【正文】 每個通道的占空比是通過各自。波形發(fā)生器（ WG）的每個信號都可獨(dú)立編程，具有很大的應(yīng)用靈活性。 80C196MC 單片機(jī)的特點(diǎn) 8XC196MC 單片機(jī)的最為顯著的特點(diǎn)就是具有一個波形發(fā)生器（ WG），它能產(chǎn)生三對完美的脈寬調(diào)制信號，因此特別適合于對交流電動機(jī)的控制，也能控制直流伺服電動機(jī)以及完成直流到交流的轉(zhuǎn)換。在閉環(huán)控制中， A/D 轉(zhuǎn)換器通常要占去幾十微秒，因而不利于快速控制。 80C196MC 具有四個一致的捕捉 /比較模塊和四個比較模塊，可分別設(shè)置成不同的工作方式。 80C196MC 還包括事件處理陣列 EPA 及外設(shè)處理服務(wù)功能 PTS。為防止同一橋臂上下兩個功率 MOSFET 同時導(dǎo)通造成短路， WFG 可通過編程設(shè)置逆變橋 MOSFET 工作時的死區(qū)互鎖時間。 CPU 可以通過改變其 PWM 信號的占空比來加以干預(yù)。 WFG 可以產(chǎn)生獨(dú)立的、互補(bǔ)的三對 PWM 波形，但它們有共同的載A / D???S / HMU X?? 0 / 1488 ?????????????T 2 C A R T??? 2??? 1ALU???????????????????????16 K ????????????? 2 ?? 62 PWM6 SPWM?????A / D ?? EPA ?? ????E X TIN T???????? / ??????????????????????C P U?????????基于 80C19 單片機(jī)伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)軟硬 件設(shè)計 17 波頻率、無信號時間和操作方式。這一外設(shè)裝置大大簡化了用于產(chǎn)生 PWM 波形的控制軟件和外部硬件。 80C196MC 的晶振頻率可達(dá)到 MHz16 ，其執(zhí)行速度很快，同時其內(nèi)部帶有 13 路 8位 /10 位的高速 A/D 轉(zhuǎn)換器及可柔性化變換的 8 位 /16 位總線結(jié)構(gòu)，有利于實現(xiàn)系統(tǒng)控制響應(yīng)的快速性。 80C196MC 的特殊功能寄存器 SFR 除了有 24 個在寄存器集低端外，其余大部分都位于存儲空間 1F00H－ 1FFFH。低 256 字節(jié)中的前 24 個字節(jié)為特殊功能寄存器 SFR。如圖 所示。同時，它是由 CHMOS 電路構(gòu)成，功耗低，并具有省電的工作方式，所以也適于集成于各種電路中長期使用，可靠性極高 [11][12]。 Intel8XC196MC 特別適合于電動機(jī) 等高速控制領(lǐng)域，在美國工業(yè)界受到了普遍的歡迎和重視。 80C196MC 單片機(jī)簡介 8XC196MC 單片機(jī)是美國著名的 Intel 公司推出的最新一代單片機(jī)。 圖 直流伺服電動機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖 圖 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)起動過程的轉(zhuǎn)速和電流波形圖 )( sW AS R )( sW A C R1?sTKssaa RsL ?1?? RJs1tKLTnU*nU*iUiUctU U?tK??aI?????)( )(sI sUai??? )( )(ssUnnOOttIdmIdLIdn* I IIIIIt4t3t2t1基于 80C19 單片機(jī)伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)軟硬 件設(shè)計 15 第 3 章 調(diào)速系統(tǒng)方案確定 無刷電機(jī)樣機(jī)參數(shù) 系統(tǒng)中三相直流伺服電動機(jī) 各參數(shù)為：額定功率 15WNP ? ，額定電流 ? ，額定電壓 24VNU ? ， 額定轉(zhuǎn)速 3000r/minNn ? ， 電機(jī)內(nèi)阻 ??， 繞組電感? ， 飛輪 力矩 2 5 25 10 N mGD ?? ? ?， 電動勢常數(shù) ? 。由于直流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性與有刷直流電機(jī)非常相似，所以其雙閉環(huán)起動過程與有刷直流電機(jī)也應(yīng)該類似。如果把它們之間的放大系數(shù) sK 看成常數(shù)， 又由于功率開關(guān)管裝置存在滯后作用，故功率開關(guān)管的觸發(fā)與整流裝置可以看成是一個具有純滯后的放大環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)可近似成一階慣性環(huán)節(jié)： （ ） 其動態(tài)結(jié)構(gòu)如圖 所示： 圖 功率開關(guān)管觸發(fā)和整流裝置動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 速度、電流的計算和檢測可以認(rèn)為是瞬時的，因此它們的放大系數(shù)也就是它們的傳)( sT L)( s?taa KRJsRsL ??? ? ))((1)( aat RsLK ?)( sU1?sTKss)( sU ct )( sU1)( )( ?? sT KsU sU s sct基于 80C19 單片機(jī)伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)軟硬 件設(shè)計 14 遞函數(shù)，即 （ ） （ ） 知道了各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù) 后，把它們按圖 所示在系統(tǒng)中的相互關(guān)系組合起來，就可以畫出直流伺服電動機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如圖 所示。 圖 直流伺服電動機(jī)動態(tài)等效結(jié)構(gòu)圖 上 圖中， aL — 為電樞電感 (H )， aR — 為電樞電阻 (? )； cT — 為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，包括電動機(jī)軸上輸出轉(zhuǎn)矩和恒定阻力轉(zhuǎn)矩 ( mN? )； tK — 為轉(zhuǎn)矩系數(shù)， ?R — 為阻力系數(shù)； ? — 為轉(zhuǎn)子機(jī)械角速度 ( srad/ )， J— 為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 ( 2mkg? )； 要控制功率開關(guān)管整流裝置總離不開控制觸發(fā)電路，因此在分析系統(tǒng)時往往把它們當(dāng)作一個環(huán)節(jié)來看待。 雙閉環(huán)控制系統(tǒng)動態(tài)數(shù)學(xué)模型 從圖 直流伺服電動機(jī)動態(tài)數(shù)學(xué)模型中可以看出，直流伺服電動機(jī)有兩個輸入量，一個是外加電壓信號 U ，另一個是負(fù)載轉(zhuǎn)矩 LT ；前者是控制輸入量，后者是擾動輸入量。 圖 直流伺服電動機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng) 圖 中 GT 為驅(qū)動控制裝置， V 為功率開關(guān)管， nU 、 *nU 分別為轉(zhuǎn)速給定電壓和轉(zhuǎn)速反饋電壓， iU 、 *iU 分別為電流給定電壓和電流反饋電壓。 為了改善直流伺服電動機(jī)控制系統(tǒng)的動態(tài)特性，就很有必要在速度負(fù)反饋單閉環(huán)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上再引入電流負(fù)反饋環(huán)來控制系統(tǒng)動態(tài)過程的電流和轉(zhuǎn)矩。 直流伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)控制系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實 現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，但又不能完全按照需要來控制動態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩，因而常在對動態(tài)性能要求不高的場合采用。在一些高、精、尖領(lǐng)域（如航空航天等），其對直流伺服電動機(jī)控制系統(tǒng)的性能要求可以說是相當(dāng)苛刻的。采用全控型器件的 PWM 調(diào)速系統(tǒng)，其脈寬調(diào)制電路的開關(guān)頻率很高 (可達(dá) 20K 以上 )，因此系統(tǒng)的頻帶寬、響應(yīng)速度 快、動態(tài)抗干擾能力強(qiáng) [25] 本系統(tǒng)是通過調(diào)節(jié)逆變器功率器件的 PWM觸發(fā)信號的占空比來改變輸入電機(jī)的平均電壓而實現(xiàn)調(diào)速的。 構(gòu)成直流斬波器的開關(guān)器件過去用的較多的是普通晶閘管，它們本身沒有自關(guān)斷能力，因而限制了斬波器的性能 。通過脈寬調(diào)制變換器進(jìn)行調(diào)制的方法又稱為 PWM（ Pulse width modulation)調(diào)制方法。 調(diào)節(jié)電樞電壓需要有專門的可控直流電源。降壓特性曲線的硬度不變，低速時由于負(fù) 載變化引起的轉(zhuǎn)速波動不大，靜態(tài)穩(wěn)定性好，調(diào)速范圍大；可以平滑地改變施于電動機(jī)的端電壓，從而使轉(zhuǎn)速平滑地調(diào)節(jié)，實現(xiàn)無極調(diào)速；電樞端電壓調(diào)速方法調(diào)節(jié)過程中能量損耗小。 調(diào)節(jié)電樞端電壓調(diào)速主要是從額定電壓往下降低電樞電壓，從電機(jī)額定轉(zhuǎn)速向下變速，屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法。直流伺服電動機(jī)定子繞組，相電勢幅值由下式確定： （ ） 式中 為電勢系數(shù)； 1N 為相繞組等效匝數(shù)； 若考慮線路損耗及電機(jī)內(nèi)部壓降（已歸入 ?R ），而且， ?120 導(dǎo)通型逆變器的輸出電壓幅值為 dUU 2/1? ，則電機(jī)電勢 E 與外加電壓相平衡， ，即 R1tC)( sU )( sT e)( sT L)( snSGD 23 75)( sI)( sE? ???eCLmm TsTKsUsTKsn ???? 1)(1)( 21nenn CNPfNE ????? 1602 1???1602 NPC ne ??dUEU 21??基于 80C19 單片機(jī)伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)軟硬 件設(shè)計 11 （ ） （ ） 式中 ?R 為回路等效電阻，包括電機(jī)兩相電阻和管壓降等效電阻。有刷直流電動機(jī)調(diào)速方法包括：改變電機(jī)主磁通調(diào)速 。 直流伺服電動機(jī)的調(diào)速方法 電勢和調(diào)速方法 由直流伺服電動機(jī)數(shù)學(xué)模型知，直流伺服電動機(jī)機(jī)械特性方程同一般有刷直流電動機(jī)機(jī)械特性方程在形式上完全一致。 在忽略轉(zhuǎn) 動時的粘滯系數(shù)的假設(shè)下，無刷電動機(jī)的運(yùn)動方程可寫為： （ ） ??????????????????????????????????????????????????????????????????cbacbacccbcabcbbbaacabaacbacbaeeeiiiPLLLLLLLLLiiiRcRbRauuu000000　　　　　　　? )( ccbbaane ieieiePT ???dtdJTT Le ???基于 80C19 單片機(jī)伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)軟硬 件設(shè)計 10 其中： LT 為電機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩； J 為電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量。 無刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)決定了在一個 ?360 電角度內(nèi)轉(zhuǎn)子的磁阻不隨轉(zhuǎn)子位置的變化而變化，并假定三相繞組對稱。相帶整距集中繞組，星形連接； 2．忽略齒槽效應(yīng)，繞組均勻分布于光滑定子表面； 3．轉(zhuǎn)子上沒有阻尼繞組，電機(jī)無阻尼作用； 4．磁路不飽和，忽略高次磁勢諧波的影響，忽略磁滯 、渦流的影響。為簡化數(shù)學(xué)模型的建立，在電機(jī)模型建立時，認(rèn)為電機(jī)氣隙是均勻的。而直接利用電動機(jī)原有的相變量來建立數(shù)學(xué)模型既簡單又能獲得較準(zhǔn)確的結(jié)果。 表 兩兩導(dǎo)通的導(dǎo)通順序表 時間（電角度）（ C? ） 0 60 120 180 240 300 360 導(dǎo)通順序 U V W V W U V BG1 導(dǎo)通 導(dǎo)通 BG2 導(dǎo)通 導(dǎo)通 BG3 導(dǎo)通 導(dǎo)通 BG4 導(dǎo)通 BG5 導(dǎo)通 導(dǎo)通 導(dǎo)通 BG6 導(dǎo)通 導(dǎo)通 直流伺服電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型 方波直流伺服電動機(jī)的主要特征是反電動勢為梯形波，包含有較多的高次諧波，這意味著定子和轉(zhuǎn)子的互感是非正弦的，并且直流伺服電動機(jī)的電 感為非線性。當(dāng)功率管 51 導(dǎo)通時，電流從 1Q 管流入 A 相繞組，再從 C 相繞組流出，經(jīng) 5Q 管回到電源。電角度。同時我們采用兩兩導(dǎo)通方式，所謂兩兩導(dǎo)通方式是指每一個瞬間有兩個功率管導(dǎo)通，每隔 1/6 周期（ 60176。 圖 三相全控橋兩兩導(dǎo)通電路 D1 D2 D3M1M6M2M4M3M5UQ3Q2Q1D4 D5 D6Q6Q5Q4L1L2 L3AB C基于 80C19 單片機(jī)伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)軟硬 件設(shè)計 8 在圖 中，電動機(jī)的繞組為星形聯(lián)結(jié)。三相半控電路的特點(diǎn)是簡單，一個功率開關(guān)控制 一相的通斷，每個繞組只通電 1/3 的時間，另外 2/3 時間處于斷開狀態(tài)，沒有得到充分的利用。因此，就可產(chǎn)生恒定的轉(zhuǎn)矩使直流伺服電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)起來。直流伺服電動機(jī)的運(yùn)行還需依靠轉(zhuǎn)子位置傳感器檢測出轉(zhuǎn)子的位置信號，通過換相驅(qū)動電路驅(qū)動與電樞繞組連接的各功率開關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，從而控制定子繞組的通電，在定子上產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 直流伺服電動機(jī)的工作原理 直流伺服電動機(jī)的工作原理有刷直流電機(jī)由于電刷的換向，使得由永久磁鋼產(chǎn)主的磁場與電樞繞組通電后產(chǎn)生的磁場在電機(jī)運(yùn)行過程中始終保持垂直從而產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。早期的直流伺服電動機(jī)的換向器大多由晶閘管組成，由于其關(guān)斷要借助于反電動勢或電流過零， 而且晶閘管的開關(guān)頻率較低，使得逆變器只能工作在較低頻率范圍內(nèi)。而各相繞組導(dǎo)通的順基于 80C19 單片機(jī)伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)軟硬 件設(shè)計 7 序和時間主要取決于來自位置傳感器的信號。 直流無刷電動機(jī)的電子換向電路是用來控制