【正文】 別對 m1和 m2計(jì)數(shù)，到達(dá) b點(diǎn)，預(yù)計(jì)的測速時(shí)間 Tc到，微機(jī)發(fā)出停機(jī)指令，但因?yàn)?Tc不一定恰好等于整數(shù)個(gè)編碼輸出脈沖周期，所以計(jì)數(shù)器仍對時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，直到 c點(diǎn)時(shí)，可以利用下一個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖上升沿（即 c點(diǎn)）觸發(fā)數(shù)字測速硬件電路使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。 M/T 法測速原理 M/T法測速原理是在對光電編碼器輸出的測速脈沖數(shù) m1進(jìn)行計(jì)數(shù)的同時(shí)對時(shí)鐘脈沖 的個(gè)數(shù) m2也進(jìn)行計(jì)數(shù)。 轉(zhuǎn)速檢測的精度和快速性對電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能影響極大。當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)， A相脈沖超前 B相脈沖 90176。當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)， B相脈沖超前 A相脈沖 90176。整形后的 A、 B兩相輸出信號分別接到 D觸發(fā)器的時(shí)鐘端和 D輸入端， D觸發(fā)器的 CLK端在 A相脈沖的上升沿觸發(fā)。編碼盤輸出的 z相脈沖用于復(fù)位計(jì)數(shù)器，每轉(zhuǎn)一圈復(fù)位一次計(jì)數(shù)器。的兩路脈沖信號。碼盤上 有向標(biāo)志，每轉(zhuǎn)一圈 z相輸出一個(gè)脈沖。 圖 36 編碼器原理圖 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。增量式編碼器是專門了用來測量轉(zhuǎn)動(dòng)角位移的累計(jì)量。絕對式編碼器的每一個(gè)位置對應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關(guān)，而與測量的中間過程無關(guān)。 按照工作原理編碼器可分為增量式 和 絕對式兩種。 光電編碼器 編碼器是把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號的一種裝置。 4）低速平穩(wěn)性好，每個(gè)開關(guān)器件的驅(qū)動(dòng)脈沖仍較寬，有利于保證器件的可靠導(dǎo)通。 2）可使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行。但它也有好處，在電動(dòng)機(jī)停止時(shí)仍然有高頻微震電流，從而消除了正、反向時(shí)靜摩擦死區(qū)，起著所謂 ―動(dòng)力潤滑 ‖的作用。但電動(dòng)機(jī)停止時(shí)電樞電壓并不等于零， 而是正負(fù)脈寬相 等的交變脈沖電壓，因而電流也是交變的。 雙極式控制可逆 PWM 變換器的輸出平均電壓為 2 1o n o n o nd s st T t tU U UT T T? ??? ? ? ????? (34) 如果定義占空比 ontT?? ，電壓系數(shù) dsUU?? 則在雙極式可逆變換器中 8 2 7 9SL1+5VIRQC L KA0CSRDWRD 0 D 7C N T LS H I G TR E S E T1512 141311109876543210R L 3RL2RL1RL0S L 0SL2S L 3A03B 0 3驅(qū)動(dòng)器P0WRRDP 2 . 6A L EINT18 3 C 5 5 21KAT89S51 調(diào)速時(shí)， ? 的可調(diào)范圍 為 0～ 1 相應(yīng)的保 護(hù) 現(xiàn) 場讀 入 轉(zhuǎn) 速計(jì) 算 轉(zhuǎn) 速恢 復(fù) 現(xiàn) 場轉(zhuǎn) 速 調(diào) 節(jié)允 許 測 速中 斷 返 回 。電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)體現(xiàn)在驅(qū)動(dòng)電壓正、負(fù)脈沖的寬窄上。當(dāng) ont t T?? 時(shí)， 1VT 、 4VT截止，但 3VT 、 2VT 不能立即導(dǎo)通，電樞電流 di 經(jīng) 2VD 、 3VD 續(xù)流，這時(shí) AB sUU?? 。 OOOOU g1 U g4U g2 U g3U ABUsU sidid1id2 ttttton Tton T 圖 35 PWM 變換器的驅(qū)動(dòng)電壓波形 他們的關(guān)系是： 1 4 2 3g g g gU U U U? ? ? ? ?。 當(dāng) λ=， Vout=0,此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 0； 當(dāng) λ1時(shí)， Vout為正，電機(jī)正轉(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 12 當(dāng) λ=1時(shí)， Vout=V,電機(jī)正轉(zhuǎn)全速運(yùn)行。 1之間變化。設(shè)電源電壓為 V，那么電樞電壓的平均值為： Vout= [ t1 ( T t1 ) ] V / T = ( 2 t1 – T ) V / T = ( 2D – 1 )V (33) 定義負(fù)載電壓系數(shù)為 λ， λ= Vout / V, 那么 λ= 2D – 1 ；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)到了改變 Vout的目的。 設(shè) PWM波的周期為 T， HIN為高電平的時(shí)間為 t1，這里忽略死區(qū)時(shí)間，那么 LIN為高電平的時(shí)間就為 Tt1。此時(shí)，直流電機(jī)反轉(zhuǎn)。 在 HIN為低電平期間， LIN端輸入高電平， VT VT 3導(dǎo)通，在直流電機(jī)上加反向工作電壓。其具體的操作步驟如下： 電源經(jīng) VT 1至電動(dòng)機(jī)的正極經(jīng)過整個(gè)直流電機(jī)后再通過 VT 4到達(dá)零電位，完成整個(gè)的回路。 將 IC1的 HIN端與 IC2的 LIN端相連，而把 IC1的 LIN端與 IC2的 HIN端相連，這樣就使得兩片芯片所輸出的信號恰好相反。因此在這個(gè)電路中， VT VT4或者 VT VT 3是不可能持續(xù)、不間斷的導(dǎo)通的。 在計(jì)算出（或測出）最大電壓后，再留有 20%~30%的裕量， 選用的 IGBT 型號為 三菱 公司的 CT60AM18F，其耐壓值為 900V，最大峰值電流 30A，完全滿足設(shè)計(jì)要求。 IGBT 型號選擇：（ 1） IGBT 承受的正反向峰值電壓： Uirm﹦ VVU ??? （ 31） 考慮到 ，可選 IGBT 的電壓為 900V。雖然當(dāng) IGBT 關(guān)斷（柵極電壓降為 0）時(shí)， IGBT 的漏極電流也就相應(yīng)地不能馬上關(guān)斷，即漏極電流波形有一個(gè)較長時(shí)間的拖尾 ——關(guān)斷時(shí)間較長（ 10～ 50ms），所以 IGBT 的工作頻率較低。（ 4） IGBT 利用柵極可以關(guān)斷很大的漏極電流。（ 2） IGBT 的輸出電流和跨導(dǎo)都大于相同尺寸的功率 MOSFET。 IR2110 的腳 10 可以承受 2A 的反向電流。推挽式驅(qū)動(dòng)輸出峰值電流 ≥2A，負(fù)載為 1000pF 時(shí)，開關(guān)時(shí)間典型值為 25ns。50V/ns，在 15V下的靜態(tài)功耗僅有 ；輸出的柵極驅(qū)動(dòng)電壓范圍為 10～ 20V，邏輯電源電壓范圍為 5～ 15V，邏輯電源地電壓偏移范圍為－ 5V～＋5V。降低了產(chǎn)品成本和減少體積。高壓側(cè)驅(qū)動(dòng)采用外部自舉電容上電，與其他驅(qū)動(dòng)電路相比，它在設(shè)計(jì)上大大減少了驅(qū)動(dòng)變壓器和電容的數(shù)目，使得 MOSFET和 IGBT的驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)大為簡化，而且它可以實(shí)現(xiàn)對 MOSFET和 IGBT的最優(yōu)驅(qū)動(dòng)，還具有快速完整的保護(hù)功能。 芯片 IR2110 性能及特點(diǎn) IR2110是美國國際整流器公司利用自身獨(dú)有的高壓集成電路以及無閂鎖 CMOS技單片機(jī)控制直流電機(jī) PWM 調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 9 術(shù)，于 1990年前后開發(fā)并且投放市場的，是一種雙通道高壓、高速的功率器件柵極驅(qū)動(dòng)的單片式集成驅(qū)動(dòng)器。這種控制功能是通過定時(shí)器方式控制器 TMOD 來完成的。 16 位是指他們都是由 16 個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成，故最大計(jì)數(shù)模值為 1216? 。 IE 還包括一個(gè)中斷允許總控制位 EA，它能一次禁止所有中斷。 AT89S52 主要功能 擁有靈巧的 8 位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash 晶片內(nèi)部具時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz） 內(nèi)部程序存儲器（ ROM）為 8KB 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）為 256 字節(jié) 32 個(gè)可編程 I/O 口線 8 個(gè)中斷向量源 三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 三級加密程序存儲器 全雙工 UART 串行通道 AT89S52 引腳 圖 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 8 圖 31 單片機(jī)引腳圖 AT89S52 有 6個(gè)中斷源：兩個(gè)外部中斷 （ INT0 和 INT1），三個(gè)定時(shí)中斷（定時(shí)器 0、 2）和一個(gè)串行中斷。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52 為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。使用 Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。從而達(dá)到對直流電機(jī)的較為精確的控制。由于閉環(huán)系統(tǒng)的這些優(yōu)點(diǎn)因此選用閉環(huán)系統(tǒng)。在反饋控制系統(tǒng)中，不管出于什么原因（外部擾動(dòng)或系統(tǒng)內(nèi)部變化），只要被控制量偏離規(guī)定值，就會產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用去消除偏差。故采用方案一。 PWM 實(shí)現(xiàn)方式 方案一：采用定時(shí)器做為脈寬控制的定時(shí)方式，這一方式產(chǎn)生的脈沖 寬度極 其精確，誤差只在幾個(gè) us。目前，在直流電動(dòng)機(jī)的控制中，主要使用第 3 種方法。 （ 3）定頻調(diào)寬法：保持周期（ 或頻率）不變，同時(shí)改變、。以下是三種可改變占空比的方法： （ 1）定寬調(diào)頻法 :保持不變，改變，從而改變周期（或頻率）。 如圖所示： 圖 21 PWM 信號的占空比 根據(jù)上圖，如果電機(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為 maxV ，占空比為 D=1t /T，則電機(jī)的平均速度為： D maxV =V *D ，可見只要改變占空比 D，就可以得 到不同的電機(jī)速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。 占空比 D 表示了在一個(gè)周期里，開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間與周期的比值 ， 變化范圍為0≤ D≤1 。 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 4 總體硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖 圖 12 直流電機(jī) PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖 直 流電機(jī) 轉(zhuǎn)速檢測 反饋 LED顯示 鍵盤控制 PWM AT89S52 單片機(jī)（速度的測量計(jì)算、輸入設(shè)定及系統(tǒng)控制） 驅(qū)動(dòng)電路 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 5 2 PWM 脈寬調(diào)制原理 PWM 調(diào)速原理 PWM 脈沖寬度調(diào)制技術(shù)就是通過對一系列脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）的技術(shù)。硬件部分是前提，是整個(gè)系統(tǒng)執(zhí)行的基礎(chǔ)，它主要為軟件提供程序運(yùn)行的平臺。 本系統(tǒng)以單片機(jī)系統(tǒng)為依托，根據(jù) PWM 調(diào)速的基本原理，以直流電機(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)速為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速，并通過單片機(jī)控制速度的變化。因此， PWM 又被稱為 “ 開關(guān)驅(qū)動(dòng)裝置 ” 。在 PWM 驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個(gè)固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi) “ 接通 ” 和 “ 斷開 ” 時(shí)間的長短。 單片機(jī)直流電機(jī)調(diào)速簡介：單片機(jī)直流調(diào)速系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速。文章中采用了 通過編程實(shí)現(xiàn) PWM 信號 的發(fā)生，然后通過 IR2110來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。脈寬調(diào)速利用一個(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”。 電 樞控制是在勵(lì)磁電壓不變的情況下，把控制電壓信號加到電機(jī)的電樞上，以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。勵(lì) 磁控制法控制磁通，其控制功率雖然小但低速時(shí)受到磁場飽和的限制，高速時(shí)受 到換向火花和轉(zhuǎn)向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，而且由于勵(lì)磁線圈電感較大動(dòng)態(tài)響應(yīng)較 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 3 差。 圖 11 直流電動(dòng)機(jī)電路模型 不同勵(lì)磁方式的直流電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性曲線有所不同。根據(jù)左手定則可知，當(dāng)流過線圈中電流改變方向時(shí)，線圈的方向也將改變，因此通過改變線圈電路的方向?qū)崿F(xiàn)改變電機(jī)的方向。 直流電機(jī)調(diào)速原理 直流電機(jī)電路模型如圖 11 所示，磁極 N、 S 間裝著一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵磁圓 柱體，圓柱體的表面上固定著一個(gè)線圈。過載能力大 ,能承受頻繁的沖擊負(fù)載 ,可實(shí)現(xiàn)頻繁的無級快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn) 。 近年來，隨著科技的進(jìn)步，電力電子技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，直流電機(jī)得到 了越來越廣泛的應(yīng)用。由于單片機(jī)的體積小、重量輕、功能強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)、控制靈 活、應(yīng)用方便、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，計(jì)算機(jī)性能的不斷提高，單片機(jī)的應(yīng) 也更加廣泛特別是在各種領(lǐng)域的控制、自動(dòng)化等方面。 如今，直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制已經(jīng)離不開單片機(jī)的支持，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展促進(jìn)了自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，使人類社會步入了自動(dòng)化時(shí)代，單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)與其他學(xué)科領(lǐng)域交叉融合，促進(jìn)了學(xué)科發(fā)展和專業(yè)更新，引發(fā)了新興交叉學(xué)科與技術(shù)的不斷 涌現(xiàn)。而 以往直流電動(dòng)機(jī)的控制只是簡單的控制，很難進(jìn)行調(diào)速，不能 實(shí)現(xiàn)智能化。電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能 如何對提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和節(jié)省電能有著直接的決定性影響。采用單片機(jī)構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率。早期直流電動(dòng)機(jī)的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運(yùn)算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復(fù)雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、