【正文】 結(jié)構(gòu)簡單，便于攜帶，但是電壓不穩(wěn)定，而且容易造成污染。當(dāng)串口上有監(jiān)視的事件發(fā)生時(shí)，便會調(diào)用回調(diào)函數(shù)進(jìn)行處理，回調(diào)函數(shù)相當(dāng)于中斷處理函數(shù)，這種方式效率較高，但是程序編寫比較復(fù)雜。有兩種方案供選擇：第一種為采用Matlab GUIDE；第二種采用Visual Basic語言編程。： 轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)反饋控制系統(tǒng)具有良好的抗擾動性能，能夠有效地抑制一切被反饋通道所包圍的前向通道上的擾動，如負(fù)載擾動、交流電源電壓波動、電機(jī)勵(lì)磁變化、放大器輸出發(fā)生漂移，溫度上升所引起的電樞回路電阻增加等，但遵從給定作用的變化。而對于調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制的要求包括：(1)調(diào)速：在系統(tǒng)所允許的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之間，有級或無級的調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。利用脈寬調(diào)制的方法，把恒定的直流電源調(diào)制成頻率一定、寬度可調(diào)的脈沖電壓序列，從而改變平均輸出電壓，進(jìn)而改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。： 直流電機(jī)調(diào)速方法調(diào)速方法具體實(shí)現(xiàn)方法調(diào)速特點(diǎn)控制電樞電壓改變電機(jī)電樞電壓，保持磁通恒定基速以下無級平滑調(diào)速，效率高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適合恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載控制勵(lì)磁磁通調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，減弱勵(lì)磁磁通，保持電樞電壓恒定基速以上小范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速，適合于恒功率負(fù)載控制電樞回路電阻在電樞回路串接電阻基速以下有級調(diào)速，結(jié)構(gòu)簡單但效率低下由于本次設(shè)計(jì)要求電機(jī)在一定的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無級平滑調(diào)速，故選擇控制電樞電壓為最佳方案。本設(shè)計(jì)的意義主要有：雖然目前針對交流電機(jī)發(fā)明了高性能調(diào)速技術(shù)，可以獲得和直流電機(jī)相似的高動態(tài)性能，交流電機(jī)的應(yīng)用日趨廣泛，但直流電機(jī)具有非常優(yōu)秀的線性機(jī)械特性、較寬的調(diào)速范圍、較大的啟動轉(zhuǎn)矩，控制比較簡單，其研究成果比較成熟，可以作為學(xué)習(xí)交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。(4)體積小和低功耗單片機(jī)目前多采用串行總線，同時(shí)采用內(nèi)部FLASH存儲器，只保留用于擴(kuò)展存儲器的引腳，這樣單片機(jī)就有更多的引腳用于I/O口，而且總的引腳數(shù)目減少，使得單片機(jī)的體積減小。而且微處理器具有更強(qiáng)的邏輯功能，運(yùn)算速度快，由大容量的存儲單元，因此有能力實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制。智能控制與傳統(tǒng)控制器相結(jié)合，既保證了控制精度，又增加了系統(tǒng)的自調(diào)整和決策能力。直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型簡單，只有一個(gè)輸入量（電樞電壓）和一個(gè)輸出量（轉(zhuǎn)速），轉(zhuǎn)矩容易控制，它的勵(lì)磁電流和電樞電流可以分別控制，調(diào)速方法比較簡單，能夠在較寬的范圍內(nèi)平滑而經(jīng)濟(jì)的調(diào)速。電流傳感器輸出多為模擬量，轉(zhuǎn)速、位置傳感器輸出可為模擬量或數(shù)字量，為此對于采用數(shù)字控制器的系統(tǒng)必須將反饋信號變換為數(shù)字量。目前的功率放大和變換裝置多采用電力電子型，早期的電路多采用半控型器件晶閘管SCR，只能通過門極使晶閘管開通，但無法使其關(guān)斷，必須增加強(qiáng)迫換流回路，使電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。經(jīng)過多次調(diào)試，本系統(tǒng)基本能夠?qū)崿F(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，而且抗擾動性能良好。利用定時(shí)器計(jì)算出電機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，將實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速在LCD1602上顯示并通過串口發(fā)送給上位機(jī)，然后將實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速與矩陣鍵盤設(shè)定的轉(zhuǎn)速值比較，再經(jīng)過PID調(diào)節(jié)，改變PWM波的占空比，從而調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速。相比之下，交流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，制作方便，價(jià)格便宜，運(yùn)行可靠，改變勵(lì)磁即可換向，無需機(jī)械換向器，因此其允許轉(zhuǎn)速和容量均大于直流電機(jī)，但其缺點(diǎn)是：必須從電網(wǎng)吸收滯后的無功電流來建立磁場，使得電網(wǎng)的功率因數(shù)變壞，電能損耗增加，但異步電動機(jī)存在啟動和失步問題，而且在恒頻電源供電時(shí)調(diào)速較為困難。同時(shí)由控制理論可知，控制系統(tǒng)對反饋通道上的擾動無抑制作用，因此傳感器必須具有較高的精度，才能保證控制系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。例如軍事方面的軍事雷達(dá)、火炮瞄準(zhǔn)等；宇航方面的衛(wèi)星導(dǎo)航、飛船光電池對太陽的追蹤控制等；工業(yè)方面的數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、泵和壓縮機(jī)、繞線機(jī)等；辦公設(shè)備的掃描儀、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)等；早期的電機(jī)調(diào)速主要采用直流電機(jī)，但隨著電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)的發(fā)展，交流電機(jī)也具有很高的調(diào)速性能，但直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)由于具有很高的調(diào)速性能，而且控制比較簡單，因此仍具有很重要的作用。近些年，運(yùn)動控制系統(tǒng)向智能化方向發(fā)展，這主要是由于模糊控制、專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，可以不斷地嘗試最優(yōu)參數(shù)。單片機(jī)采用了流水線技術(shù)如美國Microchip公司的PIC系列8位單片機(jī)，指令的執(zhí)行和提取可同時(shí)進(jìn)行，大大提高了單片機(jī)速度，高速運(yùn)行對于電機(jī)的實(shí)時(shí)控制起到了至關(guān)重要的作用。(4)采用Visual Basic語言編寫上位機(jī)界面，檢測電機(jī)運(yùn)行運(yùn)行狀態(tài)。：圖2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 調(diào)速方案選擇：直流電動機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速公式： 式中N——轉(zhuǎn)速（r/min）； U——電樞電壓（V）； I——電樞電流（A）； R——電樞回路總電阻（Ω）； Ce——電機(jī)電動勢常數(shù)。第二類為直流脈寬變換器，它先用不可控整流電路把交流電變換成直流電，在利用PWM脈寬調(diào)制技術(shù)調(diào)節(jié)輸出的直流電壓。 控制回路選擇 根據(jù)控制理論的知識，直流調(diào)速可以分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。究其原因，雖然在閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速降落仍然為，但是當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化時(shí)，經(jīng)過轉(zhuǎn)速反饋，使得調(diào)節(jié)器的輸出發(fā)生變化，進(jìn)而改變電機(jī)的電樞電壓，以補(bǔ)償電樞回路電阻上的壓降，維持轉(zhuǎn)速穩(wěn)定。雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如下所示： 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)圖中α—轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)；β—電流反饋系數(shù) 上位機(jī)界面選擇 本次上位機(jī)界面主要是為了遠(yuǎn)程顯示電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，并將數(shù)據(jù)保存。Matlab常用的串口通信中斷事件有：緩沖區(qū)有指定字節(jié)的數(shù)據(jù)（bytesavailable event），串行口的引腳狀態(tài)改變（pinstatus event）,輸出緩沖區(qū)為空（output empty event）等事件。第三章 硬件設(shè)計(jì) 本章的主要內(nèi)容有電源電路的設(shè)計(jì)，控制芯片的選擇，電機(jī)驅(qū)動方法，轉(zhuǎn)速和電流的測量方法以及鍵盤和顯示模塊的設(shè)計(jì)。輸出端電容C3用于改善負(fù)載的瞬態(tài)效應(yīng)，消除噪聲干擾，同時(shí)大電容C3有儲存電能作用，使得輸出電壓穩(wěn)定。~35V。方案二：選用C8051單片機(jī)：C8051單片機(jī)內(nèi)部集成了ADC轉(zhuǎn)換器，而且具有PWM輸出功能和可用于電機(jī)測速的測頻功能，采用3V電壓供電，雖然降低了功耗，但是由于目前主要還是使用5V芯片，為此就會增加硬件電路復(fù)雜度，方案三：以MSP430系列單片機(jī)為核心，再添加晶振和復(fù)位電路，構(gòu)成單片機(jī)最小控制系統(tǒng)。L298N芯片簡要介紹：L298N芯片內(nèi)部包含4 通道邏輯驅(qū)動電路。EnA，EnB 接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。 按鍵分布如下：S0~S9依次為數(shù)字鍵0~9；S10：設(shè)定鍵（確定轉(zhuǎn)速）；S11：刪除鍵（刪除輸入的轉(zhuǎn)速值）；S12：正轉(zhuǎn)設(shè)定鍵；S13：反轉(zhuǎn)設(shè)定鍵；S14：啟動鍵；S15：停車鍵。 本章小結(jié) 本章主要介紹了主要的硬件電路設(shè)計(jì)以及主要芯片的功能。 將模擬控制器進(jìn)行離散化即可得到數(shù)字控制器，離散化處理的方法為：以T為采樣周期，k為采樣序號，則離散采樣時(shí)間對應(yīng)連續(xù)時(shí)間t，用求和的形式代替積分，用增量的形式代替微分，則數(shù)字PID控制器表達(dá)式為： 式中 —積分系數(shù)；—微分系數(shù)；—第k次采樣時(shí)刻偏差值。e3=e2。 中斷處理程序本系統(tǒng)軟件中斷部分由定時(shí)器T0中斷和外部中斷1組成，前者用于產(chǎn)生PWM波，后者則用于電機(jī)運(yùn)行時(shí)重新設(shè)定參數(shù)。 P1_7=1。 T0L_H=(64536+D)/256。采用定時(shí)法進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮采樣時(shí)間間隔，這可以根據(jù)采樣定理選擇，但也應(yīng)該考慮控制量的時(shí)間間隔，從單片機(jī)本身的精度和一個(gè)采樣周期內(nèi)要完成的工作量來考慮，過短的采樣周期是不實(shí)際的；如果間隔時(shí)間過長，會造成電機(jī)無法正常運(yùn)行。 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)圖形化的上位機(jī)界面有利于工程人員對電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，方便人們對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。數(shù)據(jù)處理代碼如下：Select Case Case EvReceive Inbyte = For i = LBound(Inbyte) To UBound(Inbyte) buffer = buffer + Hex(Inbyte(i)) + Chr(32) Next i Case EvSendEnd SelectIf Len(Trim(buffer)) = 1 Then 39。 (1)電源模塊測試接通220V、50Hz交流電源，按下電源模塊的12V和5V電壓開關(guān)，將萬用表調(diào)至直流電壓檔，滿足電路需求。在測試過程中時(shí)，只有一部分按鍵的鍵值能夠正確顯示，這是因?yàn)榫帉懙逆I盤掃描程序邏輯錯(cuò)誤， 鍵盤及顯示測試圖 (2)PWM生成程序測試 由于本次設(shè)計(jì)采用閉環(huán)控制，因此PWM波的占空比會隨著調(diào)節(jié)器的輸出而改變，所以在本模塊程序測試時(shí)主要是看PWM波的占空比能否人為設(shè)定，檢測程序效果的最直觀的方法是觀察PWM波形，為此可以采用Proteus軟件仿真波形輸出。為此可以在主函數(shù)中先計(jì)算出定時(shí)器初值，然后定義四個(gè)變量T0L_L，T0L_H，T0H_L，T0H_H用于存儲定時(shí)器初值，在中斷函數(shù)中將變量賦值給定時(shí)器的TH0和TL0。增大積分常數(shù)，有利于減小超調(diào)，但響應(yīng)速度變慢。另外，雖然采用16ms作為采樣周期對于調(diào)節(jié)器控制來說比較好，但是人眼在16ms的時(shí)間間隔內(nèi)根本無法看到液晶屏上實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速的變化，因而可以將連續(xù)十個(gè)采樣周期內(nèi)轉(zhuǎn)速值(speed)之和作為將要顯示的轉(zhuǎn)速(sum_speed)，再對連續(xù)三個(gè)sum_speed求其算術(shù)平均值進(jìn)行濾波后作為液晶屏顯示的轉(zhuǎn)速(dis_speed)，這樣既可以保證PID調(diào)節(jié)器的控制作用，也可使液晶屏顯示穩(wěn)定。(2)軟件方面主要完成了鍵盤掃描函數(shù)用于設(shè)定電動機(jī)的運(yùn)行參數(shù)，LCD1602顯示函數(shù)用于顯示設(shè)定參數(shù)值和實(shí)時(shí)測量值，利用定時(shí)器中斷法實(shí)現(xiàn)了占空比可調(diào)的PWM波，利用定時(shí)器的計(jì)數(shù)方式實(shí)現(xiàn)了M法測速，PID控制器的參數(shù)整定，采集并顯示電機(jī)運(yùn)行參數(shù)的上位機(jī)設(shè)計(jì)等。(2)數(shù)字PID的改進(jìn)：采用積分分離法即當(dāng)偏差很大時(shí)去除積分環(huán)節(jié)改進(jìn)積分作用；采用不完全微分法即在PID算法之后加入慣性環(huán)節(jié)，可以有效對付干擾的影響。uchar code note4[]=DET:。uint T0L_L,T0L_H,T0H_L,T0H_H。 for(x=m。 len=1。 len=0。 TI=0。 j++) { P2 = Buffer[j]。 i++) { if(!(P2 amp。 temp1=0。 } else if(num1==10) {break。 write_(0x80+0x40)。 } if(num2==12) //等待設(shè)定方向 {flag1=0。i++) { write_data(note3[i])。 C_T2=1。 write_(0x80+0x10)。 } write_(0x01)。 write_(0x80+0x46)。 P2=0xf0。 if(uk=50) uk=50。 T0H_H=(65536D)/256。 speed2=speed1。 for(i=0。 } }}void T0_timer() interrupt 1{ if(P1_6==1) {TL0=T0L_L。 count++。speed1=0。 while(1) { num2=keyscan()。 T0L_L=(64536+D)%256。 TR2=0。 } else { TL0=T0H_L。 write_data(0x30+((dis_speed/100)%10))。 sum_speed=0。 TL2=0x00。 if(flag1==1) {D=1000D。 while(1) { e1=key_speedspeed。 } TL0=(65535500)%256。i++) { write_data(note1[i])。 } for(i=0。 TH1=0xFD。 init()。 //正轉(zhuǎn) } send(0)。 for(i=0。 temp1=temp0。 for(i=0。 } temp = 1。 _nop_()。 else return (0)。 write_(0x06)。 P0=dat。y)。 for(j=0。uchar num1,num2,i。sbit P1_6=P1^6。此外在設(shè)計(jì)過程中要注意實(shí)踐的靈活性，要抓住主要問題，比如本次設(shè)計(jì)中控制器所需要的轉(zhuǎn)速采樣時(shí)間和液晶顯示所需要的顯示時(shí)間間隔之間的協(xié)調(diào)。 系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)性能測試圖電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，用手指按在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上進(jìn)行抗擾動性能測試， 系統(tǒng)抗擾動性能測試圖系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試時(shí)的轉(zhuǎn)速變化曲線可由上位機(jī)獲得， 轉(zhuǎn)速變化曲線圖中改變電機(jī)轉(zhuǎn)向時(shí)轉(zhuǎn)速從零開始增長，抗擾動性能較好。(2)先給積分常數(shù)一個(gè)較大值，并將比例系數(shù)略微減小，然后逐漸減小積分常數(shù)，直到基本消除穩(wěn)態(tài)誤差?？刂破鲄?shù)的選擇有兩種方法：理論法和湊試法。 TL0=(65536ZKB)%256。(3)LCD1602液晶測試液晶調(diào)試主要是檢查字符顯示是否清楚。H amp。表41 控件對象及屬性控件類型主要屬性功能PictureBoxPicture1繪制轉(zhuǎn)速曲線CommandButton(名稱)=cmdstart開始采集命令按鈕CommandButton(名稱)=cmdstop停止采集命令按鈕CommandButton(名稱)=cmdsa