【正文】 統(tǒng)設(shè)計。這是，＋加在電樞AB兩端, =,電樞電流沿回路1流通。當(dāng)正脈沖較寬時，則電樞兩端的平均電壓為正，在電動運行時電動機(jī)正轉(zhuǎn)。 雙極式PWM變換器的優(yōu)點如下：（1）電流一定是連續(xù)的；（2）可使電動機(jī)在四象限運行；（3）電機(jī)停止時有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)；（4）低速時，每個晶體管的驅(qū)動脈沖仍較寬，有利于保證晶體管可靠導(dǎo)通；（5）低速平穩(wěn)性好，調(diào)速范圍可達(dá)20000左右。 (a)基本電路結(jié)構(gòu) (b)脈寬調(diào)制原理 PWM基本電路結(jié)構(gòu)和調(diào)制原理 脈寬調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)機(jī)械特性在穩(wěn)態(tài)情況下，脈寬調(diào)速系統(tǒng)中電動機(jī)所承受的電壓仍為脈沖電壓，因此盡管有高頻電感的平波作用，電樞電流和轉(zhuǎn)速還是脈動的。因此，脈寬調(diào)制器和PWM變換器合起來可以看成一個滯后環(huán)節(jié)，它的延時最大不超過一個開關(guān)周期T。在電樞鐵心上放置了由A和X兩根導(dǎo)體連成的電樞線圈，線圈的首端和末端分別連到兩個圓弧形的銅片上，此銅片稱為換向片。外加的電源是直流的，但由于電刷和換向片的作用，在線圈中流過的電流是交流的，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是不變的。GM系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能，但系統(tǒng)復(fù)雜、體積大、效率低、運行有噪音、維護(hù)不方便。 直流電機(jī)PWM調(diào)速基本原理PWM方式是在大功率開關(guān)晶體管的基極上，加上脈沖寬度可調(diào)的方波電壓，控制開關(guān)管的導(dǎo)通時間t，改變占空比，達(dá)到控制目的。檢測部分中，采用了霍爾片式電流檢測裝置對電流環(huán)進(jìn)行檢測，轉(zhuǎn)速還則是采用了測速電機(jī)進(jìn)行檢測，能達(dá)到比較理想的檢測效果。如下圖，鍵盤控制電路用單片機(jī)的P2口來完成。電源電路采用78系列芯片產(chǎn)生+5V、+15V。本設(shè)計選用霍爾傳器進(jìn)行轉(zhuǎn)速的檢測與反饋。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。Simulink能支持線性和非線性系統(tǒng)的仿真，支持連續(xù)和離散系統(tǒng)的仿真，支持連續(xù)離散混合系統(tǒng)的仿真。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解算問題要比用C，F(xiàn)ORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點,使MATLAB成為一個強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件。MATLAB是由MathWorks公司1984年推出的一套數(shù)值計算軟件，分為總包和若干個工具箱，可以實現(xiàn)數(shù)值分析、優(yōu)化、統(tǒng)計、偏微分方程數(shù)值、自動控制、信號處理、圖像處理等各個領(lǐng)域的計算和圖形顯示功能。Simulink是用模塊組合的方法來使用戶能夠快速、準(zhǔn)確地創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)的計算機(jī)模型的，特別對于復(fù)雜的非線性，它的效果更為明顯。以下簡單介紹一下MATLAB的主要特點。④語法限制不嚴(yán)格，程序設(shè)計自由度大。⑧功能強(qiáng)勁的工具箱是MATLAB的另一重大特色。下表列出了MATLAB的核心部分及其工具箱等產(chǎn)品系列的主要應(yīng)用領(lǐng)域。以下為用MATLAB編寫以上兩個小程序的具體過程。(2)激活信號源模塊組Sources，選中所需要的單元圖標(biāo)，將它拖入新打開的用戶文件窗口的空白處釋放。 建立仿真模型(1)打開MATLAB中的Simulink工具箱，將所需模塊拖入模型編輯窗口并將其相連。 結(jié)構(gòu)圖程序設(shè)計按照系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所需要的模塊單元，構(gòu)成系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。解線性方程的程序用FORTRAN和C這樣的高級語言編寫至少需要好幾十行。而學(xué)科性工具箱是專業(yè)性比較強(qiáng)的，如control、toolbox、signal processing toolbox、munication toolbox等。⑦M(jìn)ATLAB的缺點是，它和其他高級程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。由于MATLAB是用C語言編寫的，MATLAB提供了和C語言幾乎一樣多的運算符，靈活使用MATLAB的運算符將使程序變得極為簡短，具體運算符見附表。MATLAB用更直觀的、符合人們思維習(xí)慣的代碼，代替了C和FORTRAN語言的冗長代碼。系統(tǒng)也能夠是多采樣頻率的(Multirate)，也就是不同的系統(tǒng)能夠以不同的采樣頻率結(jié)合起來。隨著計算機(jī)的發(fā)展，仿真的發(fā)展經(jīng)歷模擬仿真、混合仿真、數(shù)字仿真的歷史過程。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。由于其使用方便，運算高效，適應(yīng)人的思維方式并且有繪圖功能，它已經(jīng)成為科技界廣為使用的軟件。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時進(jìn)行讀操作，低電平(0)時進(jìn)行寫操作。信號輸出端每輸出一個周期的方波，代表轉(zhuǎn)過了一個齒。在實際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當(dāng)然小功率的條件下不用）。當(dāng)然，在某種特定的環(huán)境下，還需改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，此時，你可以按一下swap鍵，以達(dá)到改變電機(jī)轉(zhuǎn)向的目的。）集成控制器產(chǎn)生兩路互補(bǔ)的PWM脈沖波形，通過調(diào)節(jié)這兩路波形的寬度來控制H電路中的GTR通斷時間，便能夠?qū)崿F(xiàn)對電機(jī)速度的控制。絕大多數(shù)直流電動機(jī)采用開關(guān)驅(qū)動方式。改變電樞電壓主要有三種方式:旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組、靜止變流裝置、脈寬調(diào)制（PWM）變換器(或稱直流斬波器)。此時載流導(dǎo)體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍然使得轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)動。(其中2個小圓圈是為了方便的表示該位置上的導(dǎo)體電勢或電流的方向而設(shè)置的)上圖表示一臺最簡單的兩極直流電機(jī)模型，它的固定部分（定子）上，裝設(shè)了一對直流勵磁的靜止的主磁極N和S，在旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）上裝設(shè)電樞鐵心?？赡骐娐返臋C(jī)械特性與此相仿，只是擴(kuò)展到第三、第四象限而已。如果三角波的線性度不好，那么PWM 的輸出將得不到對稱的波形。這個交變電流平均值為零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，陡然增大電機(jī)的損耗。與此相仿，在0≤t ≤期間，當(dāng)負(fù)載輕時，電流也有一次倒向。和同時導(dǎo)通和關(guān)斷，其驅(qū)動電壓和；和同時動作，其驅(qū)動電壓= =。按二階最佳系統(tǒng)效正，在一般情況下，希望超調(diào)量σ%≤5%時，查表得阻尼比ζ=，=，因此 （2－9） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計由自動控制基本理論推導(dǎo)可得，電流環(huán)不論是典型I型花或是典型II型化在一定的近似條件下都可以等效為一個慣性環(huán)節(jié)，寫成通式為： （2—10）若典型I型化且ζ=，=，則a=2。 電流環(huán)的動態(tài)簡化結(jié)構(gòu)圖由雙閉環(huán)系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖可看出外環(huán)通過反電動勢E對內(nèi)環(huán)產(chǎn)生影響，但是由于實際系統(tǒng)中處于外環(huán)的系統(tǒng)機(jī)電時間常數(shù)比內(nèi)環(huán)的時間常數(shù)大得多，機(jī)構(gòu)經(jīng)ACR對內(nèi)環(huán)效正后其輸出量的動態(tài)過程變化很快，而反電動勢E的變化過程E（t）相對來說是緩慢的。（1）對電網(wǎng)電壓波動起及時抗擾作用。它的變化經(jīng)積分后就可被轉(zhuǎn)速檢測出來，從而在調(diào)節(jié)器ASR上得到反映。（二）動態(tài)抗擾性能1．抗負(fù)載擾動，負(fù)載擾動作用在電流環(huán)之后，只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器來產(chǎn)生抗擾作用。到時，轉(zhuǎn)矩,則，轉(zhuǎn)速n到達(dá)峰值（t=時）。與此同時，電動機(jī)的反電動勢E也按線性增長。突加給定電壓后，通過兩個調(diào)節(jié)器的控制作用，使、上升，當(dāng)后，電動機(jī)開始轉(zhuǎn)動。后面需要PI調(diào)節(jié)器提供多么大的輸出值，它就能提供多少，直到飽和為止。 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時，轉(zhuǎn)負(fù)反饋起主要調(diào)節(jié)作用。與此同時，由于ASR不飽和，〈 ，從上述第二個關(guān)系式可知：〈。分析靜特性的關(guān)鍵是掌握這樣的PI調(diào)節(jié)器的穩(wěn)態(tài)特征。問題是希望在起動過程中只有電流負(fù)反饋，而不能讓它和轉(zhuǎn)矩負(fù)反饋同時加到一個調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后，又希望只要轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不再靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要的作用。在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，只有電流截至負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只是在超過臨界電流Idcr值以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想地控制電流的動態(tài)波形。當(dāng)切換方向時電路中型濾波電路的電感會產(chǎn)生反電動勢會影響系統(tǒng)供電，嚴(yán)重會使系統(tǒng)無法正常工作。PWM驅(qū)動器、轉(zhuǎn)速檢測電路、按鍵設(shè)定、顯示輸出都是由控制器控制實施的。 總體方框圖整個系統(tǒng)上采用了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)。 PWM基本原理脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。不少方法已經(jīng)趨向于成熟，并有許多已經(jīng)在實際中得到應(yīng)用。2 直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)原理設(shè)計 PWM脈寬調(diào)制 PWM脈寬調(diào)制介紹脈寬調(diào)制的全稱為：Pulse WidthModulator,簡稱PWM。電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用微機(jī)實現(xiàn)數(shù)字化控制,是電氣傳動發(fā)展的主要方向之一。主要實現(xiàn)以下功能：①計算：一切復(fù)雜的計算，幾乎都可用計算機(jī)通過算術(shù)運算和邏輯運算來實現(xiàn)；②判斷：計算機(jī)有判別不同情況、選擇作不同處理的能力,故可用于管理、控制、對抗、決策、推理等領(lǐng)域；③存儲：計算機(jī)能存儲巨量信息；④精確：只要字長足夠，計算精度理論上不受限制；⑤快速：計算機(jī)一次操作所需時間已小到以納秒計；⑥通用：計算機(jī)是可編程的，不同程序可實現(xiàn)不同的應(yīng)用；⑦易用：豐富的高性能軟件及智能化的人機(jī)接口,大大方便了使用；⑧聯(lián)網(wǎng)：多個計算機(jī)系統(tǒng)能超越地理界限，借助通信網(wǎng)絡(luò)，共享遠(yuǎn)程信息與軟件資源。在那些對電動機(jī)控制系統(tǒng)的性能要求較高的場合（如數(shù)控機(jī)床，工業(yè)縫紉機(jī)，磁盤驅(qū)動器，打印機(jī)，傳真機(jī)等設(shè)備中，要求電動機(jī)實現(xiàn)精確定位，適應(yīng)劇烈負(fù)載變化），傳統(tǒng)的控制算法已難以滿足系統(tǒng)要求。正是這些技術(shù)的進(jìn)步使電動控制技術(shù)在近二十年內(nèi)發(fā)生了很大的變化。隨著微型計算機(jī)、超大規(guī)模集成電路、新型電子電力開關(guān)器件和新型傳感器的出現(xiàn)，以及自動控制理論、電力電子技術(shù)、計算機(jī)控制技術(shù)的深入發(fā)展，直流電動機(jī)控制也裝置不斷向前發(fā)展。在各種機(jī)床設(shè)備及生產(chǎn)流水線中，現(xiàn)在已普遍采用帶微機(jī)的可編程控制器，按一定的規(guī)律控制各類電機(jī)的動作。在調(diào)速技術(shù)走到這個類似瓶頸地步的今天，這種嘗試無疑是一種很有潛力的設(shè)想。在這段時間里，計算機(jī)控制系統(tǒng)開始從單項工程試驗中邁向?qū)嵱茫⑶业玫搅讼到y(tǒng)的完善。這種電路具備電流連續(xù)、電動機(jī)四象限運行、無摩擦死區(qū)、低速平穩(wěn)性好等優(yōu)點。但是，這些電動機(jī)的調(diào)速性能仍然不能與直流電動機(jī)相比。s double closed loop current velocity modulation system. DC motor is used very generally because its speedmodulation effect is very good and its speedmodulation is easily to be realized. PWM theory is used most generally among the speedmodulation ways. The text will introduce the HPWM way mostly. We will try to do modulation to the DC motor with AT89S52. The importance of the text is the parts which are posed the system. Another importance is the principles of working about every parts.Key word: DC speed regulation ；Doubleloop ；PWM ；AT89S52；DC moter； 目 錄摘 要 IAbstract II1 緒 論 1 1 微機(jī)控制電機(jī)的發(fā)展和現(xiàn)狀 2 電機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng) 3 42 直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)原理設(shè)計 6 PWM脈寬調(diào)制 6 PWM脈寬調(diào)制介紹 6 PWM基本原理 7 總體方框圖 7 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性 8 提出問題 8 轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成 9 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性 10 各變量的穩(wěn)態(tài)工作點和穩(wěn)態(tài)參數(shù)計算 11 雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能 12 動態(tài)數(shù)學(xué)模型 12 起動過程分析 13 動態(tài)性能和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器的作用 15 電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 16 16 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 17 可逆PWM變換器 18 可逆PWM變換器工作原理 18 PWM控制電路 20 脈寬調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)機(jī)械特性 21 脈寬調(diào)制器和PWM變換器的傳遞函數(shù) 223 直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計 23 直流電機(jī) 23 直流電機(jī)的結(jié)構(gòu) 23 直流電機(jī)的基本工作原理 24 直流電機(jī)的調(diào)速原理 24 直流電機(jī)PWM調(diào)速基本原理 25 單片機(jī)控制單元 26 電源電路 27 H橋驅(qū)動電路 27 轉(zhuǎn)速檢測、反饋電路 28 LCD顯示模塊 294 MATLAB/SIMULINK 30 Matlab/Simulink 30 Matlab/Simulink 的簡介 30 Matlab/Simulink的語言特點 31 Simulink的啟動與界面說明 32 啟動Simulink 32 Simulink的菜單 32 Simulink的功能模塊組 32 Simulink的仿真過程 33 創(chuàng)建結(jié)構(gòu)圖文件 33 結(jié)構(gòu)圖程序設(shè)計 33 Simulink仿真的啟動與停止 33 建立仿真模型 33 PWM發(fā)生器的建模 34 H橋PWM開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真建模 35 H橋PWM雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真建模 355 直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)仿真 36 H橋PWM開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真結(jié)果 36 H橋PWM雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果 386 總 結(jié) 40致 謝 42參考文獻(xiàn) 43附錄A：英文文獻(xiàn) 44附錄B：中文文獻(xiàn) 49531 緒 論本章首先介紹微