【正文】 dcm1=tf(dcm) 運(yùn)行結(jié)果為： Transfer function from input 1 to output: 10／ s^2 + 14 s + 43 Transfer function from input 2 to output: 50 s + 200／ s^2 + 14 s + 43 RTmS 1Ce Ud0（ s） IdL（ s） n(s) E(s) － ＋ 1/1lRTS? Id（ s） 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 32 step(dcm(1))。 dcm=ss(G2)*[G1,1]。 G1=tf(Ka,[La Ra])。f=。Ka=。 在 MATLAB 命令窗口中輸入： Ra=。m2。 他勵(lì)電壓：220V。積分控制可以使系統(tǒng)在偏差電壓為零時(shí)保持恒轉(zhuǎn)速運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差調(diào)速，因此，采用比例積分調(diào)節(jié)器的閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是無(wú)靜差調(diào)速系統(tǒng)。 Cm—— 額定勵(lì)磁下電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩系數(shù)（ ／ A）， Cm＝ 30? Ce ，將上述微分方程式 加以整理可得 ()dL dIU d o E R Id T dt? ? ? LId Id? ＝ TmR dEdt （ 53） 其中 LT ＝ L／ R————— 電磁時(shí)間常數(shù)； Tm＝2375GDRCeCm——— 電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)； /LLId T Cm? ———— 過(guò)載電流（ A）。假如主電路電流連續(xù)，則動(dòng)態(tài)電壓方程為： ddIU do R Id L Edt? ? ? E Cen? （ 51） 忽略粘性摩擦及彈性轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)軸上的動(dòng)力學(xué)方程為： 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 30 2375L GD dnTe T dt?? 電磁轉(zhuǎn)矩 Te CmId? （ 52） 式中 LT —— 包括電動(dòng)機(jī)空載轉(zhuǎn)矩 在內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩（ ）。 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置 結(jié) 合本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋的閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖圖，如圖 51 圖 51無(wú)靜差直流閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的框圖 下面我們將分別給出閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)和閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。如圖 47 所示 . 圖 47 PID流 程圖 開 始 計(jì)算 NK存入 46H— 48H 計(jì)算 ANK存入 4CH— 4EH 計(jì)算 Δ NK存入 4CH— 4EH 計(jì)算 CBNK2存入 4FH— 51H 計(jì)算 ANK+BNK存入 4CH— 4EH 計(jì)算 BNK存入 4FH— 51H 取 Δ NK整數(shù) N 降速 N轉(zhuǎn) 更新 NK1,NK2 取 Δ NK整數(shù) N Δ NK0 提速 N轉(zhuǎn) 返 回 AT89C51 開始 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 28 圖 48 調(diào)速軟件系統(tǒng)框圖 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 存放計(jì)數(shù)器 T1中的值 是否計(jì)夠20次？ 累加 20次的計(jì)數(shù)值 計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)速 n=60M/ZTc 給出 PID運(yùn)算參數(shù) TI、 TD、 KP 調(diào)用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器運(yùn)算 保存運(yùn)算結(jié)果 將實(shí)際轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制， 送入顯示 RAM顯示 返回中斷 重新設(shè)定定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的 初值并啟動(dòng) 重新設(shè)定定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器的初值并啟動(dòng) N Y 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 29 5 系統(tǒng)的 MATLAB 仿真 本次系統(tǒng)仿真采用控制系統(tǒng)仿真軟件 ，使用 MATLAB對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的主要方法有兩種 ： 一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用 MATLAB的Simulink工具箱對(duì)其進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真研究 ； 另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖，使用 Power System工具箱進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)仿真的新方法。對(duì)三式稍作推導(dǎo)即得到下式。 將模擬的 PID 算式 ? ? ? ? ? ? ? ? 00p1Ktu udt tdTdtteTte t eDI??????? ??? ? (42) 用求和的方式代替積分；用增量的方式代替微分 .則可作如下近似 ktt? (k=0, 1 ,2,…… ..) ? ? ? ? ????? ??k0jk0jt0ejTjTetdtte (43) ? ? ? ? ? ?? ? T eeT TkekTedt t kk 11de ?????? 進(jìn) 行離散處理有 ? ?00 1kkDjkpk ueeTTeeKu ??????? ???? ??kjITT (44) 這便是增量式 PID 算式，由于它的每次輸出均與過(guò)去有關(guān)，計(jì)算時(shí)要對(duì) Ek進(jìn)行累加，故工作量大。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例 +微分 (PD)控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后 (delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。 微分（ D）控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入 “ 積分項(xiàng) ” 。 積分（ I）控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用 PID 控制技術(shù)最為方便。 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 24 圖 45 顯示子程序 選通個(gè)位 ? 是 否 選通個(gè)位 ? 是 否 選通個(gè)位 ? 是 否 選通個(gè)位 ? 是 否 顯示個(gè)位 顯示十位 顯示百位 顯示千位 返回 延時(shí) 延時(shí) 延時(shí) 分解速度值到顯示緩沖區(qū) 延時(shí) 顯示完畢 ? 否 是 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 25 圖 46測(cè)速子程序 數(shù)字 PID 控制器 PID 控制器原理 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的 調(diào)節(jié)器 控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡(jiǎn)稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。 鍵盤 /顯示模塊設(shè)計(jì) 鍵盤 /顯示模塊核心控制器件是 8279，由軟件設(shè)置為 8 字符顯示，左端送入，編碼掃描鍵盤，雙鍵互鎖，內(nèi)部時(shí)鐘頻率設(shè)置為 100KHz。 保 護(hù) 現(xiàn) 場(chǎng)讀 入 轉(zhuǎn) 速計(jì) 算 轉(zhuǎn) 速恢 復(fù) 現(xiàn) 場(chǎng)轉(zhuǎn) 速 調(diào) 節(jié)允 許 測(cè) 速中 斷 返 回 封 鎖 PWM輸 出分 析 ， 判 斷 故障 原 因顯 示 故 障等 待 系 統(tǒng) 復(fù) 位 圖 43 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷子程序框圖 圖 44故障保護(hù)中斷子程序框圖 當(dāng)故障保護(hù)引腳的電平發(fā)生跳變時(shí)申請(qǐng)故障保護(hù)中斷，而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)采用定時(shí)中斷。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 23 T0 用來(lái)定時(shí)， T1 用來(lái)計(jì)數(shù)， T0 和 T1 均工作 于 方式 1。讀取鍵值，按其實(shí)際功能進(jìn)行操作。 外部中斷 1 模塊設(shè)計(jì) 外部中斷 1 是鍵盤輸入中斷，高優(yōu)先級(jí)。當(dāng)電機(jī)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)向 CPU 申請(qǐng)中斷。 此程序共有 2 個(gè)中斷源：外部中斷 0，用于電機(jī)故障處理；外部中斷 1，用于鍵盤輸入處理。 初始化子程序 ——完成硬件器件工作方式的設(shè)定、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和變量的初始化等，如圖 42。 num=0。 } void main() { init()。 TL0=(65536500)%256。 TR0=1。 EA=1。 TH0=(65536500)/256。 sbit PWM=P1^0。 這樣，我們可以通過(guò)設(shè)定不同的定時(shí)初值 TW，從而改變占空比，進(jìn)而達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。在應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體的機(jī)型給出相應(yīng)的值。如果單片機(jī)的時(shí)鐘頻率為 f，定時(shí)器／計(jì)數(shù)器為 N 位，則定時(shí)器初值與定時(shí)時(shí)間的關(guān)系為 ： （ 41） 式中， TW— 定時(shí)器定時(shí)初值； N— 一個(gè)機(jī)器周期的時(shí)鐘數(shù)。 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 由于 PWM 信號(hào)軟件實(shí)現(xiàn)的核心是單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)器，而不同單片機(jī)的定時(shí)器具有不同的特點(diǎn)，即使是同一臺(tái)單片機(jī)由于選用的晶振不同，選擇的定時(shí)器工作方式不同，其定時(shí)器的定時(shí)初值與定時(shí)時(shí)間的關(guān)系也不同。 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 20 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) PWM 實(shí)現(xiàn) 方式 調(diào)脈寬的方式有三種：定頻調(diào)寬、定寬調(diào)頻和調(diào)寬調(diào)頻。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)在三端集成穩(wěn)壓電路上安裝足夠大的散熱器（當(dāng)然小功率的條件下不用）。該系列集成穩(wěn)壓 IC 型號(hào)中的 78 或 79 后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如 7806 表示輸出電壓為正 6V， 7909 表示輸出電壓為負(fù) 9V。故名思義，三端 IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。 電源電路采用 78 系列芯片產(chǎn)生 +5V、 +15V。 8279 與單片機(jī)、鍵盤和顯示器的外圍總接線如圖 39 示。 顯示器設(shè)計(jì) 采用共陰極的發(fā)光二極管構(gòu)成可以顯示 4 位十進(jìn)制的顯示器，運(yùn)行中顯示當(dāng)前的實(shí)際轉(zhuǎn)速值。數(shù)字部分用來(lái)輸入給定轉(zhuǎn)速，控制部分用來(lái)控制電機(jī)的運(yùn)行。 其引腳定義如下 : DB0～ DB7:雙向數(shù)據(jù)總線 /RD、 /WR:讀寫選 通信號(hào) /CS:片選信號(hào) RESET:復(fù)位信號(hào) CLK:時(shí)鐘信號(hào) A0:命令 /狀態(tài)或數(shù)據(jù)識(shí)別信號(hào) A=1,為寫命令或讀狀態(tài) 。 能以中斷或查詢兩種方式工作 。簡(jiǎn)單地說(shuō) ,它有以下一些功能 : 與微處理器接口簡(jiǎn)單 。它 是一種實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入和段式數(shù)碼顯示控制的專用智能芯片。 鍵盤 /顯示芯片 8279 簡(jiǎn)介 Intel 公司的 8279 是鍵盤 /顯示模 塊的核心控制器。鍵盤的工作方式的選取應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中 CPU工作的忙、閑情況而定。 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 16 這時(shí)，轉(zhuǎn)速計(jì)算公式修改為： 6 0 1 m2 2 m 2mfn Pm ?? 5 8 5 9 4 1＝ （ 36） 鍵盤及顯示電路 鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳誦命令等功能，是人工干預(yù)單片機(jī)的主要手段 .單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤掃描只是 CPU的工作內(nèi)容之一。 希望在低速獲得高精度測(cè)速值，于是利用光碼盤 A， B 兩相輸出在相位上互差 90176。設(shè)時(shí)鐘脈沖頻率為 f0，光電編碼器每轉(zhuǎn)發(fā)出 p個(gè)脈沖，則 電機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式為： n=(60*m1*f0)/(z*m2) (35) 由于 M/T 法的計(jì)數(shù)值 M1 和 M2 都隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化，高速時(shí)，相當(dāng)于 M法測(cè)速，最低速時(shí)， M1=1，自動(dòng)進(jìn)入 T 法測(cè)速。設(shè)從圖 37上 a點(diǎn)開始，計(jì)數(shù)器分