【文章內(nèi)容簡介】 (b) 電樞電流波形 (c) 電流檢測電阻上的電流波形 單極式可逆PWM變換器在電動機(jī)負(fù)載較重時電樞電壓、電流波形 (a) 電樞電壓波形 (b) 電樞電流波形(C) 電流檢測電阻上的電流波形 單極式可逆PWM變換器在電動機(jī)負(fù)載較輕時電樞電壓、電流波形。這使PWM變換器的外特性變軟，PWM調(diào)速系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能變差。 單極式與雙極式可逆PWM變換器的比較與選用綜上所述，雙極式可逆PWM變換器的優(yōu)點(diǎn)為:電流一定連續(xù)?？墒闺妱訖C(jī)在四個象限中運(yùn)行。電機(jī)停止時有微振電流，能消除靜摩擦死區(qū)。低速時，每個晶體管的驅(qū)動脈沖仍較寬，保證了晶體管的可靠導(dǎo)通。低速平穩(wěn)性好，調(diào)速范圍寬。雙極式可逆PWM變換器的缺點(diǎn)為:工作中，H橋的4個晶體管均處于開關(guān)狀態(tài)，因此開關(guān)損耗大，而且上、下兩管容易發(fā)生橋臂直通，降低了可靠性。為了防止上、下兩管直通，在一管關(guān)斷另一管導(dǎo)通時，應(yīng)加邏輯延時。單極式可逆PWM變換器的優(yōu)點(diǎn)為:克服了雙極式可逆PWM變換器H橋上、下兩管容易發(fā)生橋臂直通的缺點(diǎn)，提高了可靠性，對于靜、動態(tài)性能要求低一些的系統(tǒng)，可以采用單極式可逆PWM變換器。單極式可逆PWM變換器的主要缺點(diǎn)為:電流容易斷續(xù)，而電流斷續(xù)將使變換器的外特性變軟，從而使PWM調(diào)速系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能變差。由于雙極式可逆PWM變換器所具有的顯著優(yōu)點(diǎn)，因此，在靜、動態(tài)性能要求比較高的伺服系統(tǒng)中應(yīng)采用雙極式可逆PWM變換器[1112]。 PWM調(diào)制中的最佳開關(guān)頻率計算由前節(jié)分析表明，PWM變換器的開關(guān)頻率越高，則電樞電流脈動越小，而且也容易連續(xù)，從而能提高調(diào)速系統(tǒng)的低速平穩(wěn)性。同時，電流脈動小時，電動機(jī)的附加損耗也小。因此，從這些方面看，PWM變頻器的開關(guān)頻率越高越好。但從開關(guān)損耗上看，隨著頻率的提高，晶體管的動態(tài)開關(guān)損耗便會成正比增加。從PWM變換器傳輸效率最高的角度上看，能使總損耗最小的開關(guān)頻率才是最佳開關(guān)頻率。對于單極式變換器，: （）對于雙極式變換器，: （）式中:as電動機(jī)起動電流與額定電流之比。TI電樞回路的電磁時間常數(shù)在確定開關(guān)頻率時，除了必須考慮電流的連續(xù)性和總損耗最小等因素外，最好能使開關(guān)頻率比調(diào)速系統(tǒng)的最高工作頻率(通頻帶)高出十倍左右，以使PWM變換器的延遲時間T=1/f對系統(tǒng)的動特性的影響可以忽略不計[13]。綜合考慮各方面的因素，本系統(tǒng)中PWM變換器的開關(guān)頻率選為20KHz。3 系統(tǒng)的硬件設(shè)計系統(tǒng)的硬件原理框圖如下圖所示，系統(tǒng)由單片機(jī)模塊、AD轉(zhuǎn)換模塊、霍爾電流傳感器、增量式光電編碼器、直流電機(jī)驅(qū)動模塊等組成。 本系統(tǒng)總體硬件框圖系統(tǒng)的工作過程是單片機(jī)的輸出引腳P01～P02控制L297，單片機(jī)輸出PWM波形，L297驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動。系統(tǒng)選用霍爾電流傳感器檢測電流變化，并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電流反饋信號，通過P20引腳輸入給單片機(jī)。采用增量式光電編碼器檢測電動機(jī)的速度變化，經(jīng)P1P12引腳輸入給單片機(jī)，獲得速度反饋信號。每100個PWM周期對速度進(jìn)行一次調(diào)節(jié)。 單片機(jī)模塊介紹Atmel公司的AT89S51是51內(nèi)核的單片機(jī)。不用燒寫器而只用串口或者并口就可以往單片機(jī)中下載程序。使用自制下載線可以將并口轉(zhuǎn)化為6線下載口。這樣可以非常方便的實(shí)現(xiàn)通過PC機(jī)的并口往單片機(jī)中下載程序。為使能從0000H 到FFFFH的外部程序存儲器讀取指令，EA必須接GND。為了執(zhí)行內(nèi)部程序指令，EA應(yīng)該接VCC[14]。在本設(shè)計中由于單片機(jī)自身的8K存儲器已能滿足編程需求，因此EA端接Vcc在flash編程期間，EA也接收12伏VPP電壓。晶振工作時，RST腳持續(xù)2 個機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位?？撮T狗計時完成后，RST 腳輸出96 個晶振周期的高電平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能無效。DISRTO默認(rèn)狀態(tài)下，復(fù)位高電平有效。XTAL1為振蕩器反相放大器和內(nèi)部時鐘發(fā)生電路的輸入端。XTAL2為振蕩器反相放大器的輸出端。本設(shè)計系統(tǒng)中的發(fā)光二極管指示電路連接電路，RLED1和RLED2起限流作用，LED1用來指示電源通電情況，當(dāng)系統(tǒng)通電時LED1發(fā)光。，在電路調(diào)試間段可用來調(diào)試程序，在電路調(diào)試結(jié)束后LED2的亮滅可以指示單片機(jī)在什么狀態(tài)。在電路中要考慮噪聲對電路的影響，在電源、地線之間加上了濾波電容是一種常見的用法，在本設(shè)計中多處用到此種濾波電容。 單片機(jī)外圍電路 AT89C51實(shí)物圖，高性能COMS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(Insystem programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強(qiáng)大的微型計算機(jī)的AT89C51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89C51具有如下特點(diǎn)：40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，AT89C51設(shè)計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設(shè)置省電模式。空閑模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應(yīng)不同產(chǎn)品的需求。它的主要功能特性: (1) 兼容 MCS51指令系統(tǒng) (2) 4k可反復(fù)擦寫(1000次）ISP Flash ROM (3) 32個雙向I/O口 (4) (5) 2個16位可編程定時/計數(shù)器 (6) 時鐘頻率033MHz (7) 全雙工UART串行中斷口線(8) 128x8bit內(nèi)部RAM (9) 2個外部中斷源 (10) 低功耗空閑和省電模式 (11) 中斷喚醒省電模式 (12) 看門狗（WDT）電路 (13) 軟件設(shè)置空閑和省電功能 (14) 靈活的ISP字節(jié)和分頁編程 (15) 雙數(shù)據(jù)寄存器指針單片機(jī)具有體積小、功耗低、控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展靈活、微型化和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于儀器儀表中，結(jié)合不同類型的傳感器，可實(shí)現(xiàn)諸如電壓、功率、頻率、濕度、溫度、流量、速度、厚度、角度、長度、硬度、元素、壓力等物理量的測量。采用單片機(jī)控制使得儀器儀表數(shù)字化、智能化、微型化，且功能比起采用電子或數(shù)字電路更加強(qiáng)大。例如精密的測量設(shè)備（功率計，示波器，各種分析儀）[14]。 單片機(jī)晶振電路 單片機(jī)晶振電路 單片機(jī)復(fù)位電路 單片機(jī)復(fù)位電路 霍爾電流傳感器模塊 霍爾電流傳感器簡介本文所采用的電流傳感器是沈陽匯博思賓尼斯傳感器有限公司所研制的HBCD1000型霍爾電流傳感器。該電流傳感器由原邊電路、聚磁環(huán)、霍爾元件、次級線圈和放大電路等組成，且霍爾元件受溫度影響比較大，本章將對霍爾電流傳感器的工作原理進(jìn)行分析。 霍爾電流傳感器的工作原理的定量分析霍爾電流傳感器是利用霍爾效應(yīng)來測量電流的。 霍爾電流傳感器原理圖被測電流I在鐵心中產(chǎn)生一個磁感應(yīng)強(qiáng)度B （） 式中:I被測電流。K常數(shù)。磁感應(yīng)強(qiáng)度B穿過霍爾元件產(chǎn)生霍爾電壓 （）式中:UH霍爾電流傳感器輸出電壓。KH霍爾元件靈敏度。IH霍