【正文】 ......................... 18 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ...................................... 20 PWM 實(shí)現(xiàn)方式 ..................................... 20 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 .................................... 20 PWM 產(chǎn)生程序 ............................................. 20 4 .2 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) ...................................... 21 主程序及系統(tǒng)初始化模塊 .................................... 21 中斷程序設(shè)計(jì) ............................................. 22 中斷子程序模塊 ........................................... 23 鍵盤 /顯示模塊設(shè)計(jì) .................................. 23 數(shù)字 PID 控制器 ..................................... 25 PID 控制器原理 ........................................ 25 數(shù)字 PID 控制器流程圖 .................................. 26 5 系統(tǒng)的 MATLAB 仿真 ................................. 29 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置 ......................... 29 電機(jī) Matlab 仿真 .................................. 31 結(jié)束語(yǔ) ............................................. 34 致謝 .............................................. 35 參考文獻(xiàn) ........................................... 36 附錄 .............................................. 37 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 V 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 摘 要 本文主要研究了利用 AT89S52 單片機(jī)控制 PWM信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的方法?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，改變了世界，也改變了人類的生活。在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用其中脈寬調(diào)制 (PWM)應(yīng)用更為廣泛。 下式是占空比計(jì)算公式： 式中 t1 表示一個(gè)周期內(nèi)開(kāi)關(guān)管導(dǎo) 通的時(shí)間， T表示一個(gè)周期的時(shí)間。因此，它具有抑制干擾的能力，對(duì)元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。 驅(qū)動(dòng)電路 功率放大驅(qū)動(dòng)芯片有多種，其中較 常用的芯片有 IR2110 和 EXB841，但由于IR2110 具有雙通道驅(qū)動(dòng)特性，且電路簡(jiǎn)單，使用方便，價(jià)格相對(duì) EXB841 便宜，具有較高的性價(jià)比，且對(duì)于直流電機(jī)調(diào)速使用起來(lái)更加簡(jiǎn)便，因此該驅(qū)動(dòng)電路采用了IR2110 集成芯片，使得該集成電路具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力和保護(hù)功能。（ 5）與 MOSFET 一樣， IGBT 具有很大的輸入電阻和較小的輸入電容，則驅(qū)動(dòng)功率低，開(kāi)關(guān)速度高。 因此電樞上的工 作電壓是雙極性矩形脈沖波形，由于存在著機(jī)械慣性的緣故，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速是由矩形脈沖電壓的平均值來(lái)決定的。當(dāng)封 鎖 P W M 輸 出分 析 ， 判 斷 故障 原 因顯 示 故 障等 待 系 統(tǒng) 復(fù) 位時(shí)， ? 為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng) 12?? 時(shí)， ? 為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng) 12?? 時(shí)， 0?? ，電動(dòng)機(jī)停止。這里以三相編碼器為例來(lái)介紹增量式編碼器的工作原理及其結(jié)構(gòu)。為了在單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 15 較寬的速度范圍內(nèi)獲得高精度和快速的數(shù)字測(cè)速，本設(shè)計(jì)使用每轉(zhuǎn) 1024線的光電編碼器作為轉(zhuǎn)速傳感器，它產(chǎn)生的測(cè)速脈沖頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速有固定的比列關(guān)系，微機(jī)對(duì)該頻率信號(hào)采用 M/T法測(cè)速處理。采用該芯片 ,可以大大簡(jiǎn)化單片機(jī)控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì) ,并且減輕 CPU的負(fù)擔(dān)。 用 78/79 系列三端穩(wěn)壓 IC 來(lái)組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少 ,電路內(nèi)部還有過(guò)流、過(guò)熱及調(diào)整管的保護(hù)電路。 void init() { TMOD=0x01。 中斷 程序設(shè)計(jì) 外部中斷 0 模塊設(shè)計(jì) 外部中斷 0 是故障中斷，優(yōu)先級(jí)最高。 PID 控制，實(shí)際中也有 PI 和 PD控制。 數(shù)字 PID 控制器流程圖 數(shù)字 PID 控 制算法可以分為位置式 PID 和增量式 PID 控制算法。 選取電動(dòng)機(jī)各參數(shù)分別為 Ra=， La=， Ka=， Kb=， f=，Ja= dcm=feedback(dcm,Kb,1,1)。 在零初始條件下，將上面的等式兩邊進(jìn)行拉式變換，得 電壓與電流之間的傳遞函數(shù)： ()( ) ( )Id sUdo s E s? ＝ 1/1L RTS? （ 54） 電流與電動(dòng)勢(shì)間的傳遞函數(shù)： ()( ) ( )dLEsId s I s? ＝ RTmS （ 55） 根據(jù)上面兩式并考慮 n＝ E／ Ce 即可得到額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)得動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖53所示： 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 31 圖 53 額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)得動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 前面的轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)總由靜差是因?yàn)殡妷悍糯笃鳛楸壤糯笃?，如果選用比例積分調(diào)節(jié)器（即 PID 調(diào)節(jié)器）， PID 調(diào)節(jié)器的輸出由兩個(gè)分量組成，一個(gè)是比例分量 KpUin ，一個(gè)是積分分量 Kp Uindt? ? ，它能隨時(shí)間 對(duì)輸入信號(hào)的不斷積累，當(dāng)突加 Uin 時(shí)，相當(dāng)于放大倍數(shù)為 Kp 的比例調(diào)節(jié)器，當(dāng) Uin 不為零時(shí)，積分作用將不斷作用下去，輸出積累上升，直到限幅最大值；一旦 Uin＝ 0，輸出保持在此時(shí)的數(shù)值上，穩(wěn)態(tài)時(shí) PID 調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)是它本身的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)，極大的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)使系統(tǒng)基本無(wú)靜差。 自動(dòng) 控制 系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。按鍵操作由終端導(dǎo)入，靜態(tài)顯示方式。 } } } 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 主程序及系統(tǒng)初始化模塊 主程序 ——完成實(shí)時(shí)性要求不高的功能，完成系統(tǒng)初始化后，實(shí)現(xiàn)鍵盤處理、刷新顯示、與上位計(jì)算機(jī)和其他外設(shè)通信等功能，如圖 41。 本設(shè)計(jì)中單片機(jī)采用 12MZ 的晶體振蕩器，故 N 為 6。 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 18 8 2 7 9SL1+5VIRQC L KA0CSRDWRD 0 D 7C N T LS H I G TR E S E T1512141311109876543210R L 3RL2RL1RL0S L 0SL2S L 3A03B 0 3驅(qū)動(dòng)器P0WRRDP 2 . 6A L EINT18 3 C 5 5 21KA T 8 9 S 5 1 圖 39顯示器 /鍵盤驅(qū)動(dòng)電路 由于 8279 芯片有自動(dòng)分時(shí)掃描功能，所以它可與 CPU同時(shí)工作，減輕 CPU的負(fù)擔(dān)，而且接口方便，顯示穩(wěn)定，程序簡(jiǎn) 單，可靠性高。其原則是既要保證能及時(shí)響應(yīng)按鍵操作，又要不過(guò)多占用 CPU的工作時(shí)間。觸發(fā)器總是在 B脈沖為高電平時(shí)觸發(fā)，這時(shí) D觸發(fā)器的輸出端 Q輸出為高電平。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位 移的大小。 ABU在一個(gè)周期內(nèi)正負(fù)相間，這是雙極式 PWM 變換器的特征，其電壓、電流波形如圖 2所示。此時(shí)直流電機(jī)正轉(zhuǎn)。 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 10 P W M 1 P W M 2VbHOVsLOH INL INSDC O MVb HO Vs LOH IN L IN SDC O MIR 2 1 1 0R9 R 1 0R 1 1 R 1 2VD 10VD 11IR 2 1 1 0C4 C5P W M 1 P W M 2U g1U g2 U g3 U g4V s s V s s 圖 33 IGBT 驅(qū)動(dòng)電路 元器件的選擇比較、選型 本設(shè)計(jì)采用 IGBT， IGBT 作為大功率的電路驅(qū)動(dòng)器件，具有以下 優(yōu)點(diǎn)： （ 1） IGBT在正常工作時(shí)，導(dǎo)通電阻較低，增大了器件的電流容量。 AT89S52 內(nèi)部具有看門狗定時(shí)器及 3 個(gè) 16 位可編程定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 方案二：采用軟件延時(shí)方式，這一方式在精度上不及方案一，特別是在引入 中斷后，將有一定的誤差。本文所研究的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要是由硬件和軟件兩大部分組成。但是對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有以下公式： n=U/Cc? TR內(nèi) /CrCc? (11) 其中： U— 電壓； R內(nèi) — 勵(lì)磁繞組本身的電阻； ? — 每極磁通 (Wb) Cc— 電勢(shì)常數(shù)； Cr— 轉(zhuǎn)矩常量 直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法可分為兩類：勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法。因此， 調(diào)速技術(shù)一直是研究的熱點(diǎn) 直流電動(dòng)機(jī)在冶金、礦山、化工、交通、機(jī)械、紡織、航空等領(lǐng)域中已經(jīng)得 到廣泛的應(yīng)用。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 參考文獻(xiàn) ： [1] 求實(shí)科技 編著 單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航 人民郵電出版社 2020 年 [2] 單片機(jī)實(shí)訓(xùn)教程 李 雅軒等編 北京航空航天大學(xué)出版社 2020 年 [3] 電力電子技術(shù) 王兆安等編 機(jī)械工業(yè)出版社 2020 年 [4]電氣自動(dòng)控制原理與系統(tǒng) 陳渝光主編 機(jī)械工業(yè)出版社 2020 年 完 成 期 限 指 導(dǎo) 教師簽名： 專業(yè)負(fù)責(zé)人簽名： 年 月 日 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 I 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說(shuō)明 原 創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是我個(gè)人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。 關(guān)鍵詞： PWM 信號(hào) ； IR2110； PID 運(yùn)算 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 VI The Design Of Direct Current Motor Speed Regulation System Based On SCM ABSTRACT This article mainly introduces the method to generate the PWM signal by using AT89S52 singlechip puter to control the speed of a . motor. It also clarifies the principles of PWM and the way to adjust the duty cycle of PWM signal. In addition, IR2110 has been used as an actuating device of the power amplifier circuit which controls the speed of rotation of . motor. What’s more, is used in this system to measure the speed of . motor. In software, the article introduced the PID operation procedures, such as initial program and the writing of the thought and specific program realization .The result of the measurement is sent to A/D converter after passing the filtering circuit, and finally the feedback single is stored in the singlechip puter and parti