【正文】 Disp_Digit(4,28,kong)。Disp_Digit(4,44,s[0])。Disp_Digit(4,28,s[0])。Disp_Digit (4,52,s[n])。Disp_Digit (4,52,s[n])。) { left()。} left()。 left()。 For(flag=0,n=0。 If(flag==1)break。Disp_Digit (4,28,kong)。Disp_Digit (4,52,s[0])。Disp_Digit (4,28,s[0])。 36 Kii+=*n。 Delay12864(2500)。Disp_Digit(2,52,kong)。Disp_Digit(2,36,s[n])。Disp_Digit(2,36,s[n])。) { right()。} right()。 Delay12864(1000) right()。 Kii=0。 right()。 Set=0。Disp_Digit (2,52,s[n])。) { left()。} left()。 left()。 For(flag=0,n=0。 if(flag==1) break。 Delay12864(1000)。 Kpp+=10*n。 Delay12864(2500)。Disp_Digit (2,28,kong)。Disp_Digit (2,52,s[0])。Disp_Digit (2,28,s[0])。 Flag1=0。 Left()。 Left()。 right()。 right()。 left()。 left()。 left()。 33 right()。 right()。 right()。 left()。 left()。 left()。 right()。 left()。 //設(shè)置液晶顯示器 Clr_Scr()。 pwm1=0。 U0=200。 32 count=0。 Flag1=0。通過單片機(jī)的初始化設(shè)置 ,使其自動(dòng)發(fā)生 PWM脈沖波 ,只有在改變脈沖寬度時(shí) ,CPU才進(jìn)行干預(yù) ,該方法控制直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速簡單、可靠。 產(chǎn)生 PWM 脈沖的四種方法 ① 分立電子元件組成的 PWM 信號發(fā)生器這種方式是用分立的邏輯電子元件組成 PWM 信號電路 ,是較早采用的方法 ,可靠性、可調(diào)性較差 。如圖 所示： 圖 （ a） PWM 調(diào)速系統(tǒng)原理圖 29 圖 （ b） 圖 直流電機(jī) PWM 調(diào)速曲線 在脈沖作用下，當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，速度增加，電機(jī)斷電時(shí)，速度逐漸減少。 在 PWM 驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)速系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來接通和斷開 電源，并且根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長短，通過改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來達(dá)到改變平均電壓大小的目的，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 PWM 的意思是脈寬調(diào)節(jié) ,也就是調(diào)節(jié)方波高電平和低電平的時(shí)間比 ,一個(gè)20%占空比波形 ,會(huì)有 20%的高電平時(shí)間和 80%的低電平時(shí)間，而一個(gè) 60%占空比的波形則具有 60%的高電平時(shí)間和 40%的低電平時(shí)間 ,占空比越大 ,高電平時(shí)間越長 ,則輸出的 脈沖幅度越高 ,即電壓越高 。通 的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。 脈沖寬度調(diào)制（ PWM）是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。它根據(jù)本次采樣的數(shù)據(jù)與設(shè)定值進(jìn)行比較的出偏差 e(n)，對偏差進(jìn)行 P、 I、 D 運(yùn)算，最終利用運(yùn)算結(jié)果控制 PWM 脈沖的占空比來實(shí)現(xiàn)對加在電機(jī)兩端電壓的調(diào)節(jié)，進(jìn)而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。 直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的單片機(jī)控制軟件采用模塊化的程序結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)上，包括一個(gè)主循環(huán)體程序、鍵盤程序、顯示程序以及一些控制程序。而采用高級語言可以提高系統(tǒng)應(yīng)用程序的編寫效率，縮短產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間和周期。標(biāo)稱值為 的基準(zhǔn)電壓，以及 AVCC，都位于器件之內(nèi)。七路差分模擬輸入通道共享一個(gè)通用負(fù)端(ADC1), 而其他任何 ADC 輸入可做為正輸入端。 ADC 與一個(gè) 8 通道的模擬多路復(fù)用器連接，能對來自端口 A 的 8 路單端輸入電壓進(jìn)行采樣。 采樣方法 本設(shè)計(jì)采用增量式編碼器來采樣轉(zhuǎn)速信號，具體做法是 ：在電機(jī)軸上固定一 圓盤，且其邊緣上有 N個(gè)等分凹槽，在圓盤的一側(cè)固定一個(gè)發(fā)光二極管，其位置對準(zhǔn)凹槽處 ， 如圖 （ a） 所示，在另一側(cè)和發(fā)光二極管平行的位置上固定一個(gè)光敏三極管，如果電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)到凹槽處時(shí)，發(fā)光二極管通過縫隙將光照射到光敏三極管上，三極管導(dǎo)通，反之三極管截止，電路如圖 （ b） 所示，從圖中可以得出電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈在 PC3 的輸出端就會(huì)產(chǎn)生 N個(gè)低電平，這樣就可以根據(jù)低電平的數(shù)量來計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速了。 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。 絕對編碼器是直接輸出數(shù)字量的傳感器，在它的圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道，每條道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成，相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系，碼盤上的碼道數(shù)就是它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù)，在碼盤的一側(cè)是光源，另 23 一側(cè)對應(yīng)每一碼道有一光敏元件；當(dāng)碼盤處于不同位置時(shí)，各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號，形成二進(jìn)制數(shù)。在本設(shè)計(jì)中，用 鏈接鍵盤的列信號 L0L3，用 鏈接鍵盤行信號 H0H3。 行列式鍵盤的特點(diǎn)是：行線、列線分別接輸入線、輸出線，按鍵設(shè)置在行、 22 列線的交叉點(diǎn)上，每一行和每一列的交叉處不同，而是通過按鍵來聯(lián)通，利用這種矩陣結(jié)構(gòu)只需 m 跟行線和 n跟列線就可以組成 m n個(gè)按鍵的鍵盤，因此，矩陣式鍵盤適用于按鍵數(shù)量較多的場合。 根據(jù)按鍵開關(guān)與 CPU 的連接方式不同，鍵盤又可以分為獨(dú)立式和行列式兩大類。 當(dāng) λ =1 時(shí)， VOUT=V,此時(shí)電機(jī)全速運(yùn)行。 HIN 信號的占空比為 D=t1/T，設(shè)電源電壓為 V， 20 那么電樞低壓的平均值為： VOUT=[t1（ Tt1） ]V/T =(2t1T)V/T =(2D1)V 定義負(fù)載電壓系數(shù)為 λ ， λ =VOUT/V，那么 λ =2D1，當(dāng) T 為常數(shù)時(shí)，改變 HIN為高電平的時(shí)間 t1，也就改變了占空比 D，從而達(dá)到改變 VOUT的目 的， D 在 01之間變化，因此 λ 在 177。 同理， IC2 的 HO 為高電平而 LO 為低電平， Q3 導(dǎo)通且 Q4 截止， Q3 的漏極接近于零點(diǎn)平，此時(shí) VCC通過 D2 向 C3充電，為 Q4 的又一次導(dǎo)通做準(zhǔn)備。 在 HIN 為高電平期間， Q Q4 導(dǎo)通，在直流電機(jī)上加正向工作電壓，具體操作步驟如下： 當(dāng) IC1 的 LO 為低電平而 HO 為高電平的時(shí)候， Q2 被截止， C1 上的電壓經(jīng)過VB、 IC 內(nèi)部電路和 HO 端加在 Q1 的柵極上，從而使得 Q1導(dǎo)通，同理，此時(shí) IC2的 HO 為低電平而 LO 為高電平， Q3 截止， C3 上的電壓經(jīng)過 VB、 IC 內(nèi)部電路和HO端加在 Q4 的柵極上，從而使得 Q4 導(dǎo)通。 本設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電路采用了 IR2110 集成芯片，該集成電路具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力和保護(hù)功能。 AREF： A/D 的模擬基準(zhǔn)輸入引腳。 XTAL2：反向振蕩放 大器的輸出端。持續(xù)時(shí)間超過最小門限時(shí)間的低電平將引起系統(tǒng)復(fù)位。其輸出緩沖器具有對稱的驅(qū)動(dòng)特性，可以輸出和吸收大電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。作為輸入使用時(shí)，若內(nèi)部上拉電阻使能，端口被外部電路拉低時(shí)將輸出電流。ATmega16 具有一整套的編程與系統(tǒng)開發(fā)工具，包括： C 語言 編譯器、宏匯編、 程序調(diào)試器 / 軟件仿真器、仿真器及評估板。片內(nèi) ISP Flash 允許程序存儲(chǔ)器通過 ISP 串行接口，或者通用編程器進(jìn)行編程，也可以通過運(yùn)行于 AVR 內(nèi)核之中的引導(dǎo)程序進(jìn)行編程。這種結(jié)構(gòu)大大提高了代碼效率，并且具有比普通的 CISC 微控制器最高至 10 倍的 數(shù)據(jù)吞吐率。 圖 系統(tǒng)硬件分配圖 ATmega16 介紹 ATmega16 簡介 ATmega16是基于增強(qiáng)的 AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS微控制器。 系統(tǒng)組成 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)任務(wù)和要求，設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖如 所示。 PWM 調(diào)速有很多優(yōu)點(diǎn)，比如 PWM 開關(guān)頻率高、電流容易連續(xù)、諧波少、低速性能好、穩(wěn)速精度高、調(diào)速范圍 寬等。 電機(jī)控制電路的設(shè)計(jì) 方案一：采用晶閘管 —— 電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)（ VM）進(jìn)行控制。 （ 5）采用數(shù)字 PID 算法，利用軟件實(shí)現(xiàn)控制，具有更靈活、更節(jié)約硬件等優(yōu)點(diǎn)。 本系統(tǒng)主要有以下特點(diǎn)： （ 1）使用光電傳感器將電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為脈沖頻率，比較精確地反映出電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而與設(shè)定值進(jìn)行比較產(chǎn)生偏差，實(shí)現(xiàn)比例、積分、微分的控制，達(dá)到轉(zhuǎn)速無靜差調(diào)節(jié)的目的。 80%左右，速度設(shè)定值 無變化時(shí)控制誤差≤ 5%，勻變速時(shí)間可調(diào)； 4．在外負(fù)載變化時(shí)能調(diào)整轉(zhuǎn)速使之勻變速接近于設(shè)定值； 5．單片機(jī)的程序代碼采用 C 語言實(shí)現(xiàn)； 基于第二章中提出的問題解決方案和系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求， 設(shè)計(jì)思路如下： 本次設(shè)計(jì)主要是利用 PID 控制技術(shù)對直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，以 ATmega16 單片機(jī)為控制核心，產(chǎn)生占空比受 PID算法控制的 PWM脈沖實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，同時(shí)，利用光電傳感器將電機(jī)速度轉(zhuǎn)化成脈沖頻率反饋到單片機(jī) 中，構(gòu)成轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制系統(tǒng) ，達(dá)到轉(zhuǎn)速無靜差調(diào)節(jié)的目的。 8 第二章 問題的提出和解決方案 問題的提出 在 實(shí)際的生產(chǎn)過程中，電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)至關(guān)重要，要求電機(jī)按照給定的轉(zhuǎn)速來運(yùn)行，但受負(fù)荷 變化 和電壓波動(dòng) 等因素 影響，電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速和給定轉(zhuǎn)速會(huì)存在偏差，如果偏差較大， 會(huì) 對生產(chǎn)過程帶來很嚴(yán)重的后果。但在很多調(diào)速控制場合，直流電機(jī)仍是最佳選擇。 復(fù)勵(lì)電機(jī)的同一磁極有兩套勵(lì)磁繞組，一套繞組與電樞繞組并聯(lián) (或其他電源供給 )，另一套繞組與電樞繞組串聯(lián)。 自勵(lì)電動(dòng)機(jī) 自勵(lì)電機(jī)的勵(lì)磁繞組與電樞繞組連接，按連接方式不同又分為：并勵(lì)、串勵(lì)、復(fù)勵(lì)三種，如圖所示。勵(lì)磁方式是指勵(lì)磁線圈的供電方式。所以當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)， A、 x 兩個(gè)導(dǎo)體輪流交替地處于 N 極和 s極下時(shí)，導(dǎo)體中的電流將隨其所處磁極極性的改變而同時(shí)改變方向，從而使電磁轉(zhuǎn)矩的方向始終保持不變，使 電動(dòng)機(jī)持續(xù)旋轉(zhuǎn)。 直流調(diào)速技術(shù)已廣泛運(yùn)用于工業(yè)、航天領(lǐng)域的各個(gè)方面。 5 直流電動(dòng)機(jī)介紹 直流電機(jī)簡介 直流電動(dòng)機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置。因此我國直流電機(jī)調(diào)速也正向著脈寬調(diào)制（ pulse width modulation,簡稱PWM）方向發(fā)展。我國從 20世紀(jì) 60 年代初試制成功第一只硅晶閘管以來，晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。 在那些對電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的性能要求較高的場合（如數(shù)控機(jī) 床，工業(yè)縫紉機(jī)，磁盤驅(qū)動(dòng)器，打印機(jī)，傳真機(jī)等設(shè)備中，要求電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)精確定位，適應(yīng)劇烈負(fù)載變化），傳統(tǒng)的控制算法已難以滿足系統(tǒng)要求。其中，脈寬調(diào)制（ PWM）方法，變頻技術(shù)在直流調(diào)速和交流調(diào)速系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。正是這些技術(shù)的進(jìn)步使電動(dòng)控制技術(shù)在近二十年內(nèi)發(fā)生了很大的變化。例如，軍事和宇航方面的雷達(dá)天線，火炮瞄準(zhǔn)，慣性導(dǎo)航，衛(wèi)星姿態(tài)，飛船光電池對太陽得跟蹤等控制；工業(yè)方面的各種加工中心，專用加工設(shè)備，數(shù)控機(jī)床，工業(yè)機(jī)器人，塑料機(jī)械，印刷機(jī)械，繞線機(jī)，紡織機(jī)械，工業(yè)縫紉機(jī)，泵和壓縮機(jī)等設(shè)備的控制；計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和辦公設(shè)備中的各種磁盤驅(qū)動(dòng)器，各種光盤驅(qū)動(dòng)器，繪圖儀，掃描儀，打印機(jī)，傳真機(jī)，復(fù)印機(jī)等設(shè)備的控制；音像設(shè)備和家用電器中的錄音機(jī)，錄像機(jī)，數(shù)碼相機(jī)，洗衣機(jī)，冰箱，電扇等的控制。隨著微型計(jì)算機(jī)、超大規(guī)模集成電路、新型電子電力開關(guān)器件和新型傳感器的出現(xiàn)，以及自動(dòng)控 制理論、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的深入發(fā)展，直流電動(dòng)機(jī)控制 裝置 也 不斷向前發(fā)展。晶閘管變流裝置的放大倍數(shù)在 10000 以上，比機(jī)組 (放大倍數(shù) 10)高 1000 倍，比汞弧變流器 (放大倍數(shù) 1000)高 10 倍 ， 在響應(yīng)快速性上，機(jī)組是秒級，而晶閘管變流裝置為毫秒級。特別是它的系統(tǒng)快速響應(yīng)性是發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)不能比擬的。但缺點(diǎn)是效率低、機(jī)械特性軟、不能在較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以目前極少采用。本文對基于微機(jī)控制的雙閉環(huán)可逆直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行了較深入的研究，從直流調(diào)速系統(tǒng)原理出發(fā)，逐步建立了雙閉環(huán)直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，用微機(jī)硬件和軟件發(fā)展的最新成果，探討一個(gè)將微機(jī)和電力拖動(dòng)控制相結(jié)合的控制方法， 本文 重點(diǎn)對控制部分展開研究，它包括對實(shí)現(xiàn)控制所需要的硬件和軟件的探討，控制策略和控制算法的 2 探討等內(nèi) 容。而作為單