【正文】 后時間可忽略，數(shù)字控制器為串行工作方式，滯后時間相對較大，為此可采用高速處理器減少滯后時間。同時在實際應用中，反饋信號中往往存在擾動信號，因而必須對反饋信號進行濾波，在模擬控制系統(tǒng)中多采用一階、二階RC濾波電路，而數(shù)字系統(tǒng)中除了濾波電路外，還多采用光耦隔離，同時與軟件濾波相結(jié)合的方法。復雜控制指對電動機的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角、電流等物理量的精確控制。交流電機雖然結(jié)構(gòu)簡單，但它的動態(tài)數(shù)學模型非常復雜，輸入量有電壓和頻率，輸出量有轉(zhuǎn)速和磁通；異步電動機的電流乘以磁通產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速乘以磁通產(chǎn)生感應電勢，因此其數(shù)學模型為非線性的；異步電動機的定子三相繞組和轉(zhuǎn)子三相繞組之間存在交叉耦合，又由于各繞組的電磁慣性，其動態(tài)模型為高階系統(tǒng)，因此異步調(diào)速系統(tǒng)是一個強耦合、非線性、高階的多變量系統(tǒng)。目前基于異步電機動態(tài)數(shù)學模型的高性能調(diào)速系統(tǒng)主要有直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)和矢量控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)速和磁鏈的分別控制，使得異步電機的調(diào)速性能得到大大提升。 單片機在電動機控制中的優(yōu)點 目前，電子技術(shù)、計算機技術(shù)與電機控制技術(shù)結(jié)合的趨勢十分明顯，使得電動機的控制部分由傳統(tǒng)的模擬控制逐步向以微處理器為主的數(shù)字控制方向發(fā)展。(2)實現(xiàn)較復雜的控制，增強系統(tǒng)靈活性微處理器的控制通過軟件實現(xiàn)，因此針對不同的控制對象可以在軟件中修改控制規(guī)律和控制器參數(shù)，不必修改系統(tǒng)硬件。(3)價格低廉，性能提升目前可作為電機控制器的器件有很多，如工業(yè)控制計算機，可編程控制器（PLC），數(shù)字信號處理器（DSP）等。其中PWM口一經(jīng)初始化設(shè)定便輸出PWM波，可用于電機驅(qū)動，捕獲和定時功能可用于電機測速，而且在用測速電機進行測速或者反饋電樞電流時必須用到A/D轉(zhuǎn)換，將A/D功能集成在單片機中帶來了極大便利，另外電機的啟動和制動會影響電網(wǎng)電壓，除了采用必要的隔離、屏蔽，可以使用看門狗不斷見識程序運行情況，一旦程序跑飛，單片機便復位。低電壓和低功耗也是單片機的特色，如ARM采用3V電壓供電，且大多數(shù)單片機都有休眠省電的工作方式，這些措施都減少了單片機耗電。(2)確定合適的電機驅(qū)動方式，編寫驅(qū)動程序。隨著微處理器性能的不斷提升，極大地滿足了對電機控制的需求，采用單片機作為控制核心簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，采用閉環(huán)控制，不僅可以提高控制精度，而且可以加深對控制理論知識的理解，提高對專業(yè)知識綜合運用的能力。另外本次設(shè)計能夠在電機不停車的情況下重新設(shè)定轉(zhuǎn)速和方向。 調(diào)壓方案選擇自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)主要以變壓調(diào)速為主，調(diào)節(jié)電樞電壓首先要有可控直流電源，目前的可控直流電源主要包括兩大類，第一類為相控整流器，它把交流電源直接變換成可控的直流電源。晶閘管整流電路的不足之處還有：（1）由于晶閘管是單向?qū)щ姷?，不允許電流反向，因此在電機的可逆運行時，必須使用正反兩組可控整流電路。直流PWM變換器—電動機系統(tǒng)的主電路簡單，需要的電力電子器件少，而且采用的全控型器件的開關(guān)頻率很高，電流容易連續(xù)，諧波少。，電機停止轉(zhuǎn)動，但此時電機的電樞電壓瞬時值并不為零，而是正負交變的脈沖電壓，因而電樞電流也是交變的，由于其平均值為零，故不會產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，只會造成轉(zhuǎn)矩脈動，增大電機的損耗。(2)穩(wěn)速：能夠以一定精度在所需的轉(zhuǎn)速上穩(wěn)定運行，在擾動作用下，能夠盡快的回復，避免較大的轉(zhuǎn)速波動。目前的直流調(diào)速系統(tǒng)主要有單閉環(huán)和雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。直流調(diào)速雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)在轉(zhuǎn)速單閉環(huán)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增加電流環(huán)，轉(zhuǎn)速環(huán)作為外環(huán)，電流環(huán)作為內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出作為觸發(fā)裝置的控制電壓，進而調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。而電流調(diào)節(jié)器主要是使電樞電流快速跟隨轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器輸出變化，加速電機啟動過程，及時對電網(wǎng)電壓擾動起抵抗作用，限制電樞電流，對電機起到保護作用，為實現(xiàn)電流無靜差，電流調(diào)節(jié)器也設(shè)計為PI調(diào)節(jié)器。方案一：Matlab是一種解釋執(zhí)行的腳本語言，不僅可以解釋并執(zhí)行用戶的數(shù)值計算程序，在命令行方式下進行工作，還可以在腳本程序控制下生成圖形界面，使得應用程序的界面更加友好。打開串口后PC機便可與單片機通信，Matlab有兩種方式從串口讀數(shù)據(jù)，一種為同步讀操作，計算機不斷地查詢串口，而且串口傳送兩個字節(jié)數(shù)據(jù)之間的間隔相對于告高速的CPU也是有比較長的時間的，如果不斷地等待下去，整個Matlab便會失去響應，這種方式相當于單片機檢測鍵盤的查詢方式，編程雖然簡單，但是極大地占用系統(tǒng)資源。PC機從串口讀取數(shù)據(jù)后便可以利用Matlab強大的圖形處理功能繪制圖形。另一種為查詢方式，但VB中多采用計時器Timer實現(xiàn)定時查詢，而且VB的編程語言類似于C語言，比較容易上手。方案二:采用變壓器將220交流電變換成低電壓交流電，經(jīng)過整流后得到直流電壓，在經(jīng)過穩(wěn)壓模塊穩(wěn)壓和電容濾波得到穩(wěn)定的直流電壓。電容選擇及作用（從左至右依次為CCCC4）：電容C1將整流橋輸出的脈動直流進行濾波，繼而得到近似的直流電壓，故電容值應比較大，耐壓值應大于變壓器二次側(cè)最大電壓，本次設(shè)計C1的耐壓值為50V。 L7805芯片引腳及電氣特性：引腳1：電壓輸入端。 主要電氣特性：輸出電壓溫漂:；電壓調(diào)整率（8V≦Vi≦12V）：；負載調(diào)整率（5mA≦IO≦）；靜態(tài)電流：；短路電流（Vi =35V）：230mA；峰值電流：。引腳3：電壓輸出端，典型值為12V。方案一：選用STC89C52芯片，STC系列單片機價格低廉，結(jié)構(gòu)簡單，C51編程語言與C語言基本相似，上手比較容易，中斷系統(tǒng)和定時器功能基本滿足工程需要，另外STC89C52單片機附加一個T2定時器，也方便了直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計。缺點是成本較高，硬件結(jié)構(gòu)較為復雜，性能穩(wěn)定性較差。方案二：以L298N電機專用驅(qū)動芯片為核心，配合一些簡單的外圍電路組成完整的直流電機驅(qū)動電路，這種電路穩(wěn)定性比較好，驅(qū)動能力較強，缺點是成本相對較高。輸出電壓最高可達50V，可以直接通過電源來調(diào)節(jié)輸出電壓；可以直接用單片機的IO 口提供信號；而且電路簡單，使用比較方便。1 腳和15 腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號。方案二：采用光電編碼器，光電編碼器是一種數(shù)字測速裝置，分為增量式和絕對式，由光柵盤和光電檢測裝置組成，光線經(jīng)過光柵盤上的若干方孔，在經(jīng)過檢測裝置輸出若干脈沖，根據(jù)一定時間內(nèi)的脈沖數(shù)即可測速，精度較高，而且增量式編碼器還可以確定電機轉(zhuǎn)動方向。 光電編碼器結(jié)構(gòu)圖 鍵盤及顯示模塊鍵盤用于設(shè)定電機轉(zhuǎn)速、方向以及控制電機的啟動和停止，包括數(shù)字鍵和功能鍵。： 矩陣鍵盤電路圖系統(tǒng)中需要顯示內(nèi)容并不多，主要包括設(shè)定的轉(zhuǎn)速值、轉(zhuǎn)動方向和實測轉(zhuǎn)速，為此可以采用比較簡單的LCD1602液晶屏，也可降低成本。而10H~1FH或者40H~4FH地址稱為隱藏區(qū)域，當寫入該區(qū)域時，需要通過字符移位命令將它們移動到可顯示區(qū)域方可顯示，而且可以形成字符從屏幕兩邊切入的效果。第四章 軟件設(shè)計本次設(shè)計的軟件部分包括主程序、參數(shù)設(shè)定、PWM程序、PID調(diào)速程序、中斷處理程序和上位機VB顯示程序。其中在電機運行之前通過鍵盤設(shè)定參數(shù)時，并未開外部中斷1，采用掃描方式處理按鍵。本次設(shè)計采用遞推式控制算法，：本次設(shè)計中控制器輸出限幅值為min=50，max=450。if(uk=450) uk=450。 PID程序流程圖 矩陣鍵盤設(shè)計 ，按鍵設(shè)置在行、列線的交點上，行線通過上拉電阻接+5V電壓，當按鍵未按下時，行線呈現(xiàn)高電平。在給按鍵賦值的方法較多，本次設(shè)計中采用鍵值=所在列號*4+所在行號（行號、列號分別為0,1,2,3），另外為了消除按鍵誤動作需要通過軟件延時消除按鍵抖動。（1）軟件延時法：在軟件中設(shè)計一個基準延時程序，并在延時程序中改變輸出單片機端口輸出電平，通過反復調(diào)用延時程序，從而得到不同占空比可調(diào)的PWM波，但是在本系統(tǒng)中單片機要執(zhí)行不同的功能程序，若采用軟件延時法，則誤差較大。 TH0=T0L_H。 TH0=T0H_H。 if(flag1==1) {D=1000D。 T0H_H=(65536D)/256。定時法是在一定的時間內(nèi)檢測光電碼盤輸出的脈沖個數(shù)，再通過計算得出電機的轉(zhuǎn)速；間隔法是檢測光電碼盤輸出的前后兩個上升沿（或下降沿）的間隔即脈沖寬度，通過這個時間得到電機轉(zhuǎn)速。 數(shù)字濾波 在電動機的數(shù)字閉環(huán)控制系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速測量值至關(guān)重要，但是實際中對電機轉(zhuǎn)速的測量中?；煊懈蓴_噪聲，為此可以通過一定的軟件計算來減少干擾在信號中的比重，達到減弱或消除干擾的目的。(3)防脈沖干擾平均值法即對連續(xù)采樣的數(shù)據(jù)排序，去除最大值和最小值，求剩余數(shù)據(jù)的平均值作為測量值，該法對于尖峰脈沖干擾有較好抑制作用。(1)程序界面設(shè)計確定程序要實現(xiàn)的功能后就可以設(shè)計程序窗口即添加相應的控件，并設(shè)置控件屬性。相應代碼如下： = 4 = 1 = 1 = 1 = 9600,n,8,1本設(shè)計中需要將轉(zhuǎn)速值顯示出來，但是單片機發(fā)送的轉(zhuǎn)速值是十六進制數(shù)，而PC以ASCII碼的形式接收，因此必須對接收到的數(shù)據(jù)進行處理，處理過程在OnComm事件中進行。H amp。顯示十進制數(shù)，保留一位小數(shù) 本章小結(jié) 本章對系統(tǒng)軟件部分的主要程序進行了說明，首先介紹了主控程序的組成和工作流程以及數(shù)字PID控制規(guī)律的推導和調(diào)節(jié)過程，然后對矩陣鍵盤的工作原理和PWM波的生成方法進行了闡述，并且說明了開機時參數(shù)設(shè)定的操作流程以及不停車情況下重新設(shè)定參數(shù)的操作流程，之后又介紹了常見的轉(zhuǎn)速測量方法和數(shù)字濾波方法，最后說明了VB環(huán)境下上位機的設(shè)計的過程。方法如下：將萬用表調(diào)制蜂鳴器檔，紅、黑表筆分別接在按鍵兩端，按下按鍵時，若萬用表發(fā)出響聲則按鍵完好。 軟件調(diào)試 (1)鍵盤及顯示程序測試鍵盤和液晶作為本系統(tǒng)的交互界面，必須正常工作，才能方便系統(tǒng)測試。定時器T0采用如下賦值方式：TL0=(64536+ZKB)%256。程序中ZKB=600，在測試過程中發(fā)現(xiàn)PWM波占空比和周期并不受到控制。(3)PID控制器參數(shù)配置作為本次設(shè)計的核心，控制器的參數(shù)配置至關(guān)重要，也是設(shè)計的難點。采用湊試法需要了解PID控制器參數(shù)對系統(tǒng)相應的影響。采用湊試法可按照先比例后積分再微分的順序反復調(diào)試參數(shù)。在本次設(shè)計中，一開始采用160ms作為轉(zhuǎn)速采樣周期，但是湊試比例系數(shù)時發(fā)現(xiàn)，盡管嘗試了多個數(shù)值，電機轉(zhuǎn)速在正轉(zhuǎn)3400rpm左右至反轉(zhuǎn)3400rpm左右不斷振蕩，為此可以減小采樣時間。穩(wěn)態(tài)性能指電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后電機的實測轉(zhuǎn)速值與轉(zhuǎn)速設(shè)定值之間的偏差。第六章 結(jié)論與展望 系統(tǒng)設(shè)計成果 本次設(shè)計的目標是實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)，但是由于中途調(diào)試過程中遇到的各種問題，造成時間上的不足，雖然只完成了轉(zhuǎn)速單閉環(huán)控制，但是該系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)精度和抗擾動性能基本令人滿意。另一個體會是自己所學的理論知識與工程實踐的脫節(jié)，雖然課本上的理論知識具有較強的指導作用，但是并不能完全應對復雜的實踐問題，必須針對具體問題具體分析。本次設(shè)計的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)控制系統(tǒng)的性能基本令人滿意，但是除了電流環(huán)之外還有一些問題值得注意。sbit len=P3^7。uchar code note2[]=AHEAD。uchar code note6[]=Wele。uint speed,key_speed,dis_speed,sum_speed。uchar value。j++)。x) for(y=110。 P0=。 len=0。 len=1。 write_(0x38)。 }void send(uchar mes){ SBUF=mes。 if(P2 != 0x0f) { delay_ms(100)。 for(j=0。作用為讓 P1 口的狀態(tài)穩(wěn)定*/ _nop_()。 for(i=0。 while(checkkey()!=0)。 else { num1=keyscan()。 temp3=0。i++) {write_data(0x20)。 temp3=temp2。 } } } key_speed=temp3*1000+temp2*100+temp1*10+temp0。 else { num2=keyscan()。i++) {write_data(0x20)。i=4。 for(i=0。 } if(num2==14) break。 SM1=1。 //T1工作于方式2（串口），T0工作于方式1 IP=0x1A。 TH2=0x00。i=6。i++) { write_(0x18)。 for(i=0。 //D1=((float)(key_speed+4615)/8900)*1000。i=3。 P1_6=1。 TR0=1。 uk=uk+duk。 e2=e1。 T0L_H=(64536+D)/256。 speed=(TH2*256)+TL2。 j++。 speed0=sum_speed。 //發(fā)送轉(zhuǎn)速值 } write_(0x80+0x4A)。i++) { write_data(note5[i])。 write_data(0x30+(dis_speed%10))。 P1_6=0。 P1_6=1。 count=0。TL2=0。sum_speed=0。 T0H_L=(65536D)%25