【導讀】研究以單片機AT89S52和IR2110控制的直流電機脈寬調制調速系統(tǒng)。統(tǒng)構成、降低系統(tǒng)成本、增強系統(tǒng)性能、以滿足更多應用場合的需要。轉及速度調節(jié)控制。求在LED數(shù)碼管上顯示出來。的占空比在LED上的實時顯示。對直流電機模型進行PID控制分析。文章介紹了AT89S52的詳細參數(shù)，并對PWM信號的原理、產生方法、以。對于硬件部分首先從總體上做了設。及它要實現(xiàn)的功能編寫了屬于每個模塊部分的流程圖。并且說明了軟件的設計方式和。此外，本文中還采用了芯片IR2110作為直流電機正轉調速功率放大電路的驅。動模塊，并且把它與延時電路相結合完成了在主電路中對直流電機的控制。面，文章中詳細介紹了PID運算程序，初始化程序等的編寫思路和具體的程序實現(xiàn)。進行PID運算，從而實現(xiàn)了對輸出速度的控制。

　　

【正文】 程中的動態(tài)特性。 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。 將模擬的 PID 算式 ? ? ? ? ? ? ? ? 001 udt tdeTdtteTteKtu tDIp ??????? ??? ? (42) 用求和的方式代替積分；用增量的方式代替微分 .則可作如下近似 ktt? (k=0, 1 ,2,…… ..) ? ? ? ? ????? ??kjkjt ejTjTetdtte000 (43) 進行離散處理 有 ? ?00 1 ueeTTeTTeKu kj kkDjIkpk??????? ???? ?? (44) 這便是增量式 PID 算式，由于它的每次輸出均與過去有關，計算時要對 Ek 進行累加，故工作量大。因此一般不用位置式 PID。對三式稍作推導即得到下式 。 21 kkkk CeBeAeΔu ??? 式中 ???????? ??? TTTTKA DI1 (45) ?????? ??? TTKB D21 TTKC DP? (46) 由式看出，如果計算機采用恒定的采樣周期 T,一旦確定了 ABC 只要使用前三次? ? ? ? ? ?? ? T eeT TkekTedt tde kk 11 ?????? 測量值的偏差，就可以由式求出控制增量。如圖 47所示 . 圖 47 PID流程圖 開 始 計算 NK存入 46H— 48H 計算 ANK存入 4CH— 4EH 計算 Δ NK存入 4CH— 4EH 計算 CNK2存入 4FH— 51H 計算 ANK+BNK1存入 4CH— 4EH 計算 BNK1存入 4FH— 51H 否，取 Δ NK整數(shù) N 降速 N轉 更新 NK1,NK2 是，取 Δ NK整數(shù) N Δ NK0 提速 N轉 返 回 AT89C51 開始 圖 48 調速軟件系統(tǒng)框圖 保護現(xiàn)場 存放計數(shù)器 T1中的值 是否計夠20次？ 累加 20次的計數(shù)值 計算實際轉速 n=60M/ZTc 給出 PID運算參數(shù) TI、 TD、 KP 調用轉速調節(jié)器運算 保存運算結果 將實際轉速轉換成十進制， 送入顯示 RAM顯示 返回中斷 重新設定定時器 /計數(shù)器的 初值并啟動 重新設定定時器 /計數(shù)器的初值并啟動 N Y 5 系統(tǒng)的 MATLAB 仿真 本次系統(tǒng)仿真采用控制系統(tǒng)仿真軟件 ，使用 MATLAB對控制系統(tǒng)進行計算機仿真的主要方法有兩種 ： 一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎，使用 MATLAB的Simulink工具箱對其進行計算機仿真研究 ； 另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結構圖，使用 Power System工具箱進行調速系統(tǒng)仿真的新方法。本次系統(tǒng)仿真采用 前 一種方法。 系統(tǒng)的建 模與參數(shù)設置 結合本設計的特點，轉速負反饋的閉環(huán)直流調速系統(tǒng)原理框圖圖，如圖 51 圖 51無靜差直流閉環(huán)調速系統(tǒng)的框圖 下面我們將分別給出閉環(huán)調速系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)和閉環(huán)調速系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。 1．直流電機的傳遞函數(shù) 額定勵磁下他勵直流電機的等效電路如圖 52所示： 圖 52直流電動機等效電路 規(guī)定正方向如圖所示。假如主電路電流連續(xù)，則動態(tài)電壓方程為： EdtdILRIU ddd ???0 nCE e? （ 51） 忽略粘性摩擦及彈性轉矩，電動機軸上的動力學方程為： dtdnGDTTLe 3752?? 電磁轉矩 dme ICT ? （ 52） 式中 LT —— 包括電動機空載轉矩在內的負載轉矩（ ）。 2GD —— 電力拖動系統(tǒng)折算到電動機軸上的飛輪慣量（ ）。 mC —— 額定勵磁下電動機的轉矩系數(shù)（ ）， em CπC30? ，將上述微分方程式加以整理可得 )dtdITR (IEU dLdd ???0 dtdERTII mdLd ?? （ 53） 其中 L/RTL ? ————— 電磁時間常數(shù)； mem CCRGDT 375 2? ——— 電力拖動系統(tǒng)機電時間常數(shù)； mLdL /CTI ? ———— 過載電流（ A）。 在零初始條件下，將上面 的等式兩邊進行拉式變換，得 電壓與電流之間的傳遞函數(shù)： 110 ??? ST /RE (s )(s )U (s )I Ld d （ 54） 電流與電動勢間的傳遞函數(shù)： STR(s)I(s)I E(s) mdLd ?? （ 55） 根據(jù)上面兩式并考慮 eE/Cn? 即可得到額定勵磁下直流電動機得動態(tài)結構圖如圖53所示： 圖 53 額定勵磁下直流電動機得動態(tài)結構圖 前面的轉速負反饋單閉環(huán)調速系統(tǒng)總有靜差是因為電壓放大器為比例放大器，如果選用比例積分調節(jié)器（即 PI 調節(jié)器）， PI 調節(jié)器的輸出由兩個分量組成，一個是積分分量 dtUlKinp ?，它能隨時間對輸入信號的不斷積累，一個是比例分量 inpUK ，當 inU不為零時，積分作用將不斷作用下去，輸出積累上升，直到限幅最大值，當突加 inU時，相當于放大倍數(shù)為 pK 的比例調節(jié)器；一旦 0?inU ，輸出將保持在此時的數(shù)值上，極大的開環(huán)放大倍數(shù)能夠使系統(tǒng)基本無靜差，而穩(wěn)態(tài)時 PI 調節(jié)器的放大倍數(shù)是它本身的開環(huán)放大倍數(shù)。積分控 制可以使系統(tǒng)在偏差電壓為零時保持恒轉速運行，實現(xiàn)無靜差調速，因此，采用比例積分調節(jié)器的閉環(huán)調速系統(tǒng)是無靜差調速系統(tǒng)。 電機 Matlab 仿真 本次設計選用 直 流 電 動 機 的 額 定 參 數(shù) 直 流 電 動 機 的 額 定 參 數(shù) 22? , VUN 220? , AIN 10? , m in1480 r/nN ? , 30?sK .電動勢系數(shù)/rV/.C e m in13 60? .他勵電壓： VUf 220? .選取電 動機各參 數(shù)分別為 51? ， 50? ， ? ， ? , 20? ， a ? .分別以電動機電樞電壓 (t)Ua 和負載力矩 Md(t) 為輸入變量，以電動機的轉動速度為輸出變量，在 MATLAB 中建立電動機的數(shù)學模型。 在 MATLAB 命令窗口中輸入： Ra=。La=。Ka=。 Kb=。f=。Ja=。 G1=tf(Ka,[La Ra])。 G2=tf(1,[Ja f])。 dcm=ss(G2)*[G1,1]。 dcm=feedback(dcm,Kb,1,1)。 dcm1=tf(dcm) 運行結果為： Transfer function from input 1 to output: 10／ s^2 + 14 s + 43 RTmS 1Ce Ud0（ s） IdL（ s） n(s) E(s) － ＋ 1/1lRTS? Id（ s） Transfer function from input 2 to output: 50 s + 200／ s^2 + 14 s + 43 step(dcm(1))。 Transfer function from input 1 to output: 10 s^2 + 11 s + 11 Transfer function from input 2 to output: 50 s + 50 s^2 + 11 s + 11 step(dcm(1))。 得到電動機的傳遞函數(shù)： 1111/10su/s 2 ??? SS）（）（? 帶 PID 調節(jié)器的單環(huán)無靜差調速系統(tǒng)的靜態(tài)結構圖如圖 54 所示。 圖 54 無靜差調速系統(tǒng)的靜態(tài)結構圖 ＋ － － ＋ Ud △ Un Un* 1/Ce PID Ks ? Un IdR n(s) 系統(tǒng)基于 Matlab 中 Simulink 的結構圖 圖 55系統(tǒng)基于 Matlab中 Simulink的結構圖 圖 56仿真波形圖 系統(tǒng)仿真結果分析 結 束 語 本文所述的直流電機閉環(huán)調速系統(tǒng)是以單片微機 AT89S52 為核心的，采用單片機對電機實行調整在實際應用中有非常多的方法，本設計使用 PWM 軟件方法對電機實現(xiàn)的調速過程只需非常低的成本并且具有非常大的靈活性，它使單片機的效能得以最大化的發(fā)揮，相比于其他方法，如其他用硬件或者硬件與軟件相結合的方法實現(xiàn)對電機進行控制調整 的方法，使用 PWM 軟件方法對電機實現(xiàn)調速的這種方法對于簡易速度控制系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了一種非常有效的途徑。而在軟件方面，采用 PID 算法來確定閉環(huán)控制的補償量也是由數(shù)字電路組成的直流電機閉環(huán)調速系統(tǒng)所不能及的。 從控制的理論出發(fā)，帶 PI 調節(jié)器的單環(huán)無靜差調速系統(tǒng)，理論上是無差調速系統(tǒng)，單閉環(huán)系統(tǒng)的直流電機調速系統(tǒng)性能還有待提高，應用的范圍還是很有限的，用 Matlab 進行仿真從自控原理的角度出發(fā)判斷該閉環(huán)系統(tǒng)是否穩(wěn)定，這為參數(shù)的修改提供了理論依據(jù)。 參考文獻 [1] 陳伯時 .電力拖動自動控制系統(tǒng) — 運動控制系統(tǒng) [M].北京：機械工業(yè)出版社， 2020年 [2] 王兆安 .電力電子技術 [M]. 北京：機械工業(yè)出版社， 2020 年 [3]楊學昭，王東云 ..單片機原理、接口技術及應用（含 C51） [M].西安：西安電子科技大學出版社， 2020 年 [4] 陳渝光 .電氣自動控制原理與系統(tǒng) [M]. 北京：機械工業(yè)出版社， 2020 年 [7] 童詩白 .模擬電子技術基礎 [M]. 北京：高等教育出版社， 2020 年 [8] 康華光 .電子技術基礎數(shù)字部分 [M]. 北京：高等教育出版社， 2020 年 [10] 王海英，袁麗英，吳勃 .控制系統(tǒng)的 MATLAB 仿真與設計 [M]. 北京： 高等教育出版社， 2020 年 [11] 胡壽松 .自動控制原理簡明教程第二版 [M].北京：科學出版社， 2020 年 [12]陳國呈 .PWM 逆變技術及應用 [M].北京： 中國電力出版社， 2020 年 [13]馬忠梅 .單片機的 C語言應用程序設計 [M].北京： 北京航 天航空大學出版社， 2020年 [14]劉昌華 ， 易逵 .8051 單片機的 C 語言應用程序設計與實踐 [M]. 北京： 國防工業(yè)出版社 ， 2020 年 致 謝 這次畢業(yè)設計，凝結了很多人的心血，在此我表示由衷的感謝。沒有他們的幫助，我將無法順利完成這次設計。 首先，我要特別感謝梅楊老師對我的悉心指導，在 畢業(yè)設計期間曲老師指導我、幫助我收集文獻資料，理清設計思路，完善操作方法，并對我所做的設計提出有效的改進方案。老師淵博的知識、嚴謹?shù)淖黠L、誨人不倦的態(tài)度和學術上精益求精的精神讓我受益終生。作為