電壓，電路將功放管截止，反之使 功率放大管 導(dǎo)通來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)。此外，單片機(jī)還要對(duì)外部信號(hào)，如細(xì)分狀態(tài)選擇信號(hào)、轉(zhuǎn)向控制信號(hào)、過流保護(hù)信號(hào)進(jìn)行判斷處理，執(zhí)行相應(yīng)的操作。 7047集電極開路六正相高壓驅(qū)動(dòng)器 。 光電 耦合器是實(shí)現(xiàn)光電耦合的基本器件，它主要有發(fā)光二極管與光敏元件相互絕緣的組合在一起，發(fā)光二極管是輸入回路，實(shí)現(xiàn)將電能轉(zhuǎn)換成光 能；光敏元件為輸出回路，它將光能轉(zhuǎn)換成電能，實(shí)現(xiàn)了兩部分電路的電氣隔離，從而有效的抑制電干擾，此系統(tǒng)采用以集成的光電耦合器 6N137. 此論文用到的 PWM斬波電路，只是由該電路產(chǎn)生的波形來有效的控制 MOSFET管 的開和關(guān)，進(jìn)而得到系統(tǒng)所需要的信號(hào)。 AVR 單片機(jī) 的 優(yōu)點(diǎn) AVR 運(yùn)行速度最快 。 I/O口都可以 來轉(zhuǎn) 換驅(qū)動(dòng)的方式輸出高、低電平，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng) 。 AVR 單片機(jī)的特性 先進(jìn)的 RISC 結(jié)構(gòu)： 131 條指令， 32 個(gè) 8位通用工作寄存器和外設(shè)控制寄存器，工作于 16MHZ 時(shí)，性能高達(dá) 16MPS，只需 兩個(gè)時(shí)鐘周期的硬件乘法器。 特殊的處理器特點(diǎn)：上電復(fù)位以及可編程的掉電檢測(cè)，片內(nèi)經(jīng)過標(biāo)定的 RC 振蕩器，片內(nèi) /片外中斷源， 6種睡眠模式，可以通過軟件進(jìn)行選擇的時(shí)鐘頻率， 通過熔絲位可以選擇 ATMEGA103 兼容模式，全局上拉禁止功能。 C110 uFR 1 010 KC222 pFC322 pF1 212 M H zX T A L+ 5 VA G N D31X113X212R E S E T9P D 2 ( I N T 0 )16P D 3 ( I N T 1 )17P D 4 ( O C 1B )18P D 5 ( O C 1A )19P B 0 ( T 0)1P B 1 ( T 1)2P B 2 ( A I N 0 )3P B 3 ( A I N 1 )4P B 4 ( S S )5P B 5 ( M O S I )6P B 6 ( M I S O )7P B 7 ( S C K )8( A D C 0 ) P A 040( A D C 1 ) P A 139( A D C 2 ) P A 238( A D C 3 ) P A 337( A D C 4 ) P A 436( A D C 5 ) P A 535( A D C 6 ) P A 634( A D C 7 ) P A 733P C 022P C 123P C 224P C 325P C 426P C 527( T O S C 1) P C 628( T O S C 2) P C 729P D 7 ( T O S C 2)21P D 6 ( I C P )20A V C C30A R E F32P D 1 ( T X D )15P D 0 ( R X D )14GND11VCC10A T M E G A 1 6_ D I P 40+ 5 VC L KD I R ES C KMII S PD B 4D B 6D B 7D B 5c h SV C CD B 0D B 1D B 2D B 3D ir e AD ir e BwrS E N S E BK E Y 1K E Y 2K E Y 3K E Y 4K E Y 5 圖 33 主控制電路 10引腳 VCC：接 +5V電源正端 11引腳 GNG：接 +5V電源地端 （ 1） PB0、 PB PB PB PB PD PD PD6作為普通的 I/O口，用于 8位模 擬量的傳輸。工作于從機(jī)模式時(shí)，這個(gè)引腳的數(shù)據(jù)方向由 DDB6 控制。當(dāng)工作于主機(jī)模式時(shí)，這個(gè)引腳的數(shù)據(jù)方向由 DDB5控制。 （ 4） PA1用于檢測(cè)模塊輸出信號(hào)的反饋。 XTAL2 振蕩放大器 2。 POR 電路可以用來觸發(fā)啟動(dòng)復(fù)位，或者用來檢測(cè)電源故障。當(dāng) VCC 下降時(shí)，只要低于檢測(cè)門限，RESET 信號(hào)立即 生 效，復(fù)位時(shí)所有的 I/O 寄存器都被設(shè)置為初始值，程序從復(fù)位向量處開始執(zhí)行。 圖 35 復(fù)位電路 D/A 轉(zhuǎn)換 電路 TLC7528 是雙路 8 位數(shù)字 — 模擬轉(zhuǎn)換器，他們?cè)O(shè)計(jì)成具有單獨(dú)的片內(nèi)數(shù)據(jù)鎖存器，其特點(diǎn)包括非常緊密的 DACDAC 一致性。 TLC7528 的特點(diǎn) 27 。 TMS320 接口的數(shù)字信號(hào)處理（ DSP）應(yīng)用的快速控制信號(hào)。而 TLC7528的 VDD 接 +5V 電源，這樣 ARM 輸入的數(shù)字信號(hào)能夠起到有效的控制，其原理圖如圖 37所示 。這樣，輸入端受干擾的時(shí)間大大縮短，受干擾的可能性就降低了。我們?cè)O(shè)它們均已加入了高電平，不影響電路的工作。這時(shí) G3 和 G4 打開，它們的輸入 Q3 和 Q4的狀態(tài)由 G5 和 G6 的輸出狀態(tài)決定。這是因?yàn)?G3 和 G4 打開后，它們的輸出 Q3和 Q4的狀態(tài)是互補(bǔ)的 ,即必定有一個(gè)是 0，若 Q3 為 0，則經(jīng) G3輸出至 G5輸入的反饋線將 G5 封鎖，即封鎖了 D通往基本 RS 觸發(fā)器的路徑；該反饋線起到了使觸發(fā)器維持在 0 狀態(tài)和阻止觸發(fā)器變?yōu)?1 狀態(tài)的作用 ,故該反饋線稱為置 0 維持線 ,置 1 阻塞線?？傊撚|發(fā)器是在 CP正跳沿前接受輸入信號(hào)，正跳沿時(shí)觸發(fā)翻轉(zhuǎn)，正跳沿后輸入即被封鎖 ,三步都是在正跳沿后完成，所以有邊沿觸發(fā)器之稱。 其 3 腳是通道 1的輸出端、反相輸入端、同相輸入端， 7腳是通道 2 的同相輸入端、反相輸入端、輸出端， 10 腳是通道 3 的輸出端、反相輸入端、同相輸入端， 1 1 14 腳是通道 4 的同相輸入端、反相輸入端、輸出端， 4 腳是正電源， 11 腳是負(fù)電源（或單電源使用時(shí)的電源地 ） ， 放大電路原理圖 如圖 310 所示 。 。 TL082 引腳功能及內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 TL082 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 311所示： 32 圖 311 TL082內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 表 31 TL082引腳功能 腳號(hào) 腳 名 功能 腳號(hào) 腳名 功能 1 Output 1 輸出 1 5 Non inverting input 2 正向輸入 2 2 Inverting input 1 反向輸入 1 6 Inverting input 2 反向輸入 2 3 Non inverting input 1 正向輸入 1 7 Output 2 輸出 2 4 VCC 電源 8 VCC+ 電源 33 檢測(cè)電路原理圖 檢測(cè)電路原理圖如圖 312 所示： R 3 80 .1R61kC 1 52 7 1 R51kR 3 65 0 1 0 0 kA G N DA G N D567U 3 BT L 0 8 2C51 0 4C41 0 4 7 VA G N DA G N D 圖 312 檢測(cè)電路原理圖 H 橋電路 H 橋簡介 H 橋電路是 一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路。根據(jù)不同三極管對(duì)的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。當(dāng)三極管 Q1和 Q4 導(dǎo)通時(shí)，電流將從左至右流過電機(jī)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動(dòng)（電機(jī)周圍的箭頭指示為順時(shí)針方向）。如果三極管 Q1 和 Q2同時(shí)導(dǎo)通，那么電流就會(huì)從正極穿過兩個(gè)三極管直接回到負(fù)極。 4個(gè)與門同一個(gè) “ 使能 ” 導(dǎo)通信號(hào)相接，這樣，用這一個(gè)信號(hào)就能控制整個(gè)電路的開關(guān)。 圖 315 具有使能控制和方向邏輯的 H橋電路 36 H 橋電路原理圖 由于本課題是以兩相混合式步進(jìn)電機(jī)為例，所以需要驅(qū)動(dòng)兩相，此原理圖只是B 相， A相和其相同，此處沒有列出 ， H橋電路如圖 316所示： P H A S E B P H A S E B D2B Y W 7 6D6B Y W 7 6D1B Y W 7 6 D5B Y W 7 630 V30 VR 2 1 51 R 2 4 51R 2 2 10 k R 2 6 10 k123DGSQ5I R F 95 4 0123DGSQ7I R F 95 4 0123GDSQ1I R F 54 0 123GDSQ3I R F 54 0R 1 9 51R 2 0 10 k