【正文】 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))。 G2=tf(1,[Ja f])。 Kb=。分別以電動(dòng)機(jī)電樞電壓 ua(t)和負(fù)載力矩 Md(t)為輸入變量，以電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度為輸出變量，在 MATLAB 中建立電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型。 電機(jī) Matlab 仿真 本次設(shè)計(jì)選用 直流電動(dòng)機(jī)的額定參數(shù) 直流電動(dòng)機(jī)的額定參數(shù) PN=、UN=220V、 IN=10A、 nN=1480 r/min， Ks= Ce=。 2GD —— 電力拖動(dòng)系統(tǒng)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪慣量（ N. 2m ）。本次系統(tǒng)仿真采用 前 一種方法。因此一般不用位置式 PID。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化 “ 超前 ” ，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。因此，比例 +積分 (PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。對一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡提速 N 轉(zhuǎn) 是 否 停止記數(shù) 讀計(jì)數(shù)器值 求出此時(shí)電機(jī)速度值 重裝記數(shù)初值 開始記數(shù) 返回 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 26 稱有差系統(tǒng)（ System with Steadystate Error） 。 比例（ P）控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。 PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè) 控制的主要技術(shù)之一。兩種中斷服務(wù)中，故障保護(hù)中斷優(yōu)先級別最高，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷級別次之。 內(nèi)部定時(shí)器 T0 溢出中斷設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)速測定為 M/T 式編碼盤測速，要通過測取給定時(shí)間內(nèi)的編碼盤輸出的脈沖數(shù)。響應(yīng)中斷后封鎖 PWM 輸出，使電機(jī)停轉(zhuǎn)。 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 22 主程序系統(tǒng)初始化鍵處理刷新顯示系統(tǒng)初始化設(shè)定定時(shí)器、 PW M 、數(shù)字測速工作方式參數(shù)及變量初始化設(shè)定 I/O 、通信接口及顯示、鍵盤工作方式返回?cái)?shù)據(jù)通信有鍵按下嗎？YN 圖 41 主程序流程圖 圖 42 初始化子程序 主程序主要完成鍵盤 /顯示芯片 827內(nèi)部定時(shí) /計(jì) 數(shù)器 T0、 T1 測速和變量的初始化。 while(1) { if(num==4) { PWM=~PWM。 } 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 21 void T0_timer() interrupt 1 { TH0=(65536500)/256。 TL0=(65536500)%256。 PWM 產(chǎn)生程序 include define uchar unsigned char uchar num。 N 隨著機(jī)型的不同而不同。我們采用了定頻調(diào)寬方式，因?yàn)椴捎眠@種方式，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比較穩(wěn)定；并且在產(chǎn)生 PWM 脈沖的實(shí)現(xiàn)上比較方便。 有時(shí)在數(shù)字 78 或 79 后面還有一個(gè) M或 L，如 78M12 或 79L24,用來區(qū)別輸出電流和封裝形式等，其中 78L 調(diào)系列的最大輸出電流為 100mA， 78M 系列最大輸出電流為 1A， 78 系列最大輸出電流為 。電路圖如圖 310： 圖 310 78 系列的電源電路 78XX,XX 就代表它所輸出的電壓值，能降低電壓 45V 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 19 電子產(chǎn)品中常見到的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的 78系列和負(fù)電壓輸出的 79系列。如上圖示。 A=0,為數(shù)據(jù) IRQ:中斷請求信號 SL0～ SL3: 矩陣掃描線 RL0～ RL7: 檢測輸入線 /BD: 顯示消隱信號 SHIFT: 擴(kuò)展鍵位的換檔信號 ,帶上拉電阻 CTRL/STB: 控制鍵輸入 /選通信號輸入 ,帶上拉電阻 采用 4*4 式鍵盤，分?jǐn)?shù)字部分和控制部分，如圖下表所示。 能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)按鍵的 ―去抖 ‖和重鍵處理 。如圖 12 所示。 CPU在忙于各項(xiàng)工作任務(wù)時(shí)，如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式。因此， M/T 法測速能適用的轉(zhuǎn)速范圍比較大，是目前廣泛應(yīng)用的一種測速方法。原理如圖 37： 圖 37 M/T法測速原理 測速時(shí)間 Td由測速脈沖來同步，即由圖 37電路實(shí)現(xiàn) Td等于整 m1個(gè)脈沖周期。則 D觸發(fā)器總是在 B脈沖為低電平時(shí)觸發(fā)，這時(shí)Q輸出端輸出為低電平，由此確定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。由于 A、 B兩相的脈沖相位相差 90176。將 A、B兩相脈沖中任何一相輸入計(jì)數(shù)器中，均可使計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。當(dāng)圓盤隨電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，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。 本設(shè)計(jì)采用增量式光電編碼器來采樣轉(zhuǎn)速信號，如圖 36所示。前者成為碼盤，后者稱碼尺．按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非接觸式兩種．接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸導(dǎo)電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“１”還是“ ０ ”；非接觸式的接受單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 14 敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時(shí)以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“１”還是“０”。 3）電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微震電流，能消除靜摩擦死區(qū)。這個(gè)交變電流的平均值等于零，不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，徒然增大電動(dòng)機(jī)的損耗這是雙極式控制的缺點(diǎn)。當(dāng)正脈沖較寬時(shí)， 2on Tt ?，單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 13 則 ABU 的平均值為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)正脈沖較窄時(shí)，則反轉(zhuǎn)；如果正負(fù)脈沖相等，2on Tt ? ，平均輸出電壓為零，則電動(dòng)機(jī)停止。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng) 0 ontt?? 時(shí)，晶體管 1VT 、 4VT 飽和導(dǎo)通而 3VT 、 2VT 截止，這時(shí) AB sUU? 。如果我們聯(lián)系改變 λ，那么便可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正向的無級調(diào)速。 HIN信號的占空比為 D=t1/T。其具體的操作步驟如下： 電源經(jīng) VT 3至電動(dòng)機(jī)的負(fù)極經(jīng)過整個(gè)直流電機(jī)后再通過 VT 2到達(dá)零電位，完成整個(gè)的回路。 在 HIN為高電平期間， VT VT 4導(dǎo)通，在直流電機(jī)上加正向的工作電壓。 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 11 H 橋雙極性主電路 從上面的原理可以看出，產(chǎn)生高壓側(cè)門極驅(qū)動(dòng)電壓的前提是低壓側(cè)必須有開關(guān)的動(dòng)作，在高壓側(cè)截止期間低壓側(cè)必須導(dǎo)通，才能夠給自舉電容提供充電的通路。但這本設(shè)計(jì)中 IGBT 仍然是本設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)的最理想器件。（ 3）較寬的低摻雜漂移區(qū)（ n區(qū)）能夠承受很高的電壓，因而可以實(shí)現(xiàn)高耐壓的器件。兩路匹配傳輸導(dǎo)通延時(shí)為 120ns，關(guān)斷延時(shí)為 94ns。 IR2110 的引腳圖以及功能 HOUBUsNcV c cC O MNCV SSLINSDH INV DDNCLO 圖 32 IR2110 管腳圖 IR2110 采用 HVIC 和閂鎖抗干擾 CMOS 工藝制作，具有獨(dú)立的高端和低端輸出通道；邏輯輸入與標(biāo)準(zhǔn)的 CMOS 輸出兼容；浮置電源采用自舉電路，其工作電壓可達(dá) 500V， du/dt=177。它把驅(qū)動(dòng)高壓側(cè)和低壓側(cè) MOSFET或 IGBT所需的絕大部分功能集成在一個(gè)高性能的封裝內(nèi)，外接很少的分立元件就能提供極快的功耗，它的特點(diǎn)在于，將輸入邏輯信號轉(zhuǎn)換成同相低阻輸出驅(qū)動(dòng)信號，可以驅(qū)動(dòng)同一橋臂的兩路輸出，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，工作電壓比較高，可以達(dá)到 600V，其內(nèi)設(shè)欠壓封鎖，成本低、易于調(diào)試?？删幊淌侵杆鼈兊墓ぷ鞣绞接芍噶顏碓O(shè)置，或者當(dāng)計(jì)數(shù)器用，或者當(dāng)定時(shí)器用，并且記數(shù)（定時(shí)）的范圍也可以由指令來設(shè)置。這些中斷每個(gè)中斷源都可以通過置位或清除特 殊寄存器 IE 中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常 規(guī)編程器。 如圖 22，通過單片機(jī)控制器產(chǎn)生 PWM 矩形波， PWM 矩形波經(jīng)過驅(qū)動(dòng)電路的放大對直流電機(jī) 進(jìn)行 PWM 控制，由速度傳感器對電機(jī)進(jìn)行測速，并將測得的速度反饋到輸入端即讓反饋信號與給定量進(jìn)行比較。 同開環(huán)控制系統(tǒng)相比，閉環(huán)控制具有一系列優(yōu)點(diǎn)。 定頻調(diào)寬法 是利用一個(gè)固定的頻率來控制電源的接通或斷開，并通過改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長短，即改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小，從而控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此， PWM 又被稱為“開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置”。 （ 2）調(diào)寬調(diào)頻法：保持不變，改變，從而改變周期（或頻率）。由 上式 可知，當(dāng)電源電壓不變的情況下，電樞的端電壓的平均值 為D maxV =V *D ， 因此 改變 占空比 D 就可以改變端電壓的平均值，從而達(dá)到調(diào)速的目的，這就是 PWM 調(diào)速原理。而軟件部分，是對硬件端口所體現(xiàn)的信號，加以采 集、分析、處理，最終實(shí)現(xiàn)控制器所要實(shí)現(xiàn)的各項(xiàng)功能，達(dá)到控制器自動(dòng)對電機(jī)速度的有效控制 。本系統(tǒng)以 AT89S52 單片機(jī)為核心，通過單片機(jī)控制， C 語言 編程實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)的平滑調(diào)速。 PWM 是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，從而改變負(fù)載兩端的電壓，進(jìn)而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。 系統(tǒng)方案 與分析 本文主要研究了利用 AT89S52 單片機(jī)，通過 PWM 方式來改變電壓的占空比實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)速度的控制。所以常用的控制方法是改變電樞端電壓調(diào)速的電樞電壓控法。直流電機(jī)模型見圖 11。需要能滿足生產(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng)各種不同的特殊運(yùn)行要求，從而對直流電機(jī)的調(diào)速提出了較高的要求，改變電樞回路電阻調(diào)速，改變電樞電壓調(diào)速等技術(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，這時(shí)通過 PWM 方式控制直流電機(jī)調(diào)速的方法應(yīng)運(yùn)而生。 目前，直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)走向?qū)嵱没?，伴隨著電子技術(shù)的高度發(fā)展，促使直流電機(jī)調(diào)速逐步從模擬化向數(shù)字化轉(zhuǎn)變，特別是單片機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，使直流電單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 2 機(jī)調(diào)速技術(shù)又進(jìn)入到一個(gè)新的階段，智能化、高可靠性已成為它發(fā)展的趨勢。 傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬元件，雖在一定程度上滿足了生產(chǎn)要求，但是因?yàn)樵菀桌匣驮谑褂弥幸资芡饨绺蓴_影響，并且線路復(fù)雜、通用性差，控制效果受到器件性能、溫度等因素的影響，故系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性及準(zhǔn)確性得不到保證，甚至出現(xiàn)事故。 在實(shí)際應(yīng)用中，電動(dòng)機(jī)作為把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的主要設(shè)備，一是要具有較 高的能量轉(zhuǎn)換效率；二是應(yīng)能根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求調(diào)整轉(zhuǎn)速。從控制的角度來看，直流調(diào)速還是交流拖動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。此外，本文中還采用了芯片 IR2110 作為直流電機(jī)正轉(zhuǎn)調(diào)速功率放大電路的驅(qū)動(dòng)模塊，并且把它與延時(shí)電路相結(jié)合完成了在主電路中對直流電機(jī)的控制。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以 采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。要求直流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍為 3050 轉(zhuǎn) /秒，實(shí)時(shí)測量電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速 ,并要求在 LED 數(shù)碼管上顯示出來。 論文作者簽名： 年 月 日 I 河南工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書 題目 單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)號 姓名 內(nèi)容及要求 ： 分析單片機(jī)對直流電機(jī)進(jìn)行速度測量應(yīng)用的基本原理，并用單片機(jī)產(chǎn)生 PWM波來控制直流電機(jī)的可逆調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)了對普通直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速測量和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。 論文作者簽名： 年 月 日 河南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 )原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的 論文，是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文的研究成果不包含任何他人創(chuàng)作的、已公開發(fā)表或者沒有公開發(fā)表的作品的內(nèi)容。 研究以單片機(jī) AT89S52 和 IR2110 控制的直流電機(jī)脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)。選擇可以構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)的方案、選擇所需器件和模塊、以及 IGBT 管組成橋式斬