【導(dǎo)讀】直流電機(jī)作為最常見的一種電機(jī)，具有非常優(yōu)秀的線性機(jī)械特性、個領(lǐng)域中都得到了十分廣泛的應(yīng)用。作原理、運(yùn)行特性及其設(shè)計方法。制作了以SPCE061A與SPGT62C19B為核心芯。本設(shè)計主要研究直流電機(jī)的控制和測量方法，從而對電機(jī)的控制精。度、響應(yīng)速度以及節(jié)約能源等都具有重要意義。在軟件部分首先介紹了整體設(shè)計，畫出程序流程圖，接著詳細(xì)論述了軟件。實(shí)現(xiàn)方面的幾個問題。本系統(tǒng)的軟件設(shè)計，結(jié)構(gòu)合理功能完善，占用系統(tǒng)資源

　　

【正文】 針 獲 取 當(dāng) 前位 的 緩 沖 區(qū) 內(nèi) 容在 當(dāng) 前 位 上 顯 示 緩 沖區(qū) 中 的 內(nèi) 容位 指 針 處 于 最 后 一 位 ？位 指 針 指 向 下 一 位 位 指 針 指 向 第 一 位返 回YN 圖 44 LED數(shù)碼管顯示流程 直流電機(jī)控制和測速模塊 根據(jù) SPGT62C19B控制原理，只需利用單片機(jī) I/O端口向 SPGT62C19B的 I01和 I11引腳輸出不同占空比的 PWM信號即可控制電機(jī)以不同的速度轉(zhuǎn)動。雖然SPCE061A 具有兩路 PWM輸出功能，但這要占用 TimerA 和 TimerB 兩個定時器，浪費(fèi)了寶貴的定時器資源，因此這里采用軟件生成 PWM 的方法，利用 4KHz 時基中斷，改變 I/O 端口的 電平狀態(tài)，從而模擬出特定占空比的 PWM 波形。其流程如圖 65所示。 33 P W M 計 數(shù) 值 達(dá)到 預(yù) 置 數(shù) 值輸 出 低 電 平 輸 出 高 電 平P W M 計 數(shù) 值 加 1開 始返 回NY 圖 45 利用 4KHz 時基生成 PWM 電機(jī)測速工作也是利用 4KHz 時基中斷完成的。當(dāng)光柵轉(zhuǎn)盤的挖空部分經(jīng)過紅外對管時，與之連接的單片機(jī) I/O 口將輸入低電平；而光柵轉(zhuǎn)盤阻隔紅外對管時，該 I/O 口將輸入低電平。以 4KHz 為采樣頻率，檢測該 I/O端口的電平狀態(tài)并計數(shù)，即可通過一段時間內(nèi)的計數(shù)值計算出電機(jī)轉(zhuǎn)速。 34 開 始返 回檢 測 到 低 電 平測 速 計 數(shù) 值 加 1定 時 計 數(shù) 值 加 1到 達(dá) 定 時 時 間保 存 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速測 速 計 數(shù) 值 清 0定 時 計 數(shù) 值 清 0NNYY 圖 46 利用 4KHz 時基實(shí)現(xiàn)電機(jī)測速 利用 PID 算法實(shí)現(xiàn)調(diào)速 35 在直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，數(shù)字 PID 是一種比較成熟的算法。數(shù)字 PID算法的大致原理是，將設(shè)定速度與實(shí)際速度之間的偏差記為 e，利用 e 的比例、積分和微分通過線性組合構(gòu)成的控制量 U去控制對象。數(shù)字 PID算法的表達(dá)式如下： 其中 為第 k 個采樣時刻的速度偏差值。上式可演化為增量式數(shù)字 PID 算法表達(dá)式： 這樣，只需確定 Cp、 Ci和 Cd的值即可實(shí)現(xiàn)對 Uk 的控制。在本系統(tǒng)中， Uk可作為控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的 PWM 信號的占空比。 Cp、 Ci 和 Cd 可通過實(shí)際 測試調(diào)整獲得，經(jīng)實(shí)測，當(dāng) Cp=1/2， Ci=3/16， Cd=1/16 時，轉(zhuǎn)速波動幅度可控制在177。 1轉(zhuǎn) /秒以內(nèi)。為避免在程序中出現(xiàn)浮點(diǎn)運(yùn)算，這里將各參數(shù)值擴(kuò)大 16倍，最后將結(jié)果縮小為 1/16 再返回。其程序流程圖如下： 36 開 始返 回計 算 當(dāng) 前 速 度 偏 差 e 0套 用 P I D 公 式 計 算輸 出 值 U 0U 0 超 過 輸 出 上 限 U 0 等 于 輸 出 上 限U 0 低 于 輸 出 下 限 U 0 等 于 輸 出 下 限e 2 e 1e 1 e 0U 1 U 0YYNN 圖 47 PID 計算流程 主程序流程 主程序在系統(tǒng)初始化（初始化時鐘、中斷、變量等）之后，顯示默認(rèn)的電機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定值，并等待按鍵輸入。當(dāng)有鍵按下后，調(diào)用對應(yīng)的子程序，完成特 37 定的功能。其流程如下。 開 始系 統(tǒng) 初 始 化顯 示 當(dāng) 前 設(shè) 定 的 轉(zhuǎn) 速等 待 按 鍵K e y 1 按 下 ？K e y 2 按 下 ？K e y 3 按 下 ？調(diào) 用 轉(zhuǎn) 速 設(shè) 定 子 程 序調(diào) 用 方 向 設(shè) 定 子 程 序調(diào) 用 電 機(jī) 啟 動 子 程 序YYYNNN 圖 48 主程序流程圖 在轉(zhuǎn)速設(shè)定子程序中，數(shù)碼管閃爍顯示當(dāng)前設(shè)定轉(zhuǎn)速，并通過 Key1 和 Key2鍵對轉(zhuǎn)速進(jìn)行增減設(shè)置。 當(dāng)按下 Key3 后返回主程序。 38 開 始返 回閃 爍 顯 示 當(dāng) 前 轉(zhuǎn) 速 設(shè) 定 值等 待 按 鍵K e y 1 按 下 ？K e y 2 按 下 ？K e y 3 按 下 ？轉(zhuǎn) 速 設(shè) 定 值 加 2轉(zhuǎn) 速 設(shè) 定 值 減 2YYNNNY 圖 49 轉(zhuǎn)速設(shè)定子程序 方向設(shè)定子程序與轉(zhuǎn)速設(shè)定類似，數(shù)碼管顯示滾動的“ ”，滾動方向代表當(dāng)前設(shè)定的電機(jī)轉(zhuǎn)動方向。 Key1 與 Key2 鍵分別設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)動方向為“正轉(zhuǎn)”或“反轉(zhuǎn)”。按 Key3鍵返回主程序。 39 開 始顯 示 當(dāng) 前 轉(zhuǎn) 動 方 向等 待 按 鍵K e y 1 按 下 ？K e y 2 按 下 ？K e y 2 按 下 ？設(shè) 定 為 正 向 轉(zhuǎn) 動設(shè) 定 為 反 向 轉(zhuǎn) 動返 回YYNNNY 圖 410 方向設(shè)定子程序 40 電機(jī)啟動子程序控制電機(jī)按照設(shè)定的方式轉(zhuǎn)動。在轉(zhuǎn)動過程中可按 Key1和 Key2 鍵對轉(zhuǎn)速設(shè)定值進(jìn)行增減， Key3鍵使電機(jī)停止，并返回主程序。 41 開 始完 成 一 次 測 速顯 示 測 得 的 電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速調(diào) 用 P I D 子 程 序 ， 更新 電 機(jī) 速 度 等 級 設(shè) 定獲 取 按 鍵 值K e y 1 按 下 ？K e y 2 按 下 ？K e y 3 按 下 ？電 機(jī) 停 止 轉(zhuǎn) 動轉(zhuǎn) 速 設(shè) 定 值 加 2轉(zhuǎn) 速 設(shè) 定 值 減 2返 回NYYYNYNN 圖 411 電機(jī)啟動子程序 42 社會經(jīng)濟(jì)效益性分析 在電氣時代的今天，電動機(jī)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與人們?nèi)粘Ｉ钪卸计鹬种匾淖饔谩Ｖ绷麟姍C(jī)作為最常見的一種電機(jī)，具有非常優(yōu)秀的線性機(jī)械特性、較寬的調(diào)速范圍、良好的起動性以及簡單的控制電路等優(yōu)點(diǎn)，因此在社會的 各個領(lǐng)域中都得到了十分廣泛的應(yīng)用。本文設(shè)計的直流電機(jī)控制系統(tǒng)的整體方案，主要研究直流電機(jī)的控制和測量方法，從而對電機(jī)的控制精度、響應(yīng)速度以及節(jié)約能源等都具有重要意義，為進(jìn)一步研究和優(yōu)化直流電機(jī)控制方法提供基礎(chǔ) 目前，中國正在大力發(fā)展輕、重工業(yè)，而電機(jī)又是工業(yè)中必不可少的一個重要壞接，科技在進(jìn)步，各種新技術(shù)層出不窮，電機(jī)的控制技術(shù)也在日新月異的發(fā)生變化，而用最簡單的技術(shù)制造出最實(shí)用的直流電機(jī)控制系統(tǒng)是大家最為期待的，本設(shè)計就是在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生的，本設(shè)計課題有如下優(yōu)點(diǎn)： ，技術(shù)可行。 ，并且具有相當(dāng)?shù)膶?shí)際可操作性。 ，對直流電機(jī)控制實(shí)踐將起到一定的積極推動作用，并且其市場前景也極其廣闊，該項目的完成以及后續(xù)的推廣一定會有很好的經(jīng)濟(jì)效益。 綜上所述，該課題的研究具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的推廣前景，是個十分有意義的產(chǎn)品開發(fā)項目。 43 總結(jié) 本文設(shè)計了直流電機(jī)控制系統(tǒng)的整體方案， 闡述了該系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、運(yùn)行特性及其設(shè)計方法。制作了以 SPCE061A 與 SPGT62C19B 為核心芯片的控制、測量及顯示電路， 實(shí)現(xiàn)對普通直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速測量 ，利用 PID算法實(shí)現(xiàn) PWM 調(diào)速，并且通過 LED 顯示等功能， 各個控制部分簡潔明了，便于修改和調(diào)試。 本設(shè)計主要研究直流電機(jī)的控制和測量方法，從而對電機(jī)的控制精度、響應(yīng)速度以及節(jié)約能源等都具有重要意義。 本設(shè)計所做的具體工作如下： （ 1）本文深入分析了 直流電機(jī)及直流電機(jī)控制系統(tǒng)的工作 原理， 對該控制系統(tǒng)設(shè)置了 電機(jī) 轉(zhuǎn)速 及轉(zhuǎn)向的控制、轉(zhuǎn)速的測量、轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)、轉(zhuǎn)速數(shù)值的LED 顯示等功能，并對這些功能進(jìn)行了具體的分析設(shè)計。 （ 2） 在 硬件平臺幾個主要方面如： CPU 主系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集 和 開關(guān)量輸入輸出等進(jìn)行了設(shè)計和介紹。針對現(xiàn)在 電 機(jī)控制 系統(tǒng)的需求，使其適應(yīng) 電機(jī)控制 系統(tǒng)的發(fā)展，設(shè)計出了一套 適應(yīng)現(xiàn)代發(fā)展的直流電機(jī)控制 硬件模塊化方案。 （ 3）在軟件設(shè)計方面，采用模塊化的設(shè)計，使系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)清晰，易于理解，便于調(diào)試。 盡管在硬件和軟件設(shè)計上做了很大的努力，但由于時間有限以及自身水平的局限性 ， 本裝置還有一些地方可以繼續(xù)努力，如 該設(shè)計方案還可以繼續(xù)擴(kuò)展，在控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的同時，可以計量點(diǎn)擊的運(yùn)行溫度，進(jìn)行溫度預(yù)警、溫度顯示等功能。 這些都有待于今后繼續(xù)改進(jìn)和完善。 綜上所述，本文所提出和設(shè)計的直流電機(jī)控制方案經(jīng)分析達(dá)到了設(shè)計任務(wù)的要求。 44 致謝 值此論文完成之際，首先向我的導(dǎo)師 衣濤 老師致以最誠摯的感謝。在整個畢業(yè)設(shè)計階段， 衣 老師無論在學(xué)習(xí)和生活上都給了我極大的關(guān)心和支持， 他 淵博的學(xué)識、豐富的科研經(jīng)驗和無窮的人格魅力，使我得到了深深的教益和啟迪。 在此還要感謝電氣教研室所有關(guān)心和幫助過我的老師，在我學(xué)習(xí)和畢業(yè)設(shè)計過程中都給予了我巨大的幫助，使我受益匪淺。感謝學(xué)院為我們提供良好的學(xué)習(xí)條件。 最后，對一直關(guān)注、鼓勵、幫助我的家人、同學(xué)和朋友表示最誠摯的謝意 ！ 45 參考文獻(xiàn) 1 辜承林，陳喬夫，熊永前． 電機(jī)學(xué)．華中科技大學(xué)出版社， 2021： 3957 2 張琛．直流電動機(jī)原理及應(yīng)用 . 第二版．機(jī)械工業(yè)出版社， 2021： 1,26 3 趙良炳．現(xiàn)代電力電子技術(shù)基礎(chǔ)．清華大學(xué)電力電子工程研究中心， 1992 4 唐任遠(yuǎn)著．現(xiàn)代永磁電機(jī)理論與設(shè)計．機(jī)械工業(yè)出版社， 1997： 3, 5 冀溥等．永磁無刷直流電動機(jī)應(yīng)用概況．機(jī)械工業(yè)出版社， 2021： 32 6 曲家騏．展望 21 世紀(jì)的直流電動機(jī)．清華大學(xué)出版社， 1999： 41 7 白浩．直流電動機(jī)控制系統(tǒng)的研究成果 . 河北工業(yè)大學(xué)出版社， 2021： 3 8 舒 振杰．永磁無刷直流電動機(jī)實(shí)驗平臺的設(shè)計與實(shí)現(xiàn) . 浙江大學(xué)出版社，2021： 28 9 羅隆福，楊艷，方日杰．直流電動機(jī)中有待深入研究的主要問題．機(jī)械工業(yè)出版社， 2021 10 彭飛．直流電機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計 . 國防科技大學(xué)， 2021:3346,7890 11 袁析輝．永磁無刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)研究 .．華中科技大學(xué)， 2021 12 譚建成 . 電機(jī)控制專用集成電路．機(jī)械工業(yè)出版社， 1999： 118 13 趙良炳．電力電子技術(shù)基礎(chǔ)．清華大學(xué)出版社， 1995： 2 14 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