【正文】 驅(qū)動(dòng)電路的電流保持在正常 17 范圍內(nèi)，否則會(huì)燒壞電機(jī)和驅(qū)動(dòng)芯片。由于長(zhǎng)時(shí)間的強(qiáng)電流都會(huì)損耗驅(qū)動(dòng)芯片和電機(jī)，所以在選取 元器件的適合要充分考慮到其損耗 裕量，同時(shí)還要有必要的過流保護(hù)措施。 由于電機(jī)有額定的工作電流，為了防止電機(jī)因?yàn)檫^流而燒壞，這里需要一個(gè)過流保護(hù)裝置，這里用比較器 LM339 構(gòu)成。 由于 LMD18200電流檢測(cè)輸出引腳 8提供電流取樣信號(hào)，典型值為 377uA/A。取 LM339基準(zhǔn)電壓為 Ur=5V，可得 LMD18200 電流檢測(cè)輸出引腳 8 下拉電阻值 : R=100KΩ LM339 的輸出 Uo 接 MSP430F149 的 腳連接，以負(fù)跳變模式觸發(fā)。 當(dāng)電機(jī)過流時(shí)向 MSP430F149 發(fā)出中斷，從而單片機(jī)就會(huì)調(diào)用中斷服務(wù)程 序通過 關(guān)斷 LMD18200，從而達(dá)到過流保護(hù)的作用。電路圖如下所示： 圖 16： 過流保護(hù)模塊 反饋電路 反饋電路在系統(tǒng)的控制領(lǐng)域起到了核心的作用，正是由于實(shí)時(shí)的反饋機(jī)制才使系統(tǒng)運(yùn)行在可控的范圍內(nèi)，而作為反饋系統(tǒng)中的核心部件，反饋采集電路就顯得尤為重要了，它直接決定了反饋信息的精確度進(jìn)而影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性。 速度檢測(cè)電路 測(cè)速反饋電路采用一個(gè)增量式光電編碼器來反饋電動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。該光電編碼器由碼盤、檢測(cè)光柵、光電轉(zhuǎn)換電 路、機(jī)械部件等組成。當(dāng)碼盤隨著被測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí) ,檢測(cè)光柵不動(dòng) ,光線透過碼盤和檢測(cè)光柵上的縫隙照射到光電檢測(cè)器件 ,光電檢測(cè)器件就可以輸出 2組相位相差的信號(hào) ,通過檢測(cè) A,B 兩相的相位就可以判斷轉(zhuǎn)軸是正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn) ,通過記錄 A或 B相變化的次數(shù) ,就可以得出轉(zhuǎn)抽旋轉(zhuǎn)的次數(shù)。本設(shè)計(jì)中不需要檢測(cè)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向 ,故只需通過 MSP430F149 的捕捉功能 ,捕捉 A 相輸出脈沖的上升沿 ,從而記錄脈沖的個(gè)數(shù) ,本系統(tǒng)采用的是 M 法測(cè)速。具體的 M 法測(cè)速原理如下： cZTMn 160? （公式 2） 在一定的時(shí)間 Tc 內(nèi)測(cè)取旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù) M1，用以計(jì)算這段時(shí)間內(nèi)的平均 18 轉(zhuǎn)速，稱作 M 法測(cè)速。把 M1 除以 Tc 就可以得到旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖頻率 f1=M1/Tc。電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈共產(chǎn)生 Z個(gè)脈沖（ Z=倍頻系數(shù) *編碼器光柵數(shù)），把 f1 除以 Z 就得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 電流反饋電路 要實(shí)現(xiàn)電流的負(fù)反饋檢測(cè)，需要對(duì)電流進(jìn)行檢測(cè)，控制系統(tǒng)采用 CSM050AP 型的霍爾傳感器作為電流檢測(cè)器。 CSM050AP 傳感器將采樣的電流信號(hào)經(jīng)過精密采 樣電阻轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，然后經(jīng)過電壓調(diào)理電路將電壓信號(hào)調(diào)整為滿足 MSP430 的輸入要求，最后 MSP430 對(duì)ADC 口的調(diào)理信號(hào)進(jìn)行采樣。 MSP430F149 自帶了 12 位 AD 轉(zhuǎn)換器。 MSP430F149 通過 采樣直流電機(jī)的電流反饋值。 系統(tǒng)程序模塊 要實(shí)現(xiàn)速度反饋和電流反饋的精確控制，需要在控制系統(tǒng)中引入速度調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，組成電流負(fù)反饋控制環(huán)和速度負(fù)反饋控制環(huán)，其中電流反饋環(huán)為內(nèi)環(huán)，速度反饋環(huán)為外環(huán)。為了獲得良好的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能，電流環(huán)和速度環(huán)均采用 PI 調(diào)節(jié)器。速度環(huán) 根據(jù)給定速度與檢測(cè)到的實(shí)際速度差值，經(jīng)過速度 PI 調(diào)節(jié)器對(duì)相應(yīng)的差值進(jìn)行處理，處理的結(jié)果作為電流環(huán)的給定值；同樣電流調(diào)節(jié)器通過給定值與檢測(cè)值的差值比較，再通過電流 PI調(diào)節(jié)器處理差值，將差值按一定的算法輸出一定占空比的 PWM 波，該 PWM 波作為驅(qū)動(dòng)器的輸入信號(hào)。電機(jī)啟動(dòng)時(shí)電流環(huán)起決定作用，當(dāng)電機(jī)速度穩(wěn)定時(shí)速度環(huán)起主要作用。電流環(huán)的主要功能為：（ 1）啟動(dòng)過程的加速（ 2）對(duì)反拉時(shí)的電流保護(hù)（ 3）對(duì)電壓波動(dòng)時(shí)的抗干擾；速度環(huán)的主要功能為：（ 1）實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)無靜差（ 2）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用，（ 3）能對(duì)電流環(huán)進(jìn)行飽和非線性 控制 。具有系統(tǒng)流程框圖如下： 圖 17： 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)框圖 系統(tǒng)程序流程圖如下所示： 19 圖 18： 主程序流程圖 控制算法模塊 本系統(tǒng)中核心的算法模塊就是 PI 調(diào)節(jié)器模塊， PI 調(diào)節(jié)器是電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中最常用的一種控制器，在微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)中，當(dāng)采樣頻率足夠高時(shí)，可以先按模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器，然后再離散化，就可以得到數(shù)字控制器的算法，這就是模擬調(diào)節(jié)器的數(shù)字化。 目前流行的主要 PI調(diào)節(jié)器有位置式和增量式兩種算法，位置式的算法特點(diǎn)是比例部分只與當(dāng)前的偏差有關(guān)，而積分部分則是系統(tǒng)過去所有偏差的累積。；而增量式的算法特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)清晰， P 和 I 兩部分作用分明，參數(shù)調(diào)整簡(jiǎn)單明了，但需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)較多。 PI 調(diào)節(jié)器時(shí)域表達(dá)式可寫成 PIpi 1( ) ( ) ( ) d ( ) ( ) du t K e t e t t K e t K e t t?? ? ? ??? （公式 3） 其中 p piKK? 為比例系數(shù) 1IK ?? 為積分系數(shù) 將 43 離散化成差分方程， 其第 k 拍輸出為 20 II1sa mP I Psa mPI( ) ( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( 1 )kiu k K e k K T e i K e k kK e k K T e k k uu?? ? ? ?? ? ? ?? （公式 4） 其中 samT 為采樣周期 上述的差分方程為位置式算法。由式子很顯然看出，比例部分只與當(dāng)前的偏差有關(guān)，而積分部分則是系統(tǒng)過去所有偏差的累積。 PI 調(diào)節(jié)器程序框圖如圖 19 所示： 圖 19 ： PI算法子程序 本文所述的直流電機(jī)的精確定位系統(tǒng)是以系統(tǒng)資源豐富的 MSP430F149 為核心，通過微控芯片來實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)整又有許多途徑，相對(duì)于其他硬件或是硬件與軟件結(jié)合的調(diào)整方法，這里采用 PWM 波的處理方法來實(shí)現(xiàn)調(diào)速過程具有更大的靈活性和更低的成本，它能充分發(fā)揮主控芯片的效能，為系統(tǒng)的適用性提供了一種有效途徑。而在軟件控制方面，在認(rèn)真分析了系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)反饋系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型的前提下，為增加系統(tǒng)的控制性能，我們采用了目前廣泛流行的 PI控制理論算法。采用 PI算法來確定閉環(huán)控制的補(bǔ)償量也是純數(shù)字電路組成調(diào)速系統(tǒng)所不能及 的。 21 主要參考文獻(xiàn) [1]王少平，田慶安，昌現(xiàn)蘭 . 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