【正文】 G2=tf(1,[Ja f])。分別以電動(dòng)機(jī)電樞電壓 ua(t)和負(fù)載力矩 Md(t)為輸入變量，以電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為輸出變量，在 MATLAB 中建立電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。 2GD —— 電力拖動(dòng)系統(tǒng)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪慣量（ N. 2m ）。因此一般不用位置式 PID。因此，比例 +積分 (PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。 比例（ P）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。兩種中斷服務(wù)中，故障保護(hù)中斷優(yōu)先級(jí)別最高，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷級(jí)別次之。響應(yīng)中斷后封鎖 PWM 輸出，使電機(jī)停轉(zhuǎn)。 while(1) { if(num==4) { PWM=~PWM。 TL0=(65536500)%256。 N 隨著機(jī)型的不同而不同。 有時(shí)在數(shù)字 78 或 79 后面還有一個(gè) M或 L，如 78M12 或 79L24,用來區(qū)別輸出電流和封裝形式等，其中 78L 調(diào)系列的最大輸出電流為 100mA， 78M 系列最大輸出電流為 1A， 78 系列最大輸出電流為 。如上圖示。 能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)按鍵的 ―去抖 ‖和重鍵處理 。 CPU在忙于各項(xiàng)工作任務(wù)時(shí)，如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式。原理如圖 37： 圖 37 M/T法測速原理 測速時(shí)間 Td由測速脈沖來同步，即由圖 37電路實(shí)現(xiàn) Td等于整 m1個(gè)脈沖周期。由于 A、 B兩相的脈沖相位相差 90176。當(dāng)圓盤隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，光敏元件接受的光增量隨透光線條同步變化，光敏元件輸出波形經(jīng)過整形后變成脈沖。前者成為碼盤，后者稱碼尺．按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種．接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸導(dǎo)電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“１”還是“ ０ ”；非接觸式的接受單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 14 敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時(shí)以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“１”還是“０”。這個(gè)交變電流的平均值等于零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電動(dòng)機(jī)的損耗這是雙極式控制的缺點(diǎn)。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng) 0 ontt?? 時(shí)，晶體管 1VT 、 4VT 飽和導(dǎo)通而 3VT 、 2VT 截止，這時(shí) AB sUU? 。 HIN信號(hào)的占空比為 D=t1/T。 在 HIN為高電平期間， VT VT 4導(dǎo)通，在直流電機(jī)上加正向的工作電壓。但這本設(shè)計(jì)中 IGBT 仍然是本設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)的最理想器件。兩路匹配傳輸導(dǎo)通延時(shí)為 120ns，關(guān)斷延時(shí)為 94ns。它把驅(qū)動(dòng)高壓側(cè)和低壓側(cè) MOSFET或 IGBT所需的絕大部分功能集成在一個(gè)高性能的封裝內(nèi)，外接很少的分立元件就能提供極快的功耗，它的特點(diǎn)在于，將輸入邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換成同相低阻輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，可以驅(qū)動(dòng)同一橋臂的兩路輸出，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，工作電壓比較高，可以達(dá)到 600V，其內(nèi)設(shè)欠壓封鎖，成本低、易于調(diào)試。這些中斷每個(gè)中斷源都可以通過置位或清除特 殊寄存器 IE 中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。 如圖 22，通過單片機(jī)控制器產(chǎn)生 PWM 矩形波， PWM 矩形波經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路的放大對(duì)直流電機(jī) 進(jìn)行 PWM 控制，由速度傳感器對(duì)電機(jī)進(jìn)行測速，并將測得的速度反饋到輸入端即讓反饋信號(hào)與給定量進(jìn)行比較。 定頻調(diào)寬法 是利用一個(gè)固定的頻率來控制電源的接通或斷開，并通過改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長短，即改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此， PWM 又被稱為“開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。由 上式 可知，當(dāng)電源電壓不變的情況下，電樞的端電壓的平均值 為D maxV =V *D ， 因此 改變 占空比 D 就可以改變端電壓的平均值，從而達(dá)到調(diào)速的目的，這就是 PWM 調(diào)速原理。本系統(tǒng)以 AT89S52 單片機(jī)為核心，通過單片機(jī)控制， C 語言 編程實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的平滑調(diào)速。 系統(tǒng)方案 與分析 本文主要研究了利用 AT89S52 單片機(jī)，通過 PWM 方式來改變電壓的占空比實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)速度的控制。直流電機(jī)模型見圖 11。 目前，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)走向?qū)嵱没殡S著電子技術(shù)的高度發(fā)展，促使直流電機(jī)調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使直流電單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 2 機(jī)調(diào)速技術(shù)又進(jìn)入到一個(gè)新的階段，智能化、高可靠性已成為它發(fā)展的趨勢。 在實(shí)際應(yīng)用中，電動(dòng)機(jī)作為把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的主要設(shè)備，一是要具有較 高的能量轉(zhuǎn)換效率；二是應(yīng)能根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求調(diào)整轉(zhuǎn)速。此外，本文中還采用了芯片 IR2110 作為直流電機(jī)正轉(zhuǎn)調(diào)速功率放大電路的驅(qū)動(dòng)模塊，并且把它與延時(shí)電路相結(jié)合完成了在主電路中對(duì)直流電機(jī)的控制。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。要求直流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍為 3050 轉(zhuǎn) /秒，實(shí)時(shí)測量電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速 ,并要求在 LED 數(shù)碼管上顯示出來。 論文作者簽名： 年 月 日 河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交 的論文，是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果。 研究以單片機(jī) AT89S52 和 IR2110 控制的直流電機(jī)脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)。對(duì)本研究提供過幫助和做出過貢獻(xiàn)的個(gè)人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。早期直流電動(dòng)機(jī)的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運(yùn)算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復(fù)雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試?yán)щy，阻礙了直流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。 如今，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制已經(jīng)離不開單片機(jī)的支持，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展促進(jìn)了自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，使人類社會(huì)步入了自動(dòng)化時(shí)代，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)與其他學(xué)科領(lǐng)域交叉融合，促進(jìn)了學(xué)科發(fā)展和專業(yè)更新，引發(fā)了新興交叉學(xué)科與技術(shù)的不斷 涌現(xiàn)。 直流電機(jī)調(diào)速原理 直流電機(jī)電路模型如圖 11 所示，磁極 N、 S 間裝著一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵磁圓 柱體，圓柱體的表面上固定著一個(gè)線圈。 電 樞控制是在勵(lì)磁電壓不變的情況下，把控制電壓信號(hào)加到電機(jī)的電樞上，以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在 PWM 驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi) “ 接通 ” 和 “ 斷開 ” 時(shí)間的長短。 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 4 總體硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 圖 12 直流電機(jī) PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖 直 流電機(jī) 轉(zhuǎn)速檢測 反饋 LED顯示 鍵盤控制 PWM AT89S52 單片機(jī)（速度的測量計(jì)算、輸入設(shè)定及系統(tǒng)控制） 驅(qū)動(dòng)電路 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 5 2 PWM 脈寬調(diào)制原理 PWM 調(diào)速原理 PWM 脈沖寬度調(diào)制技術(shù)就是通過對(duì)一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）的技術(shù)。 （ 3）定頻調(diào)寬法：保持周期（ 或頻率）不變，同時(shí)改變、。在反饋控制系統(tǒng)中，不管出于什么原因（外部擾動(dòng)或系統(tǒng)內(nèi)部變化），只要被控制量偏離規(guī)定值，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用去消除偏差。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。這種控制功能是通過定時(shí)器方式控制器 TMOD 來完成的。50V/ns，在 15V下的靜態(tài)功耗僅有 ；輸出的柵極驅(qū)動(dòng)電壓范圍為 10～ 20V，邏輯電源電壓范圍為 5～ 15V，邏輯電源地電壓偏移范圍為－ 5V～＋5V。（ 4） IGBT 利用柵極可以關(guān)斷很大的漏極電流。因此在這個(gè)電路中， VT VT4或者 VT VT 3是不可能持續(xù)、不間斷的導(dǎo)通的。此時(shí)，直流電機(jī)反轉(zhuǎn)。 當(dāng) λ=， Vout=0,此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 0； 當(dāng) λ1時(shí)， Vout為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)； 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 12 當(dāng) λ=1時(shí)， Vout=V,電機(jī)正轉(zhuǎn)全速運(yùn)行。 雙極式控制可逆 PWM 變換器的輸出平均電壓為 2 1o n o n o nd s st T t tU U UT T T? ??? ? ? ????? (34) 如果定義占空比 ontT?? ，電壓系數(shù) dsUU?? 則在雙極式可逆變換器中 8 2 7 9SL1+5VIRQC L KA0CSRDWRD 0 D 7C N T LS H I G TR E S E T1512 141311109876543210R L 3RL2RL1RL0S L 0SL2S L 3A03B 0 3驅(qū)動(dòng)器P0WRRDP 2 . 6A L EINT18 3 C 5 5 21KAT89S51 調(diào)速時(shí)， ? 的可調(diào)范圍 為 0～ 1 相應(yīng)的保 護(hù) 現(xiàn) 場讀 入 轉(zhuǎn) 速計(jì) 算 轉(zhuǎn) 速恢 復(fù) 現(xiàn) 場轉(zhuǎn) 速 調(diào) 節(jié)允 許 測 速中 斷 返 回 。 4）低速平穩(wěn)性好，每個(gè)開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。增量式編碼器是專門了用來測量轉(zhuǎn)動(dòng)角位移的累計(jì)量。編碼盤輸出的 z相脈沖用于復(fù)位計(jì)數(shù)器，每轉(zhuǎn)一圈復(fù)位一次計(jì)數(shù)器。 轉(zhuǎn)速檢測的精度和快速性對(duì)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能影響極大。 希望在低速獲得高精度測速值，于是利用光碼盤 A， B 兩相輸出在相位上互差 90176。它 是一種實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入和段式數(shù)碼顯示控制的專用智能芯片。數(shù)字部分用來輸入給定轉(zhuǎn)速，控制部分用來控制電機(jī)的運(yùn)行。故名思義，三端 IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 由于 PWM 信號(hào)軟件實(shí)現(xiàn)的核心是單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器，而不同單片機(jī)的定時(shí)器具有不同的特點(diǎn)，即使是同一臺(tái)單片機(jī)由于選用的晶振不同，選擇的定時(shí)器工作方式不同，其定時(shí)器的定時(shí)初值與定時(shí)時(shí)間的關(guān)系也不同。 sbit PWM=P1^0。 TL0=(65536500)%256。 此程序共有 2 個(gè)中斷源：外部中斷 0，用于電機(jī)故障處理；外部中斷 1，用于鍵盤輸入處理。單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 23 T0 用來定時(shí)， T1 用來計(jì)數(shù)， T0 和 T1 均工作 于 方式 1。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入 “ 積分項(xiàng) ” 。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例 +微分 (PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置 結(jié) 合本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖圖，如圖 51 圖 51無靜差直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的框圖 下面我們將分別給出閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。 他勵(lì)電壓：220V。f=。 dcm1=tf(dcm) 運(yùn)行結(jié)果為： Transfer function from input 1 to output: 10／ s^2 + 14 s + 43 Transfer function from input 2 to output: 50 s + 200／ s^2 + 14 s + 43 RTmS 1Ce Ud0（ s） IdL（ s） n(s) E(s) － ＋ 1/1lRTS? Id（ s） 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 32 step(dcm(1))。Ka=。積分控制可以使系統(tǒng)在偏差電壓為零時(shí)保持恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無靜差調(diào)速，因此，采用比例積分調(diào)節(jié)器的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是無靜差調(diào)速系統(tǒng)。如圖 47 所示 . 圖 47 PID流 程圖 開 始 計(jì)算 NK存入 46H— 48H 計(jì)算 ANK存入 4CH— 4EH 計(jì)算 Δ NK存入 4CH— 4EH 計(jì)算 CBNK2存入 4FH— 51H 計(jì)算 ANK+BNK存入 4CH— 4EH 計(jì)算 BNK存入 4FH— 51H 取 Δ NK整數(shù) N 降速 N轉(zhuǎn) 更新 NK1,NK