【正文】 過電機(jī)，然后再經(jīng) Q4 回到電源負(fù)極。脈寬調(diào)速也 8 可通過單片機(jī)控制繼電器的閉合來實現(xiàn)，但是驅(qū)動 能力有限。當(dāng)晶閘管被觸發(fā)導(dǎo)通時，電源電壓加到電動機(jī)上，當(dāng)晶閘管關(guān)斷時，直流電源與電動機(jī)斷開，電動機(jī)經(jīng)二極管續(xù)流，兩端電壓接近于零。最后，當(dāng)系統(tǒng)處于低速運行時，系統(tǒng)的功率因數(shù)很低，并產(chǎn)生較大的諧波電流危害附近的用電設(shè)備。 旋轉(zhuǎn)變流系統(tǒng)由交流發(fā)電機(jī)拖動直流電動機(jī)實現(xiàn)變流，由發(fā)電機(jī)給需要調(diào)速的直流電動機(jī)供電，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵磁電流即可改變其輸出電壓，從而調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。弱磁調(diào)速范圍不大，往往是和調(diào)壓調(diào)速配合使用，在額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍的升速。 變化遇到的時間常數(shù)較小，能快速響應(yīng)，但是需要大容量可調(diào)直流電源。在換向片上放置著一對固定不動的電刷 B1 和 B2，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時，電樞線圈通過換向器和電刷與外電路接通。而且，直流調(diào)速系統(tǒng)在理論上和實踐上都比較成 熟，從控制技術(shù)的角度來看，它又是交流調(diào)速系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 本設(shè)計以 AT89C51 單片機(jī)為核心，以鍵盤作為輸入達(dá)到控制直流電機(jī)的啟停、速度和方向，完成了基本要求和發(fā)揮部分的要求。隨著市場的發(fā)展，客戶對電機(jī)驅(qū)動控制要求越來越高，希望它的功能更強、噪聲更低、控制算法更復(fù)雜，而可靠性和系統(tǒng)安全操作也擺上了議事日程，同時還要求馬達(dá)恒速向變速發(fā)展，還要符合全球環(huán)保法規(guī)所要求的嚴(yán)格環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。后來，諧波成分大、功率因數(shù)差的相控變流器逐步由斬波器或 PWM 變流器所代替，明顯地擴(kuò)大了電機(jī)控制的調(diào)運范圍，提高了 調(diào)速精度，改善了快速性、效率和功率因數(shù)。其應(yīng)用領(lǐng)域 極為廣泛，例如：軍事和宇航方面的雷達(dá)天線、火炮瞄準(zhǔn)、慣性導(dǎo)航等的控制；工業(yè)方面的數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人、印刷機(jī)械等設(shè)備的控制；計算機(jī)外圍設(shè)備和辦公設(shè)備中的打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)、掃描儀等的控制；音像設(shè)備和家用電器中的錄音機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、洗衣機(jī)、空調(diào)等的控制。以達(dá)到高速、優(yōu)質(zhì)、高效率地生產(chǎn)。在大多數(shù)綜合自動化系統(tǒng)中，自動化的電力拖動系統(tǒng)仍然是不可缺少的組成部分。 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，開關(guān)速度更快、控制更容易的全控型功率器件 MOSFET和 IGBT成為主流，脈寬調(diào)制技術(shù)表現(xiàn)出較大的優(yōu)越性：主電路線路簡單，需要用的功率元件少；開關(guān)頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機(jī)損耗和發(fā)熱都較?。坏退傩阅芎?，穩(wěn)速精度高，因而調(diào)速范圍 寬；系統(tǒng)快速響應(yīng)性能好，動態(tài)抗擾能力強；主電路元件工作在開關(guān)狀態(tài)，導(dǎo)通損耗小，裝置效率較高；近年來，微型計算機(jī)技術(shù)發(fā)展速度飛快，以計算機(jī)為主導(dǎo)的信息技術(shù)作為一嶄新的生產(chǎn)力，正向社會的各個領(lǐng)域滲透，直流調(diào)速系統(tǒng)向數(shù)字化方向發(fā)展成為趨勢。 直流電機(jī)脈沖寬度調(diào)制 (Pulse Width Modulation簡稱 PWM)調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生于 70 年代中期。進(jìn)入 21 世紀(jì)后，可以預(yù)期新的更高性能電力電子器件還會出現(xiàn)，已有的各代電力電子元件還會不斷地改進(jìn)提高。在設(shè)計中，采用了 PWM 技術(shù)對電機(jī)進(jìn) 行控制，通過對占空比的計算達(dá)到精確調(diào)速的目的。因此，我們先著重討論直流調(diào)速系統(tǒng)。 圖 直流電機(jī)的物理模型圖 5 直流電動機(jī)的工作原理如圖 22 所示。 （ 2）改變電動機(jī)主磁通 。因此，自動控制的直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主，必要時把調(diào)壓調(diào)速和弱磁調(diào)速兩種方法配合起來使用。改變勵磁電流的方向則輸出電壓的極性和電動機(jī)的轉(zhuǎn)向都隨著改變，所以 GM 系統(tǒng)的可逆運行是很容易實現(xiàn)的。 圖 晶閘管－電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)原理框圖（ VM 系統(tǒng)） 7 直流斬波器又稱直流調(diào)壓器，是利用開關(guān)器件來實現(xiàn)通斷控制，將直流電源電壓斷續(xù)加到負(fù)載上，通過通、斷時間的變化來改變負(fù)載上的直流電壓平均值，將固定電壓的直流電源變成平均值可調(diào)的直流電源，亦稱直流－直流變換器。脈沖寬度調(diào)制（ Pulse Width Modulation），簡稱 PWM。 目前，受到器件容量的限制， PWM 直流調(diào)速系統(tǒng)只用于中、小功率的系統(tǒng) H 橋電機(jī)驅(qū)動的概述 采用 PWM 進(jìn)行直流電機(jī)調(diào)速，其實就是把波形作用于電機(jī)驅(qū)動電路的使用端，因此有必要對電機(jī)驅(qū)動電路進(jìn)行介紹。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動。如果生產(chǎn)機(jī)械對靜差率要求不高，開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)也能實現(xiàn)一定范圍內(nèi)的無級調(diào)速，而且開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非 常高； H 型電路保證了可以簡單地實現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用的 PWM 調(diào)速技術(shù)。我們采用了定頻調(diào)寬方式，因為采用這種方式，電動機(jī)在運轉(zhuǎn)時比較穩(wěn)定；并且在采用單片機(jī)產(chǎn)生 PWM 脈沖的軟件實現(xiàn)上比較方便。 圖 硬件系統(tǒng)電路設(shè)計框圖 復(fù)位電路 單片機(jī) 時鐘電路 輸入電路 驅(qū) 動 電 路 12 系統(tǒng)各模塊設(shè)計 時鐘電路 單片機(jī)各功能部件的運行都是以時鐘控制信號為基準(zhǔn)，有條不紊地一拍一拍地工作，因此時鐘頻率直接影響單片機(jī)的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 當(dāng)按下復(fù)位鍵時，電容兩端放電，電容又回到 0V了，于是又進(jìn)行了一次復(fù)位工作 ， 這是手動復(fù)位原理。 14 選用 7805，一方面簡單；另一方面比較常用且比較便宜。 VI1VO3GND2U17 8 0 5B R 12 W 0 0 5 GC43 3 0 u fC10 .1 u fC21 u fA C 1T R 1T RA NS F O RM E RV C CC33 3 0 u fD11 N40 0 7R170V C CV = 5 .0 0 4 4 2 圖 穩(wěn)壓 電源電路 三端集成穩(wěn)壓器 LM7805 正常工作時，輸入、輸出電壓差 2～ 3V。 2. 電源的優(yōu)點 電路簡單 ， 穩(wěn)定 ， 調(diào)試方便 (幾乎不用調(diào)試 )。一般按鍵在按下的時候有抖動的問題，即鍵的簧片在按下時會有輕微的彈跳，需經(jīng)過一個短暫的時間才會可靠地接觸。圖中，四只 GTR 分為兩組， 1VT 和 4VT 為一組， 2VT 和 3VT 為另一組。通過 輸入信號， 輸入低電平與 輸入低電平， 輸入信 號分別實現(xiàn)電動機(jī)的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)功能。 盡管單片機(jī)的品種很多，但是在我國使用最多 的還是 Intel 公司的 MCS— 51 系列單片機(jī)和美國 Atmel 公司的 89C51 單片機(jī) MCS— 51系列單片機(jī)包括三個基本型 803805 8751 8031 內(nèi)部包括一個 8 位 CPU、 128 個字節(jié) RAM， 21 個特殊功能寄存器（ SFR）、 4個 8 位并行 I/O 口、 1 個全雙工串行口、 2 個 16 位定時器 /計數(shù)器，但片內(nèi)無程序存儲器，需外擴(kuò) EPROM 芯片。 8031 外擴(kuò)一片 4KB EPROM 的就相當(dāng)與 8751，它的最大優(yōu)點是價格低。 鍵盤向單片機(jī)輸入相應(yīng)控制指令，由單片機(jī)通過 與 其中一口輸出與轉(zhuǎn)速相應(yīng)的 PWM 脈沖，另一口輸出高電平，驅(qū)動 H 型橋式電動機(jī)控制電路，實現(xiàn)電動機(jī)轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速的控制。定時器 計數(shù) 初值為 8AD0H。當(dāng) 60ms 定時時間到，定時器溢出則響應(yīng)該定時中斷處理程序，完成對定時器的再次賦值。 鍵盤處理上采用中斷方式，不必使程序?qū)︽I盤反復(fù)掃描，提高了程序的效率。整體仿真是對系統(tǒng)各個時間段對各個對象進(jìn)行計算和分析，從而對各個對象的變化情況有直觀的整體的了解，即能對系統(tǒng)進(jìn)行精確的預(yù)測，如 Matlab 就是一個典型的實時仿真軟件。 本文中由于我們主要使用 keilC51 軟件編輯、調(diào)試程序， Proteus 軟件仿真單片機(jī) 。 25 簡稱為 PROTEUS 電路設(shè)計 ⑵在 KeilC 平臺上進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)程序設(shè)計、匯編編譯、代碼級調(diào)試，最后生成目標(biāo)級代碼文件（ *.hex）。 26 R2 1kR31kU3NO TU4NO T+ 1 2 VQ1P N41 4 1Q2P N41 4 1Q4P N41 4 3Q3P N41 4 3Q6P N41 4 1Q5P N41 4 10 1 圖 啟動狀態(tài)（電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動） R2 1kR31kU3NO TU4NO T+ 1 2 VQ1P N41 4 1Q2P N41 4 1Q4P N41 4 3Q3P N41 4 3Q6P N41 4 1Q5P N41 4 11 0 圖 啟動狀態(tài)（電機(jī)逆時針轉(zhuǎn)動） 在圖 電機(jī)順時針轉(zhuǎn)動狀態(tài)下，對單片機(jī) 端口的 PWM 波形做了粗略測量，按動多次減速鍵后，當(dāng) COT0=0AH＝ 10 后，減速檔位到達(dá)最高，不再減速，相當(dāng)于速度 1 檔。電壓或 電流源是以一種通 (ON)或斷 (OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。并且，使我將原來所學(xué)的知識系統(tǒng)化，理論化，實用化。同時，也培養(yǎng)了自己認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)，為將來能更好的適應(yīng)工作崗位打下了良好的基礎(chǔ)。另外，殷老師嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的學(xué)術(shù)作風(fēng)和兢兢業(yè)業(yè)的治學(xué)態(tài)度也使我受益匪淺。速度檔位 B(加速用 ) WAY EQU 36H 。主程序和中斷程序入口 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP XINT0 ORG 000BH LJMP IN0 ORG 0100H 。主程序 STAR: JNB K1,NEXT1 。消除抖動 MOV A,WAY 。停止定時 SJMP FANHUI11 STAR1: SETB F0 SETB TR0 SJMP FANHUI K21: JB K2,K33 。速度檔位 B(加速用 )降 1 INC COT0 。速度檔 位 A(減速用 )降 1 INC COT1 。存轉(zhuǎn)動方式 JZ ZHENGX 。存脈沖狀態(tài) JC LD 。 6a*CZ7H$dq8Kqqf HVZFedswSyXTyamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 gTXRm 6X4NGpP$vSTTamp。qYpEh5pDx2zVkumamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwc^vR9CpbK!zn% Mz849Gx^G89Am UE9aQGn8xp$Ramp。 ksv*3t nGK8! z8vGt YM*Jgamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 ksv*3tnGK8! z89Am UE9aQGn8xp$Ramp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 UE9aQGn8xp$Ramp。下一時刻為高電平 MOV TH0,HDIAN0 SETB DJ SJMP FANHUI2 LD:MOV TL0,LDIAN1 。反轉(zhuǎn) MOV C,DJ0 。高電平時間增加 ADD A,200 MOV LDIAN0,A MOV A,HDIAN0 ADDC A,00H MOV HDIAN0,A MOV A,LDIAN1 。高電平時間 減少 CLR C SUBB A,200 MOV LDIAN0,A MOV A,HDIAN0 35 SUBB A,00H MOV HDIAN0,A CLR C MOV A,LDIAN1 。加速鍵按下則跳到加速子程序 K33: JB K3, FANHUI 。正方向則跳轉(zhuǎn) MOV WAY,00H 。消除抖動 JB K1,STAR SETB EX0 。正轉(zhuǎn) 33 MOV COT0,5 。電機(jī)控制端 A DJ EQU 。 最后，對各位專家、老師審閱我的論文深表感謝，并渴望給予批評指正。另外，由于實際條件的限制，本設(shè)計不能進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試和試運行都是無法完成的。 本設(shè)計基本上達(dá)到了設(shè)計目的。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用 PWM 進(jìn)行編碼 PWM 的一個優(yōu)點是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。 27 圖 減速后 波形（ COT0=10） 同理，按動多次加速鍵后，當(dāng) COT1=0AH＝ 10 后，加速檔位到達(dá)最高，不再加速，相當(dāng)于速度 11