【正文】 (4)設(shè)計(jì)采用辨相電路實(shí)行電機(jī)的正反轉(zhuǎn)判斷問(wèn)題，從而控制正反轉(zhuǎn) 。這里存在著兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是細(xì)化程度沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)，只能憑借分析人員的經(jīng)驗(yàn)自己把握；另一個(gè)問(wèn)題存在于需求分析的過(guò)程：分析用戶需求→確定軟件功能→分解復(fù)雜的功能為多個(gè)簡(jiǎn)單的功能。然后很不幸，很多現(xiàn)有系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn) V1 V2，就會(huì)出現(xiàn) (V2, V1) 這一段速度無(wú)論 M 法還是 T 法都無(wú)法覆蓋的情況，一個(gè)緩解的辦法就是在 (V2， V1)段同時(shí)使用 M 法和 T 法測(cè)量，然后取平均值，但要解決好 M/T 測(cè)量的同步問(wèn)題。如要增加速度測(cè)量的上限，可以減小編碼器的脈沖數(shù)，或使用更小更精確的計(jì)時(shí)單位，使一次測(cè)量的時(shí)間值盡可能大。 //設(shè)置 ADC 寄存器 } 速度測(cè)量是工控系統(tǒng)中最基本的需求之一，最常用的是用數(shù)字脈沖 測(cè)量某根軸的轉(zhuǎn)速，再根據(jù)機(jī)械比、直徑換算成線速度。計(jì)數(shù)器在反向積分時(shí)間內(nèi)所計(jì)的 數(shù) 值，就是輸入模擬電壓 Vi 所對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，實(shí)現(xiàn)了 A/D 轉(zhuǎn)換。重復(fù)此過(guò)程，直至逼近寄存器最低位。但在 A/D 轉(zhuǎn)換前，輸入到 A/D 轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成 電壓信號(hào)。 3）算式中不 需要累加。 由于一般計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期 ，一旦確定了 、 、 ，只要使用前后三次測(cè)量值的偏差，即可由式（ ）或式（ ）求出控制增量。而且，因?yàn)橛?jì)算機(jī)輸出的 對(duì)應(yīng)的是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置，西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 30 如計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障， 的大幅度變化，會(huì)引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的大幅度變化，這種情況往往是生產(chǎn)實(shí)踐中不允許的，在某些場(chǎng)合，還可能造成重大的生產(chǎn)事故，因而產(chǎn)生了增量型 PID 控制的控制算法。 顯然， 上述離散化過(guò)程中，采樣周期 必須足夠短，才能保證有足夠的精度。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 28 （ 3）微分環(huán)節(jié)。 (5)鍵盤(pán)抖動(dòng)處理 消除按鍵抖動(dòng)是按鍵操作中必須完成的工作，如果通過(guò)加延時(shí)的方式在系統(tǒng)運(yùn)行程序中對(duì)按鍵抖動(dòng)進(jìn)行處理的話，必然會(huì)影響系統(tǒng)中其他程序的響應(yīng)速度，在本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)中，采用狀態(tài)圖的方式對(duì)其進(jìn)行處理，在按鍵的程序內(nèi)部加入局部靜態(tài)變量來(lái)指示程序的內(nèi)部運(yùn)行狀態(tài)，按鍵消除抖動(dòng)的處理流程圖如下圖所示； 鍵操作消抖流程圖 PID 控制 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)， PID 控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下。系統(tǒng)整體運(yùn)行流程如圖 所示； 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 25 N = N 0？T = 0 ?YT = 0 ?開(kāi) 始導(dǎo) 通 A B 相延 時(shí) T 1 定 位設(shè) 置 定時(shí) 器 T 1切 換 至 閉 環(huán)起 動(dòng) 結(jié) 束Y換 相導(dǎo) 通 A BNT = T tY 圖 無(wú)刷直流電機(jī)啟動(dòng)流程圖 維護(hù)更新模塊是通過(guò)人機(jī)接口實(shí)現(xiàn)的，顧名思義，其功能是完 成系統(tǒng)的維護(hù)和知識(shí)庫(kù)的更新，除此之外，它還可以實(shí)現(xiàn)機(jī)器的自適應(yīng)能力和強(qiáng)制學(xué)習(xí)的功能。 } (3)初始化定時(shí)中斷 地市中斷可以為控制系統(tǒng)提供精確的時(shí)間參數(shù)，本設(shè)計(jì)中正是利用了其這一特點(diǎn)。 PORTD=0X00。 (2)I/O 的初始化 I/O 初始化中，對(duì) ATmega128 的各 I/O 端口進(jìn)行初始化，統(tǒng)一將 I/O 端口設(shè)置缺省狀態(tài)。管理程序是各個(gè)子程序協(xié)調(diào)運(yùn)行核心管理，在整個(gè)調(diào)度的過(guò)程中均有消息觸發(fā)。在這一過(guò)程中，知識(shí)庫(kù)作用于過(guò)程的參數(shù)或方法是固定的，顯示其靜態(tài)開(kāi)放特性。縱觀這四種編程方法的優(yōu)缺點(diǎn)，依據(jù)實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)采用一種結(jié)合模塊化結(jié)構(gòu)化和面向智 能體兩種方法相結(jié)合的新軟件編程方法。液晶分子的排列為螺旋結(jié)構(gòu)，對(duì)光線具有旋旋旋光性，上下偏振片的偏振角度相互垂直。 SPl 串行下載模 式 ,在正常工作過(guò)程中 PEN 引腳沒(méi)有其他功能。低于此時(shí)間的脈沖不能保證可靠復(fù)位。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性 ,可以輸出和吸收大電流。如果不作為 ADC 的模擬輸入 .端口 F 可以作為 8位雙向 I/0 口并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。 端口 C(PC7~PC0):端口 C 為 8 位雙向 I/0 口 ,復(fù)位發(fā)生時(shí)端口 C 為三態(tài)。 ATmega128 各引腳功能如下： Vcc:數(shù)字電路的電源 ,GND:地。 片內(nèi) / 片外中斷源。 兩個(gè)具有預(yù)分頻器、比較功能和捕捉功能的 16 位定時(shí)器 / 計(jì)數(shù)器。為保證自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，程序中必須對(duì)各個(gè)功能模塊進(jìn)行合理的調(diào)度，使各個(gè)功能模塊更加靈活高效地實(shí)現(xiàn)各自的控制功能。在此期間相電流方向保持不變。解決辦法是把 單獨(dú)挑出來(lái)，使它等于 倍的 ，其他值依然按照式（ ）遞推計(jì)算 （ ） 最后，由式（ ）可推導(dǎo)出步進(jìn)電機(jī)從速度為 0 加速到 s，以及速度從 s減速到 0 所要走的步數(shù)為 （ ） 在本例中，加速過(guò)程的加速度和加速過(guò)程的減速度都為 1000 ，給定時(shí)器提供的時(shí)鐘源頻率為 50MHz，根據(jù)式（ ）和式（ ）可以計(jì)算出 和的值，根據(jù)式（ ）就可以導(dǎo)出 的值。 由式（ ）可得相鄰兩步的比值為 （ ） 根據(jù)泰勒變換可得 （ ） 再由式（ ）、式（ ）和式（ ）代入式（ ）可近似得到 （ ） 根據(jù)泰勒變換可得 （ ） 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 把式（ ）的 n換成 i，得 （ ） 由式（ ）開(kāi)始，就假設(shè)了 大于零，即為加速，所以式（ ）是加速的遞推公式，只要知道前一步的計(jì)數(shù)值，就可以算出后一步的計(jì)數(shù)值。當(dāng)下一次中斷來(lái)臨時(shí)，再推動(dòng)一步，并設(shè)置再下一步的時(shí)間，如此循環(huán)往復(fù)。如果它的值太小，由于轉(zhuǎn)矩與加減速度成正比，轉(zhuǎn)矩可能過(guò)小，產(chǎn)生失步。 圖 無(wú)刷直流電機(jī)工作原理圖 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 11 要實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的反轉(zhuǎn)控制，只需要按照以上感應(yīng)出的霍爾信號(hào)反向給出控制信號(hào)即可。使載波頻率固定不變，只調(diào)整調(diào)制波頻率進(jìn)行調(diào)速。采用 IGBT（工作頻率可達(dá)幾十 kHz 以上）為逆變開(kāi)關(guān)管，可以得到較平滑的電流波形。 圖 （ b）、（ c）、（ d）表示了各相電壓 、 、 輸出的波形，它們的最大幅值是 ，其中上臂開(kāi)關(guān)管產(chǎn)生正脈沖。 （ 1）單極性控制。 調(diào)制波 用脈寬調(diào)制 PWM，可以方便地實(shí)現(xiàn)變頻和變壓：調(diào)節(jié)占空比 α ，就可以調(diào)節(jié)輸出的平均電壓；調(diào)節(jié) PWM 波的頻率 ，就可以改變電源頻率，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 定子電流 分兩部分，即 式中： 是少部分，用于建立主磁場(chǎng)磁通 ； 是大部分，用于產(chǎn)生電磁力帶動(dòng)機(jī)械負(fù)載。 120176。各階段的等值電路及相電壓和線電壓值見(jiàn)下表所示。 第六章：結(jié)論 對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行總結(jié)，指出設(shè)計(jì)系統(tǒng)的成功之處，同時(shí)從工業(yè)產(chǎn)品的角度，對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)中的不足之處和有待改進(jìn)之處進(jìn)行論述。測(cè)速時(shí)可能會(huì)用 上光電和一些同步設(shè)備。現(xiàn)今半導(dǎo)體發(fā)展迅速功率組件切換頻率加快許多，提升驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能。 無(wú)刷直流電機(jī)在近 10 年里得到迅速推廣應(yīng)用的另一個(gè)原因，是由于電力電子技術(shù)和集成控制技術(shù)高速發(fā)展的結(jié)果，性能優(yōu)良、價(jià)格低廉的電子元器件為制造無(wú)刷直流電機(jī)創(chuàng)造了基本條件。但是，機(jī)械電刷卻是有刷直流電機(jī)的一個(gè)致命的弱點(diǎn)。其中， PWM 控制方法在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中以其穩(wěn)定性高，動(dòng)態(tài)性能好 而被廣泛應(yīng)用。無(wú)刷直流電機(jī)因?yàn)榫哂兄绷饔兴㈦姍C(jī)的特性，同時(shí)驅(qū)動(dòng)器也是頻率變化的裝置，所以又名直流變頻，無(wú)刷直流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率， 低速轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速精度等都比任何控制技術(shù)的變頻器還要好，由于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是以自控式運(yùn)行的，所以不會(huì)象變頻調(diào)速下重載啟動(dòng)的同步電機(jī)那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動(dòng)繞組，也不會(huì)在負(fù)載突變時(shí)產(chǎn)生振蕩和失步。多年來(lái)業(yè)界對(duì)異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速的研究，歸根到底是在尋找控制異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的方法，稀土永磁無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)必將以其脈寬調(diào)速﹑小體積﹑高效率和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速誤差小等特點(diǎn)在調(diào)速領(lǐng)域顯現(xiàn)優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)一款 PWM 無(wú)刷直流電機(jī)控制器具有較高的實(shí)用價(jià)值。為此，早在 1917 年， Boiiger就提出了用整流管代替有刷直流 電機(jī)的機(jī)械電刷，從而誕生了無(wú)刷直流電機(jī)的基本思想。 80 年代初期，電機(jī)本體與換向驅(qū)動(dòng)電路的價(jià)格比大約為 1： 10，而當(dāng)今已降至 1： 1～ 3，這就為大量推廣應(yīng)用創(chuàng)造了先決條件。微處理機(jī)速度亦越來(lái)越快，可實(shí)現(xiàn)將交流電機(jī)控制置于一旋轉(zhuǎn)的兩軸直交坐標(biāo)系統(tǒng)中，適當(dāng)控制交流電機(jī)在兩軸電流分量，達(dá)到類(lèi)似直流電機(jī)控制并有與直流電機(jī)相當(dāng)?shù)男阅?。過(guò)程控制、機(jī)械控制和運(yùn)輸控制等很多都屬于這類(lèi)應(yīng)用。 2 無(wú)刷直流電機(jī)控制器的工作原理與總體設(shè)計(jì) 4 2 無(wú)刷直流電機(jī)控制器的工作原理與總體設(shè)計(jì) 經(jīng)過(guò)對(duì)課題工程背景的研究，設(shè)計(jì)需要從控制對(duì)象的角度尋找設(shè)計(jì)的切入點(diǎn)，本章從無(wú)刷直流電機(jī)的原理分析，從而得出無(wú)刷直流電機(jī)控制器的總體設(shè)計(jì)思想框架。 表 180176。~240176。 VT1 V T2 VT3VT4 V T5 VT6（ a ）V T 1V T 2V T 3V T 4V T 5V T 61t2t3t4t5t6t（ b ） tOttttRYUYBUBRUROUYOUBOU（ c ） tUBRZYZBZOOOOO（ ）（ ） （ ）西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 交流異步電動(dòng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)速時(shí)，如頻率 下降，則 降低。 然而，矩形波含有許多高次諧波成分，將產(chǎn)生使交流異步電動(dòng)機(jī)發(fā)熱、力矩下降、振動(dòng)噪聲等不良后果。 每半個(gè)周期內(nèi)，在逆變橋的同一橋臂的上下兩個(gè)逆變開(kāi)關(guān)管中，只有一個(gè)逆變開(kāi)關(guān)管按圖 24 的規(guī)律反復(fù)通斷，而另一個(gè) 逆變開(kāi)關(guān)管始終關(guān)斷；在另半個(gè)周期內(nèi)，兩個(gè)逆變開(kāi)關(guān)管的工作狀態(tài)正好相反。下臂開(kāi)關(guān)管產(chǎn)生負(fù)脈沖。 載波與調(diào)制波的頻率調(diào)整有以下三種形式。雖然不存在同步控制方式所產(chǎn)生的低頻諧波分量大的缺點(diǎn)，但是可能會(huì)造成逆變器輸出的正半波與負(fù)半波、三相波之間不嚴(yán)格對(duì)稱(chēng)的現(xiàn)象，引起電動(dòng)機(jī)運(yùn)行不平穩(wěn)。 控制脈沖的頻率決定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)需要 因電機(jī)而異。如圖 所示，步進(jìn)電機(jī)先以加速度 加速，然后以加速度減速到停止，之間沒(méi)有勻速過(guò)程。加速過(guò)程如圖 所示。由以上分析可進(jìn)行編程調(diào)試。為保證產(chǎn)生最大的電磁轉(zhuǎn)矩，通常需要使繞組合成磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)保持垂直。 本設(shè)計(jì)中對(duì)各個(gè)功能模塊的編程設(shè)計(jì)是通過(guò) C 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的，軟件設(shè)計(jì)采用模塊化和結(jié)構(gòu)化的編程思想，完成對(duì)沖孔打樁機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)軟件功能實(shí)現(xiàn)。 具有獨(dú)立預(yù)分頻器的實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)數(shù)器。 6種睡眠模式 : 空閑模式、 ADC 噪聲抑制模式、省電模式、掉電模式、 Standby 模式以及擴(kuò)展的 Standby 模式。 端口 A(PA7~PAO):端口 A為雙向 I/O 口并具有可編程的內(nèi)部上拉電阻。端口 C 也可以用作其他不同的特殊功能。其輸出緩沖器具有對(duì)稱(chēng)的驅(qū)動(dòng)特性 ,可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí) .若內(nèi)部上拉電阻使能 .則端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。 XTALl:反向振蕩器放大器及片內(nèi)時(shí)鐘操作電路的輸入。 鍵盤(pán)是由若干個(gè)按鈕組成的開(kāi)關(guān)矩陣，它是單片機(jī)系統(tǒng)中最常用的輸入設(shè)備，用戶能通過(guò)鍵盤(pán)向計(jì)算機(jī)輸入指令，地址或者數(shù)據(jù)；一般單片機(jī)系統(tǒng)中采用的是非編碼鍵盤(pán)，非編碼鍵盤(pán)是由軟件來(lái)識(shí)別鍵盤(pán)上的閉合鍵，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用靈活等特點(diǎn)。在上下基板間的電壓為 0 時(shí)，自然光通過(guò)偏振片后，只有與偏振片 方向相同的光線得以進(jìn)入液晶分子的螺旋結(jié)構(gòu)的涂層中，由于螺旋結(jié)構(gòu)的的旋旋旋光性，將入射光線的方向旋轉(zhuǎn) 90 度后照射到另一端的偏振片上，由于上下偏振片的偏振角度相互垂直，這樣入射光線通過(guò)另一端的偏振片完全的射出，光線完全進(jìn)入觀察者的眼中，看到的效果就為白色。編寫(xiě)程序時(shí)采用軟件模塊化和硬件模塊化相結(jié)合的方法，首先分硬件模塊進(jìn)行編寫(xiě)各個(gè)模塊的軟件，然后通過(guò)設(shè)置標(biāo)志位，承接各個(gè)模塊之間的關(guān)系，使之成為一個(gè)整體的系統(tǒng)。運(yùn)行完成后，知識(shí)庫(kù)借助于學(xué)習(xí)和反饋結(jié)果對(duì)參數(shù)和方法進(jìn)行修訂，提供給下一次過(guò)程運(yùn)行。 維護(hù)更新程序就是負(fù)責(zé)過(guò)程是直接的屬性輸入輸出關(guān)系。如果在各個(gè)功能程序中需要用到 CPU 的 I/O 端口資源的話，由各個(gè)單元模塊自行配置開(kāi)啟使用，這種對(duì) I/O 資源的初始化設(shè)計(jì)，主要是為了保證軟件系統(tǒng)的安全，避免 相關(guān) I/O 端口未初始化而對(duì)程序產(chǎn)生影響。DDRD=0X00。系統(tǒng)中延時(shí)函數(shù)的延時(shí)時(shí)間 都是由定時(shí)器提供的。大大提高了程序的修改性、升級(jí)性，是對(duì)智能體模型特征的重要完善。 （ 1）比例環(huán)節(jié) 。 微分控制能反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)（變化速率），減少超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性提高，同時(shí)加快系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，減小調(diào)整時(shí)間，從而改善