【正文】 作為一個電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的學(xué) 生，我的畢業(yè)設(shè)計偏重自動控制方向的設(shè)計，由于強(qiáng)電和電機(jī)工作原理等方面知識、經(jīng)驗較為匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，幸好有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起學(xué)習(xí)的同學(xué)們的給予我無私的幫助，使我的畢業(yè)設(shè)計能夠些許的成果呈現(xiàn)給大家，兩個多月的畢業(yè)設(shè)計我感觸很多。 case 2: if(Pro_High=990) Pro_High=Pro_High+10?！八俣仍O(shè)定”，“電流設(shè)定”。）可見 ,霍爾電壓與磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比 ,而磁感應(yīng)強(qiáng)度又與被測電流成正比 ,所以電壓值與被測電流值之間存在著正比關(guān)系 ,基于這種正比關(guān)系可以實現(xiàn)對電機(jī)過電流的檢測。由于閘門與被測信號不能同步，因此，這兩種方法都存在 177。B/d 其中 K 為霍爾系數(shù)， I 為薄片中通過的電流， B 為外加磁場（洛倫慈力 Lorrentz）的磁感應(yīng)強(qiáng)度， d 是薄片的厚 度。 圖 317TLP 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 光耦 TLP250 是一種可直接驅(qū)動小功率 MOSFET 和 IGBT 的功率型光耦，由日本東芝公司生產(chǎn)，其最大驅(qū)動能力達(dá) [21]。如果 DIR－ L 信號為 0， DIR－ R信號為 1，并且使能信號是 1，那么三極管 Q1 和 Q4 導(dǎo)通，電流從左至右流經(jīng)電機(jī)（如圖 316 所示）；如果 DIR－ L信號變?yōu)?1，而 DIR－ R 信號變?yōu)?0，那么 Q2 和 Q3 將導(dǎo)通 ，電流則反向流過電機(jī) 。根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況，電流可能會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。在 1MV 開通， 2MV關(guān)斷期間， 1CV 通過電阻 g1R 與 1S 的柵射極間電容 g1C 放電。如果電路的負(fù)載為感性負(fù)載，則在功率管開關(guān)瞬間、電源短路以及過電流關(guān)斷時， itd/d 將比較大，功率管就會產(chǎn)生過沖電壓，從而使 VS 端電壓低于 COM 端。 由于密勒效應(yīng)的作用，在開通與關(guān)斷時，集電極與柵極間電容上的充放電電流很容易在柵極上產(chǎn)生干擾 [14]。 一、因為控制 IGBT 所需的控制信號要求對角上的兩個 IGBT 管的控制信號要相同，而同一個橋臂上的控制信號要相反。在本系統(tǒng)內(nèi)，采用了兩片 4 位數(shù)值比較器 4585 和一片 12 位串行計數(shù)器 4040 組成了 PWM信號發(fā)生電路。但是由于系統(tǒng)要實現(xiàn)雙閉環(huán) PID 控制，所以測速中占用了兩個定時器， T0和 T1，如果再將 PWM 波形產(chǎn)生交給 MSC51 則會加大軟件的任務(wù)，并且影響整個系統(tǒng)的控制效果。（ 圖 1） C、 定頻調(diào)寬法：保持周期 T(或頻率 )不變，同時改變 1t 和 t[7]。 圖 11 直流電機(jī)的工作原理圖 電樞控制是在勵磁電壓不變的情況下，把控制電壓信號加到電機(jī)的電樞上，以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 微處理器控制直流電機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀 微處理器誕生于上個世紀(jì)七十年代，隨著集成電路大 規(guī)模及超大規(guī)模集成電路制造工藝的迅速發(fā)展，微處理器的性價比越來越高。數(shù)字化直流調(diào)速裝置作為目前最新控制水平的傳動方式顯示了強(qiáng)大優(yōu)勢。全數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)不斷升級換代，為工程應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)提供了優(yōu)越的條件。此外，由于電力電子技術(shù)的發(fā)展，制作工藝的提升，使得大功率電子器件的性能迅速提高。傳統(tǒng)的改變電壓方法是在電樞回路中串聯(lián)一個電阻，通過調(diào)節(jié)電阻改變電樞電壓，達(dá)到調(diào)速的目的，這種方法效率低、平滑度差，由于串聯(lián)電阻上要消耗電功率，因而 經(jīng)濟(jì)效益低，而且轉(zhuǎn)速越慢，能耗越大 [6]。（ 圖 1） 前兩種方法在調(diào)速時改變 了控制脈沖的周期 (或頻率 )，當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時，將會引起振蕩，因此常采用定頻調(diào)寬法來改變占空比從而改變直流電動機(jī)電樞兩端電壓。因此這里考慮單獨(dú)設(shè)計一個 PWM 波形發(fā)生電路，單片機(jī)對它只提供控制參數(shù)以改變其占空比。 兩片數(shù)值比較器 4585，即圖上 U U3的 A 組接 12 位串行 4040 計數(shù)輸出端 Q2— Q9，而 U U3 的 B 組接 到單片機(jī)的 P1端口。這就要求主電路上有兩路互為反向的控制信號。針對這中現(xiàn)象，本設(shè)計在輸出驅(qū)動電路中的功率管柵極限流電阻 R R2 R2 R26 上反向并聯(lián)了二極管 D D D1 D16。實際上，該電壓是不能低于 4V，超出該極限電壓就會引起高端通道工作的不穩(wěn)定。在 1MV 關(guān)斷，2MV 開通期間， 1S 柵電荷經(jīng) g1R 和 2MV 快速釋放。 要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對角線上的一對三極管導(dǎo)通。 圖 316 使能信號與方向信號的使用 實際使用的時候 ，用分立元件制作 H 橋是很麻煩的，好在現(xiàn)在市面上有很多封裝好的 H 橋集成電路，接上電源、電機(jī)和控制信號就可以使用了，在額定的電壓和電流內(nèi)使用非常方便可靠。 TLP250 驅(qū)動主要具備以下特征： 輸入閾值電流 IF=5mA(max)； 電源電流 ICC=11mA(max)； 電源電壓 (VCC)=10～ 35V； 輸出電流 IO=177。由此可見，霍爾效應(yīng)的靈敏度高低與外加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度成正比的關(guān)系 。1 誤差的問題，第一種方法適用于信號頻率高時使用，第二種方法則在信號頻率低時使用。讓信號檢測模塊的磁線圈與電機(jī)繞組串聯(lián) ,流過繞組的電流在磁線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電勢 ,霍爾元件輸出霍爾電壓 ,當(dāng)電機(jī)過電流時 ,霍爾電勢急劇增加 ,對霍爾元件的輸出電壓進(jìn)行檢測即可實現(xiàn)對電機(jī)過電流的保護(hù)以及反饋。最最后鍵盤有引腳與單片機(jī)的 P1 個端口相連。 占空比加 10 break。 首先，我要感謝的是畢業(yè)設(shè)計的指導(dǎo)老師郭三明老師，他給于我畢業(yè)設(shè)計選題的最大自由性和畢業(yè)設(shè)計的最大信任性，他總是盡最大的努力給予我畢業(yè)設(shè)計上各個方面的指導(dǎo)，并且?guī)椭彝瓿?PID 的轉(zhuǎn)速與電流環(huán)設(shè)計，使我從他身上學(xué)到了認(rèn)真、負(fù)責(zé)，這是我兩個多月畢業(yè)設(shè)計所收獲的最大知識和工作的態(tài)度。 經(jīng)過兩個多月對畢業(yè)設(shè)計課題的學(xué)習(xí)研究、設(shè)計調(diào)試和論文撰寫，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)圓滿結(jié)束。 占空比加 100 break。 我們選用價廉物美的 74LS164 串入并出移位寄存器芯片來擴(kuò)展這個電路 ,分別與鍵盤和 6 個七段數(shù)碼管顯示器連接 ,74LS164(1)的串行輸入端與單片機(jī)相連 ,時鐘端分別與另一 I/O 口連接 ,單片機(jī)通過輸入端向74LS164發(fā)送字段碼 ,經(jīng)移位轉(zhuǎn)換后驅(qū)動 LED的字段 ,同時 ,單片機(jī)通過串行輸入端向 74LS164(2)發(fā)送鍵盤掃描代碼和 LED 的位選代碼 ,鍵盤的列掃描代碼由 74LS164(2)的數(shù)據(jù)輸出端提供 ,位選信號經(jīng)過驅(qū)動器(三極管或驅(qū)動門電路 )驅(qū)動各位 LED,鍵盤的的三條行線直接由單片機(jī)的 I/O 口提供 ,向鍵盤掃描線分時提供掃描代碼 . 圖 338 鍵盤控制電路圖 鍵盤共有 21個按鍵 ,我們可以定義為 09十進(jìn)制的數(shù)字鍵 ,還有 11個按鍵我 們設(shè)置為功能鍵 ,其中前四個鍵分別為四個 LED 的控制工作鍵，后面七個鍵分別實現(xiàn)了電機(jī)的各項功能， “加速”，“減速”，“停止”，“正轉(zhuǎn)”，“反轉(zhuǎn)”。B/dK 稱為霍爾系數(shù) ,與半導(dǎo)體材料有關(guān) ,d 為半導(dǎo)體材料的厚度。所謂計數(shù)法，就是給定一個閘門時間，在閘門時間內(nèi)計數(shù)輸入的脈沖個數(shù)；測脈寬法是利用待測信號的脈寬來控制計數(shù)門，對一個高精度的高頻計數(shù)信號進(jìn)行計數(shù)。I因為系統(tǒng)的主電路電壓均為高電壓、大電流，而控制單元為弱電壓，弱電流，所以它們之間必須采取光電隔離措施，以提高系統(tǒng)抗干擾措施，綜合考慮決定采用帶光電隔離的 MOSFET 驅(qū)動芯片 TLP250[21]。） 圖 315 具有使能控制和方向邏輯的 H橋電路 用以上方法，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)就只需要用三個信號控制：兩個方向信號和一個使能信號。 圖 312 IGBT H 橋驅(qū)動電路 要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對角線上的一對三極管。當(dāng) 1S 在關(guān)斷期間， 1C 已經(jīng)充滿電，即 CCV = 1CV 。 圖 39 IR2110 部分寄生二極管示意圖 IGBT（ Insulated GateBipolar Transistor） 是電壓驅(qū)動型器件，由于是容性輸入阻抗，故要求驅(qū)動電路提供一條小阻抗通路，將柵極電壓限制在一定安全數(shù)字內(nèi) [17]。由于 VB 高于 VS 電壓的最大值為 20 V，為了避免 VB 過電壓，電路中增加了 10V穩(wěn)壓二極管 D D17 控制 VB 端電壓在 10V左右防止 VB 過壓。 C ② 芯片 4040 引出端功能符號： CP: 時鐘輸入端 CR：清除端 Q0— Q11：計數(shù)脈沖輸出端 VDD: 正電源 VSS: 地端 ③ 芯片 4040 功能表： 輸入 輸出 CP CR ↑ ↓ * L L H 保持 計數(shù) 所有輸出端均為 L 圖 35芯片 4040 功能表 ④ 芯片 4040 的引腳圖： 圖 36 芯片 4040 的引腳圖 邏輯延時電路方案論證設(shè)計 邏輯延時電路是主電路 IGBT 開關(guān)管的控制所需。當(dāng) PWM 波的頻率太高時，它對直流電機(jī)驅(qū)動的功率管要求太高，而當(dāng)它的頻率太低時，其產(chǎn)生的電磁噪聲就比較大，在實際應(yīng)用中，當(dāng) PWM波的頻率在 18KHz 左右時，效果最好。 綜合上述三種方 案，本設(shè)計采用方案三作為整個系統(tǒng)的設(shè)計思路。（ 圖 1） B、調(diào)寬調(diào)頻法：保持 t 不變，只改變 1t ，這樣使周期 (或頻率 )也隨之改變[7]。所以在工業(yè)生產(chǎn)過程中常用的方法是電樞控制法。所以，直流傳動控制采用微處理器實現(xiàn)全數(shù)字化，使直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)入一個嶄新的階段。特別是采用了微處理器及其他先進(jìn)電力電子技術(shù)，使數(shù)字式直流調(diào)速裝置在精度的準(zhǔn)確性、控制性能的優(yōu)良性和抗干擾的性能有很大的提高和發(fā)展，在國內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用。 采用微處理器控制，使整個調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字化程度，智能化程度有很大改觀；采用微處理器控制，使調(diào)速系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上簡單化，可靠性提高，操作維護(hù)變得簡捷，電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時轉(zhuǎn)速精度等方面達(dá)到較高水平。為微處理器普遍用于控制電機(jī)提供了可能，利用微處理器控制電機(jī)完成各種新穎的、高性能的控制策略，使電機(jī)的各種潛在能力得到充分的發(fā)揮，使電機(jī)的性能更符合工業(yè)生產(chǎn)使用要求 [2]，還促進(jìn)了電機(jī)生產(chǎn)商研發(fā)出各種如步進(jìn)電機(jī)、無刷直流電機(jī)、開關(guān)磁阻電動機(jī)等便于控制且實用的新型電機(jī)，使電機(jī)的發(fā)展出現(xiàn)了新的變化。隨著電力電子的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的電樞電壓控制方法。利用單片機(jī)的定時計數(shù)器外加軟件延時等方式來實現(xiàn)脈寬的自由調(diào)整，此種方式可簡化硬件電路，操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 系統(tǒng)方案描述 本系統(tǒng)采用 MC51 為控制核心，配以 2*3 鍵盤，通過 ADC0809 模數(shù)轉(zhuǎn)換器對主干驅(qū)動電路進(jìn)行速度設(shè)定反饋，電流設(shè)定和過電流保護(hù)。只要改變 P1 端口的輸出值，那么就可以使得 PWM 信號的占空比發(fā)生變化，從而進(jìn)行調(diào)速控制。然而 MC51 產(chǎn)生的 PWM 只有一路，這時候就必須把 PWM 信號利用邏輯延時電路變成兩路互為反向的控制信號。 為改善 PWM 控制脈沖的前后沿陡度并防止振蕩，減小 IGBT 集電極的電 壓尖脈沖，一般應(yīng)在柵極串聯(lián)十幾歐到幾百歐的限流電阻 [15]。 故在設(shè)計 PCB 時，應(yīng)采取下列方法以減小 VS 負(fù)過沖電壓： a、將功率管緊密放置，并在焊接功率器件時應(yīng)盡 量使引腳最短，以減少PCB 布線長度和引腳間寄生電感的影響，引線應(yīng)采用絞線或同軸電纜屏蔽線； b、 IR2110 盡可能靠近功率 IGBT 模塊放置； c、在電源線與功率管之間應(yīng)增加去耦電容，一般應(yīng)選 容。在經(jīng)過死區(qū)時間后， 2S 開通 CCV 經(jīng)過 1DV 、 2S 給 1C 充電 [19]。例如，如圖 313 所示，當(dāng) Q1 管和 Q4管導(dǎo) 通時，電流就從電源正極經(jīng) Q1 從左至右穿過電機(jī)，然后再經(jīng) Q4回到電源負(fù)極。比如常用的 L293D、 L298N、TA7257P、 SN754410 等。(min)； 開關(guān)時間 tpLH/tpHL= s(max)。 霍爾傳感器的外形圖和與磁場的作用關(guān)系如右圖所示。等精度法則對高、低頻信號都有很好的適應(yīng)性。 實際的 霍爾電流傳感器有兩種構(gòu)成形式，即直接測量式和零磁通式。 鍵值識別采用掃描方式即可獲得 ,分時向74LS164(2)發(fā)送鍵控碼 ,使其一輸出為低 ,然后逐個判斷三個行線的電平 ,即可識別出哪個按鍵按下 .逐個進(jìn)行識別 ,直到把 21 個按鍵全部掃描完畢 .然后 ,單片機(jī)向 74LS164(1)發(fā)送需要顯示的字段碼 ,同時向 74LS164(2)發(fā)送分時選位通信號 ,使 6 個 LED 位分 時選通 ,驅(qū)動 LED 發(fā)光 . 需要注意的是 ,由于鍵掃描或顯示驅(qū)動均采用串行的方式向 74LS164發(fā)送字段碼信號 ,耗時比采用并行的方式較長 ,所以單片機(jī)使用的時鐘頻率不能太低 ,否則掃描的結(jié)果會出現(xiàn) LED 閃爍現(xiàn)象 ,效果不佳 ,同時考慮到單片機(jī)仍要處理其它程序 ,采用的時鐘頻率以達(dá)到工程要求為準(zhǔn) . 程序流程圖 系