【正文】 dcm=feedback(dcm,Kb,1,1)。La=。 在零初始條件下，將上面的等式兩邊進(jìn)行拉式變換，得 電壓與電流之間的傳遞函數(shù)： ()( ) ( )Id sUdo s E s? ＝ 1/1L RTS? （ 54） 電流與電動(dòng)勢(shì)間的傳遞函數(shù)： ()( ) ( )dLEsId s I s? ＝ RTmS （ 55） 根據(jù)上面兩式并考慮 n＝ E／ Ce 即可得到額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)得動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖53所示： 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 31 圖 53 額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)得動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 前面的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)總由靜差是因?yàn)殡妷悍糯笃鳛楸壤糯笃?，如果選用比例積分調(diào)節(jié)器（即 PID 調(diào)節(jié)器）， PID 調(diào)節(jié)器的輸出由兩個(gè)分量組成，一個(gè)是比例分量 KpUin ，一個(gè)是積分分量 Kp Uindt? ? ，它能隨時(shí)間 對(duì)輸入信號(hào)的不斷積累，當(dāng)突加 Uin 時(shí)，相當(dāng)于放大倍數(shù)為 Kp 的比例調(diào)節(jié)器，當(dāng) Uin 不為零時(shí)，積分作用將不斷作用下去，輸出積累上升，直到限幅最大值；一旦 Uin＝ 0，輸出保持在此時(shí)的數(shù)值上，穩(wěn)態(tài)時(shí) PID 調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)是它本身的開環(huán)放大倍數(shù)，極大的開環(huán)放大倍數(shù)使系統(tǒng)基本無靜差。 2k1kkk CeBeAeu ???? 式中 ???????? ??? TTTT1KA DI (45) 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 27 B= ?????? ?? TT21K D TTKC DP? (46) 由式看出，如果計(jì)算機(jī)采用恒定的采樣周期 T,一旦確定了 ABC 只要使用前三次測(cè)量值的偏差，就可以由式求出控制增量。 自動(dòng) 控制 系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（ Steadystate error）。按鍵操作由終端導(dǎo)入，靜態(tài)顯示方式。當(dāng)鍵盤有輸入值時(shí)， 8279 向 CPU 申請(qǐng)中斷。 } } } 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 主程序及系統(tǒng)初始化模塊 主程序 ——完成實(shí)時(shí)性要求不高的功能，完成系統(tǒng)初始化后，實(shí)現(xiàn)鍵盤處理、刷新顯示、與上位計(jì)算機(jī)和其他外設(shè)通信等功能，如圖 41。 ET0=1。 本設(shè)計(jì)中單片機(jī)采用 12MZ 的晶體振蕩器，故 N 為 6。當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過高時(shí)，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。 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 18 8 2 7 9SL1+5VIRQC L KA0CSRDWRD 0 D 7C N T LS H I G TR E S E T1512141311109876543210R L 3RL2RL1RL0S L 0SL2S L 3A03B 0 3驅(qū)動(dòng)器P0WRRDP 2 . 6A L EINT18 3 C 5 5 21KA T 8 9 S 5 1 圖 39 顯示器 /鍵盤驅(qū)動(dòng)電路 由于 8279 芯片有自動(dòng)分時(shí)掃描功能，所以它可與 CPU 同時(shí)工作，減輕 CPU 的負(fù)擔(dān)，而且接口方便，顯示穩(wěn)定，程序簡(jiǎn) 單，可靠性高。 能按 FIFO(先進(jìn)先出 )方式實(shí)現(xiàn) 8 個(gè)鍵值的 緩沖 常規(guī)情況下 ,能同時(shí)管理 64 個(gè)物理鍵和 16 個(gè)八段數(shù)碼管。其原則是既要保證能及時(shí)響應(yīng)按鍵操作，又要不過多占用 CPU 的工作時(shí)間。這樣， m2代表了 m1個(gè)測(cè)速脈沖周期的時(shí)間。觸發(fā)器總是在 B脈沖為高電平時(shí)觸發(fā)，這時(shí) D觸發(fā)器的輸出端 Q輸出為高電平。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還提供相位相差 90176。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位 移的大小。 雙極式控制的橋式可逆 PWM 變換器有以下優(yōu)點(diǎn)： 1）電流一定連續(xù)。 ABU在一個(gè)周期內(nèi)正負(fù)相間，這是雙極式 PWM 變換器的特征，其電壓、電流波形如圖 2所示。 D在 0—1之間變化，因此 λ在177。此時(shí)直流電機(jī)正轉(zhuǎn)。 （ 2） IGBT 導(dǎo)通時(shí)承受的峰值電流 : Iirm= AI 1 ??? （ 32） 額定電電壓按 220V 供電電壓、額定功率 10kVA 容量算。 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 10 P W M 1 P W M 2VbHOVsLOH INL INSDC O MVb HO Vs LOH IN L IN SDC O MIR 2 1 1 0R9 R 1 0R 1 1 R 1 2VD 10VD 11IR 2 1 1 0C4 C5P W M 1 P W M 2U g1U g2 U g3 U g4V s s V s s 圖 33 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路 元器件的選擇比較、選型 本設(shè)計(jì)采用 IGBT， IGBT 作為大功率的電路驅(qū)動(dòng)器件，具有以下 優(yōu)點(diǎn)： （ 1） IGBT在正常工作時(shí)，導(dǎo)通電阻較低，增大了器件的電流容量。與此同時(shí)， IR2110的研制成功并且投入應(yīng)用可以極大地提高控制系統(tǒng)的可靠性。 AT89S52 內(nèi)部具有看門狗定時(shí)器及 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 圖 22 直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)原理圖 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 7 3 硬件部分 單片機(jī)的選型： AT89S52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)器。 方案二：采用軟件延時(shí)方式，這一方式在精度上不及方案一，特別是在引入 中斷后，將有一定的誤差。 PWM 調(diào)速方法 在 PWM 調(diào)速時(shí)，占空比是一個(gè)重要參數(shù)。本文所研究的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要是由硬件和軟件兩大部分組成。利用 光電編碼器 測(cè)得電機(jī)速度， 把電 壓信號(hào)反饋給單片機(jī)，在內(nèi)部進(jìn)行PID 運(yùn)算，輸出控制量完成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速控制。但是對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有以下公式： n=U/Cc? TR內(nèi) /CrCc? (11) 其中： U— 電壓； R內(nèi) — 勵(lì)磁繞組本身的電阻； ? — 每極磁通 (Wb) Cc— 電勢(shì)常數(shù)； Cr— 轉(zhuǎn)矩常量 直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法可分為兩類：勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法。直流它具有優(yōu)良的調(diào)速特性 ,調(diào)速平滑、方便 ,調(diào)速范圍廣 。因此， 調(diào)速技術(shù)一直是研究的熱點(diǎn) 直流電動(dòng)機(jī)在冶金、礦山、化工、交通、機(jī)械、紡織、航空等領(lǐng)域中已經(jīng)得 到廣泛的應(yīng)用。 本系統(tǒng)中使用了 光電編碼器 對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量 ，并且 作為反饋值輸入到單片機(jī)進(jìn)行 PID 運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流電機(jī)速度的控制 。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 要求系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、急停、加速、減速的控制，以及 PWM 的占空比在 LED 上的實(shí)時(shí)顯示。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明的法律責(zé)任由本人承擔(dān)。 參考文獻(xiàn) ： [1] 求實(shí)科技 編著 單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航 人民郵電出版社 20xx 年 [2] 單片機(jī)實(shí)訓(xùn)教程 李雅軒等編 北京航空航天大學(xué)出版社 20xx 年 [3] 電力電子技術(shù) 王兆安等編 機(jī)械工業(yè)出版社 20xx 年 [4]電氣自動(dòng)控制原理與系統(tǒng) 陳渝光主編 機(jī)械工業(yè)出版社 20xx 年 完 成 期 限 指導(dǎo)教師簽名： 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名： 年 月 日 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 I 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。 關(guān)鍵詞： PWM 信號(hào) ； IR2110； PID 運(yùn)算 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 VI The Design Of Direct Current Motor Speed Regulation System Based On SCM ABSTRACT This article mainly introduces the method to generate the PWM signal by using AT89S52 singlechip puter to control the speed of a . motor. It also clarifies the principles of PWM and the way to adjust the duty cycle of PWM signal. In addition, IR2110 has been used as an actuating device of the power amplifier circuit which controls the speed of rotation of . motor. What’s more, is used in this system to measure the speed of . motor. In software, the article introduced the PID operation procedures, such as initial program and the writing of the thought and specific program realization .The result of the measurement is sent to A/D converter after passing the filtering circuit, and finally the feedback single is stored in the singlechip puter and participates in a PIDcalculation. Key words: PWM signal； IR2110； PID calculation 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 1 1 緒論 直流電機(jī)的發(fā)展 及設(shè)計(jì)背景 直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)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(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。而 以往直流電動(dòng)機(jī)的控制只是簡(jiǎn)單的控制，很難進(jìn)行調(diào)速，不能 實(shí)現(xiàn)智能化。過載能力大 ,能承受頻繁的沖擊負(fù)載 ,可實(shí)現(xiàn)頻繁的無級(jí)快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn) 。勵(lì) 磁控制法控制磁通，其控制功率雖然小但低速時(shí)受到磁場(chǎng)飽和的限制，高速時(shí)受 到換向火花和轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，而且由于勵(lì)磁線圈電感較大動(dòng)態(tài)響應(yīng)較 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 3 差。 單片機(jī)直流電機(jī)調(diào)速簡(jiǎn)介：?jiǎn)纹瑱C(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速。硬件部分是前提，是整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)，它主要為軟件提供程序運(yùn)行的平臺(tái)。以下是三種可改變占空比的方法： （ 1）定寬調(diào)頻法 :保持不變，改變，從而改變周期（或頻率）。故采用方案一。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。 16 位是指他們都是由 16 個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成，故最大計(jì)數(shù)模值為 1216? 。降低了產(chǎn)品成本和減少體積。（ 2） IGBT 的輸出電流和跨導(dǎo)都大于相同尺寸的功率 MOSFET。 在計(jì)算出（或測(cè)出）最大電壓后，再留有 20%~30%的裕量， 選用的 IGBT 型號(hào)為 三菱 公司的 CT60AM18F，其耐壓值為 900V，最大峰值電流 30A，完全滿足設(shè)計(jì)要求。 在 HIN為低電平期間， LIN端輸入高電平， VT VT 3導(dǎo)通，在直流電機(jī)上加反向工作電壓。 1之間變化。電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)體現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)電壓正、負(fù)脈沖的寬窄上。 2）可使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行。絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測(cè)量的起始和終止位置有