【正文】 針方向）。 圖 H 橋式電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 上圖所示為一個(gè)典型的直流電機(jī)控制電路。脈沖周期不變，只改變晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間，即通過改變脈沖寬度來進(jìn)行直流調(diào)速。它具有效率高、體積小、重量輕、成本低等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)廣泛應(yīng)用于地鐵、電力機(jī)車、城市無軌電車以及電瓶搬運(yùn)車等電力牽引設(shè)備的變速拖動(dòng)中。該系統(tǒng)需要旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，至少包含兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還要一臺(tái)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不方 便等缺點(diǎn)。 高性能 PWM 直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 6 調(diào)節(jié)電樞供電電壓或者改變勵(lì)磁磁通，都需要有專門的可控直流電源，常用的可控直流電源有以下三種： （ 1）旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組。改變磁通可以實(shí)現(xiàn)無級平滑調(diào)速，但只能減弱磁通進(jìn)行調(diào)速（簡稱弱磁調(diào)速），從電機(jī)額定轉(zhuǎn)速向上調(diào)速，屬恒功率調(diào)速方法。給兩個(gè)電刷加上直流電源，如圖 22(a)所示，有直流電流從電刷 A 流入，經(jīng)過線圈 abcd，從電刷 B 流出，根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體 ab 和 cd 收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導(dǎo)體受到的力形成了一個(gè)轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到圖 22(b)所示的位置，電刷 A 和換向片 2 接觸，電刷 B 和換向片 1 接觸，直流電流從電刷 A 流入，在線圈中的流動(dòng)方向是dcba，從電刷 B 流出。 直流電機(jī)的工作原理 直流電動(dòng)機(jī)，多年來一直用作基本的換能器。 本文介紹了直流電機(jī)的工作原理和數(shù)學(xué)模型、脈寬調(diào)制（ PWM）控制原理和 H 橋電路基本原理設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)電路的總體結(jié)構(gòu)，根據(jù)模型，利用 PROTEUS 軟件對各個(gè)子電路及整體電路進(jìn)行了仿真，確保設(shè)計(jì)的電路能夠滿足性能指標(biāo)要求，并給出了仿真結(jié)果。 本文的主要工作 本文設(shè)計(jì)的直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)采用的是 調(diào)壓調(diào)速。最早用于不可逆、小功率驅(qū)動(dòng)，例如自動(dòng)跟蹤天文望遠(yuǎn)鏡、自動(dòng)記錄儀表等 。 國內(nèi)外發(fā)展概況 電力電子技術(shù)、功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展對電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展影響極大，它們是密切相關(guān)、相互促進(jìn)的。另外，低成本自動(dòng)化技術(shù)與設(shè)備的開發(fā)，越來越引起國內(nèi)外的注意。 隨著近代電力電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展以及現(xiàn)代控制理論的應(yīng)用，自動(dòng)化電力拖動(dòng)正朝著計(jì)算機(jī)控制的生產(chǎn)過程自動(dòng)化的方向邁進(jìn)?，F(xiàn)在電動(dòng)機(jī)的控制從簡單走向復(fù)雜，并逐漸成熟成為主流。利用這種有自關(guān)斷能力的器件，取消了原來普通晶閘管系統(tǒng)所必需的換相電路，簡化了電路結(jié)構(gòu)，提高了效率，提高了工作頻率，降低了噪聲，也縮小了電力電子裝置的體積和重量。 如今，電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和電機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合的趨勢更為明顯，促進(jìn)電機(jī)控制技術(shù)以更快的速度發(fā)展著。增加了系統(tǒng)的靈活性和精確性，使整個(gè) PWM 脈沖的產(chǎn)生過程得到了大大的簡化。在我國許多工業(yè)部門，如軋鋼、礦山采掘、海洋鉆探、金屬加工、紡織、造紙以及高層建筑等需要高性能可控電力拖動(dòng)的場合，仍然廣泛采用直流調(diào)速系統(tǒng)。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互相絕緣。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，這種方法最好。 改變電阻調(diào)速缺點(diǎn)很多，目前很少采用，僅在有些起重機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)及電 車等調(diào)速性能要求不高或低速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不長的傳動(dòng)系統(tǒng)中采用。用恒定直流電源或不可控整流電源供電，利用直流斬波或脈寬調(diào)制的方法產(chǎn)生可調(diào)的直流平均電壓。它的另一個(gè)缺點(diǎn)是運(yùn)行條件要求高，維護(hù)運(yùn)行麻煩。 圖 直流斬波器原理電路及輸出電壓波型 （ a）原理圖 （ b）電壓波型 采用晶閘管的直流斬波器基本原理與整流電路不同的是，在這里晶閘管不受相位控制，而是工作在開關(guān)狀態(tài)。 脈寬調(diào)速系統(tǒng)的主電路采用脈寬調(diào)制式變換器，簡稱 PWM 變換器。根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況，電流可能會(huì)從左至右或從右至左流過電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。 高性能 PWM 直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 10 第 3 章 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 在圖 所示的 VM 系統(tǒng)中和圖 所示的 PWM 系統(tǒng)中 ，只通過改變觸發(fā)或驅(qū)動(dòng)電路的控制電壓來改變功率變換電路的輸出平均電壓，達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，它們都屬于開環(huán)控制的調(diào)速系統(tǒng)，稱為開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 方案三：采用由 三極管 組成的 H 型 PWM 電路。 由于單極性工作制電 壓波開中的交流成分比雙極性工作制的小，其電流的最大波JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS 動(dòng)也比雙極性工作制的小，所以我們采用了單極性工作制。控制部分采用匯編語言編程控制，AT89C51 芯片的定時(shí)器產(chǎn)生 PWM 脈沖波形，通過調(diào)節(jié)波形的寬度來控制 H 電路中的GTR 通斷時(shí)間，便能夠?qū)崿F(xiàn)對電機(jī)速度的控制。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作失誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境，也需要按復(fù)位鍵以重新 啟動(dòng)。 78L05（電流較?。鹤畲筝敵鲭娏?100mA，內(nèi)部過熱保護(hù)，典型輸入電壓 7～ 20V， 輸出電壓 ~，靜態(tài)電流典型值 3mA。濾波電路一般由電容組成，其作用是脈動(dòng)電壓中的大部分紋波加以濾除，以得到較平滑的直流電壓。 1. 此電源的缺點(diǎn) 此電源是線性穩(wěn)壓電路，所有有其特有的內(nèi)部功率損耗大，全部壓降均轉(zhuǎn)換為熱量損失了，效率低 .所以散熱問題要特別注意 。但每個(gè) 按鍵需要占用一個(gè)輸入口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，需要較多的輸入口線且電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故此種鍵盤適用于按鍵較少或操作速度較高的場合。 高性能 PWM 直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 16 電機(jī) PWM 驅(qū)動(dòng)模塊的電路 P 2 . 6P 2 . 710 圖 電機(jī) PWM 驅(qū)動(dòng)模塊的電路 本電路采用的是以大功率 GTR 為開關(guān)元件、 H 橋電路為功率放大電路所構(gòu)成的電路結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)證明，脈沖頻率在 15Hz30Hz 時(shí)效果最佳。 JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS 第 4 章 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 單片機(jī)選擇 20 世紀(jì) 80 年代以來，單片機(jī)的發(fā)展非常迅速，就通用單片機(jī)而言，世界上一些著名的計(jì)算機(jī)廠家已投放市場的產(chǎn)品就有 50 多個(gè)系列，數(shù)百個(gè)品種。用戶可以將程序固化在 EPROM 中，可以反復(fù)修改程序。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析 在進(jìn)行單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)外，大量的工作就是如何根據(jù)每個(gè)生產(chǎn)對象的實(shí)際需要設(shè)計(jì)應(yīng)用程序。 通過對單片機(jī)定時(shí)器初始值的不同設(shè)置，來實(shí)現(xiàn)占空比 PWM 輸出控制。 定時(shí)中斷處理程序 采用定時(shí)方式 1，因?yàn)閱纹瑱C(jī)使用 12M 晶振，可產(chǎn)生最高約為 的延時(shí)。對于運(yùn)行時(shí)間的計(jì)算、顯示。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展， 可用計(jì)算機(jī)對電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，從而減小系統(tǒng)開發(fā)開支和周期。通過 Proteus 軟件的使用我們能夠輕易地獲得一個(gè)功能齊全、實(shí)用方便的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室。（總稱軟件設(shè)計(jì)） ⑶單片機(jī)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行、檢測、在線調(diào)試直至完成。倘若此時(shí)按方向按鈕，電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖 所示，此時(shí)， Q6 一端固定為低電平， Q5 一端為變化的 PWM 信號，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個(gè)具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。 JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS 第 6 章 結(jié) 論 在幾個(gè)月的學(xué)習(xí)工作中，通過查閱相關(guān)資料了解了直流調(diào)速系統(tǒng)，加深了對直流電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，熟悉了單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的運(yùn)用。 通過本次設(shè)計(jì)，我的知識(shí)領(lǐng)域得到進(jìn)一步擴(kuò)展，專業(yè)技能得到進(jìn)一步提高，同時(shí)鍛煉了自己獨(dú)立完成任務(wù)的能力，并掌握了很多軟件、硬件開發(fā)方面的知識(shí)。 高性能 PWM 直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 30 致 謝 在本論文的 設(shè)計(jì)過程中得到了殷時(shí)蓉老師的精心指導(dǎo)，在殷老師的幫助下順利完成了本論文的撰寫工作。低電平延遲時(shí)間存儲(chǔ)單元 LDIAN1 EQU 33H COT0 EQU 34H 。減速 K4 EQU 。電平觸發(fā) 方式 CLR EX0 。禁止外中斷 JB K4,K11 。消除抖動(dòng) JNB F0,STAR1 STOP0: CLR DJ CLR F0 。檔位判斷 JIANSU1: JC JIANSU2 。檔位 10則繼續(xù)加速 SJMP FANHUI 。PWM控制程序 IN0: CLR EX0 。下一時(shí)刻為低電平 MOV TH0,HDIAN1 CLR DJ0 SJMP FANHUI2 ZHENGX: SETB DJ0 。3MS DLAY31: MOV R6,250 DLAY32: DJNZ R6,DLAY32 DJNZ R7,DLAY31 RET YAN_6MS: MOV R7,20 。存脈沖狀態(tài) JC LD 。存轉(zhuǎn)動(dòng)方式 JZ ZHENGX 。速度檔位 A(減速用 )降 1 INC COT1 。速度檔位 B(加速用 )降 1 INC COT0 。停止定時(shí) SJMP FANHUI11 STAR1: SETB F0 SETB TR0 SJMP FANHUI K21: JB K2,K33 。消除抖動(dòng) MOV A,WAY 。主程序 STAR: JNB K1,NEXT1 。主程序和中斷程序入口 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP XINT0 ORG 000BH LJMP IN0 ORG 0100H 。速度檔位 B(加速用 ) WAY EQU 36H 。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。同時(shí)，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)。并且，使我將原來所學(xué)的知識(shí)系統(tǒng)化，理論化，實(shí)用化。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。 高性能 PWM 直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用 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(dòng)狀態(tài)（電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)） 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(dòng)狀態(tài)（電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)） 在圖 電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)下，對單片機(jī) 端口的 PWM 波形做了粗略測量，按動(dòng)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。JDFJKDHFKAHGJHLKFHJHAKHFLJKDHFKLJASHDFKJHAKLDFHDLSFHKLDSJ DFSGSJDFKGHERUHJKDHKLSHDKJHKSHKFHLKGHDLSFGHDSKLFHGLDKSFHGLKFGDS 簡稱為 PROTEUS 電路設(shè)計(jì) ⑵在 KeilC 平臺(tái)上進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)、匯編編譯、代碼級調(diào)試，最后生成目標(biāo)級代碼文件（ *.hex）。 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) 。整體仿真是