【正文】 整個的回路。此時直流電機正轉(zhuǎn)。在 HIN 為低電平期間，LIN 端輸入高電平，Q2 、Q3 導(dǎo)通，在直流電機上加反向工作電壓。其具體的操作步驟如下：當(dāng) IC1 的 LO 為高電平而 HO 為低電平的時候，Q2 導(dǎo)通且 Q1 截止。此時 Q2的漏極近乎于零電平，Vcc 通過 D1 向 C1 充電，為 Q1 的又一次導(dǎo)通作準備。同理可知，IC2 的 HO 為高電平而 LO 為低電平，Q3 導(dǎo)通且 Q4 截止，Q3 的漏極近乎于零電平，此時 Vcc 通過 D2 向 C3 充電，為 Q4 的又一次導(dǎo)通作準備。電源經(jīng) Q3 至電動機的負極經(jīng)過整個直流電機后再通過 Q2 到達零電位，完成整個的回路。此時，直流電機反轉(zhuǎn)。因此電樞上的工作電壓是雙極性矩形脈沖波形，由于存在著機械慣性的緣故，電動機轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速是由矩形脈沖電壓的平均值來決定的。設(shè) PWM 波的周期為 T，HIN 為高電平的時間為 t1，這里忽略死區(qū)時間，那么LIN 為高電平的時間就為 Tt1。HIN 信號的占空比為 D=t1/T。設(shè)電源電壓為V，那么電樞電壓的平均值為：Vout= [ t1 ( T t1 ) ] V / T= ( 2 t1 – T ) V / T= ( 2D – 1 )V18定義負載電壓系數(shù)為 λ，λ= Vout / V, 那么 λ= 2D – 1 ；當(dāng) T 為常數(shù)時，改變 HIN 為高電平的時間 t1，也就改變了占空比 D，從而達到了改變 Vout 的目的。D 在0—1 之間變化，因此 λ 在177。1 之間變化。如果我們聯(lián)系改變 λ，那么便可以實現(xiàn)電機正向的無級調(diào)速。當(dāng) λ= 時， Vout=0,此時電機的轉(zhuǎn)速為 0；當(dāng) λ1 時，Vout 為正，電機正轉(zhuǎn)；當(dāng) λ=1 時， Vout=V,電機正轉(zhuǎn)全速運行。圖 42PWM 控制電路19五、單片機小系統(tǒng)設(shè)計 主要芯片選擇．1 控制系統(tǒng)組成在詳細的系統(tǒng)分析、實用性、經(jīng)濟性分析的基礎(chǔ)上，選用了 MCS51 系列的 8051 單片機、8253 可編程定時器/計數(shù)器芯片、A\D 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 等組成。 高精度數(shù)字測速電路 光電編碼盤光電編碼盤是將測得的角位移轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的電脈沖信號輸出的數(shù)字傳感器，本設(shè)計采用增量式光電編碼器來采樣轉(zhuǎn)速信號。增量式編碼器是專門了用來測量轉(zhuǎn)動角位移的累計量。這里以三相編碼器為例來介紹增量式編碼器的工作原理及其結(jié)構(gòu)。增量式光電編碼器在圓盤上有規(guī)則地刻有透光和不透光的線條，在圓盤兩側(cè)安放發(fā)光元件和光敏元件。當(dāng)圓盤隨電機旋轉(zhuǎn)時，光敏元件接受的光增量隨透光線條同步變化，光敏元件輸出波形經(jīng)過整形后變成脈沖。碼盤上有向標志，每轉(zhuǎn)一圈 z 相輸出一個脈沖。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還提供相位相差 90176。的兩路脈沖信號。將 A、B 兩相脈沖中任何一相輸入計數(shù)器中，均可使計數(shù)器進行計數(shù)。編碼盤輸出的 z 相脈沖用于復(fù)位計數(shù)器，每轉(zhuǎn)一圈復(fù)位一次計數(shù)器。編碼盤的旋轉(zhuǎn)方向可以通過 D 觸發(fā)器的輸出信號 Q 來判斷。整形后的 A、B 兩相輸出信號分別接到 D 觸發(fā)器的時鐘端和 D 輸入端，D 觸發(fā)器的 CLK 端在 A相脈沖的上升沿觸發(fā)。由于 A、B 兩相的脈沖相位相差 90176。，當(dāng)電機正轉(zhuǎn)時，B 相脈沖超前 A 相脈沖 90176。，觸發(fā)器總是在 B 脈沖為高電平時觸發(fā)，這時 D觸發(fā)器的輸出端 Q 輸出為高電平。當(dāng)電機反轉(zhuǎn)時， A 相脈沖超前 B 相脈沖90176。，則 D 觸發(fā)器總是在 B 脈沖為低電平時觸發(fā)，這時 Q 輸出端輸出為低電平，由此確定電機的轉(zhuǎn)動方向。轉(zhuǎn)速檢測的精度和快速性對電機調(diào)速系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能影響極大。為了在較寬的速度范圍內(nèi)獲得高精度和快速的數(shù)字測速，本設(shè)計使用每轉(zhuǎn) 1024 線的光電20編碼器作為轉(zhuǎn)速傳感器，它產(chǎn)生的測速脈沖頻率與電機轉(zhuǎn)速有固定的比列關(guān)系，微機對該頻率信號采用 M/T 法測速處理。 M/T 法測速原理M/T 法測速原理是在對光電編碼器輸出的測速脈沖數(shù) m1 進行計數(shù)的同時對時鐘脈沖的個數(shù) m2 也進行計數(shù)。原理圖如下：圖 53 M/T 法測速原理圖 數(shù)字測速硬件電路圖 54 數(shù)字測速硬件電路圖數(shù)字測速硬件電路如圖所示。圖中 8253 的 0 號、1 號計數(shù)器分別對 m1m2 進行計數(shù)，D 觸發(fā)器 F1 用來使 m2 的計數(shù)與測速脈沖計數(shù)同步，由于 8253 為下降沿計數(shù)，故使用反向器 G，啟動測速和停止測速信號有 89C52 單片機的軟件向 口輸出， 口用于測速電路軟件輸出復(fù)位脈沖信號。21為實現(xiàn) m1 和 m2 同步計數(shù)，8253 的 0 號和 1 號計數(shù)器使用方式 2 工作。上電初始化進入這種方式后，可用 GATE 電平對計數(shù)過程進行監(jiān)控。當(dāng) 8051 單片機在原理圖上 s 點時刻向 口輸出高電平，發(fā)出啟動測速信號，即置GATE0 為高電平， 0 號測速脈沖計數(shù)器立即從初始值開始計數(shù)直至在原理圖上b 點時刻向 口輸出低電平，即發(fā)出停止測速信號，迫使計數(shù)過程停止。這樣從測速啟動點 s 到停止點 b 時間間隔內(nèi)，GATE0 為高電平，則輸入 8253 CLK0 端口的測速脈沖計數(shù)值即為 m1。在上圖中，時鐘計數(shù)器的 GATE1 與 D 觸發(fā)器輸出的 Q 端相接。當(dāng) 口輸出高電平開始測速后，要等隨后的第一個輸入測速脈沖上升沿進入 D 觸發(fā)器的觸發(fā)脈沖 CP 端，Q 才變?yōu)楦唠娖?，此?4MHZ 時鐘脈沖開始計數(shù)，相當(dāng)于原理圖中 a 點時刻。同樣當(dāng) 口輸出低電平停止測速，時鐘脈沖要等到圖中 c 點才停止計數(shù)，此時時鐘的計數(shù)值 m2 剛好是整 m1 個測速脈沖的時間間隔。 電流檢測電路電流檢測電路有霍爾電流傳感器（TA），兩級運算放大器和 A/D 轉(zhuǎn)換器組成。若電樞回路的兩匝穿過霍爾元件，則電動機的電樞電流與霍爾元件的輸出電流之比是 1000： 8 位單極性 A\D 將電流模擬反饋信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，輸入微型計算機。而直流調(diào)速系統(tǒng)是雙極性的，霍爾元件的輸出信號是和電樞電流線性對應(yīng)的雙極性弱電流信號。因此需要對霍爾元件輸出的信號進行轉(zhuǎn)換、濾波、放大。電路原理圖 （《微型計算機控制技術(shù)》P184 圖 616）。圖中 R1=50Ω ,霍爾元件所允許的負載電阻，R2=10kΩ。則霍爾元件輸出的電流信號 Im 線性地轉(zhuǎn)換為電壓信號 Um，Um 再經(jīng)過兩級運放放大和濾波后到達A\D 轉(zhuǎn)換器的輸入端口。電樞電流是雙極性的，變化范圍在 A 之，則α=255/(141(141))=255/282=圖中 CC2 為濾波電容，整個反饋通道濾波時間常數(shù)為 。22參考文獻[1]陳伯時. 電力拖動自動控制系統(tǒng)，機械工業(yè)出版社， 第 3 版[2]賴壽宏. 微型計算機控制技術(shù)，機械工業(yè)出版社，2022[3]楊寧. 單片機與控制技術(shù)，北京航空航天出版社，[4]李榮生. 電氣傳動控制系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo)，機械工業(yè)出版社，[5] William , . Modern Control Theory．NewJersey：PrenticeHall，[6] Leonhard of Electrical Verlag，[7] Kuo Control , 23附錄 附錄 1：電氣元部件明細表整流二極管 ZP100絕緣柵雙極晶體管熔斷器 ACR ASR IR2110 8253晶閘管 IR2110 集成芯片51 單片機 霍爾傳感器8279 4585 PWM2425附錄 2 protel 電路原理圖及總框圖電路原理圖26電路結(jié)構(gòu)