【正文】 控制器流程圖數(shù)字PID控制算法可以分為位置式PID和增量式PID控制算法。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。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。Error）。with 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。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steadystate 比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。按鍵操作由終端導(dǎo)入，靜態(tài)顯示方式。兩種中斷服務(wù)中，故障保護(hù)中斷優(yōu)先級(jí)別最高，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷級(jí)別次之。T0定時(shí)50ms，單片機(jī)的時(shí)鐘頻率為12MHz，機(jī)器周期為1us， 中斷子程序模塊中斷服務(wù)子程序完成實(shí)時(shí)性強(qiáng)的功能，如故障保護(hù)、PWM生成、狀態(tài)檢測(cè)和數(shù)字PID調(diào)節(jié)等,中斷服務(wù)子程序由相應(yīng)的中斷源提出申請(qǐng)，CPU實(shí)時(shí)響應(yīng)。內(nèi)部定時(shí)器T0溢出中斷設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速測(cè)定為M/T式編碼盤測(cè)速，要通過測(cè)取給定時(shí)間內(nèi)的編碼盤輸出的脈沖數(shù)。當(dāng)鍵盤有輸入值時(shí)，8279向CPU申請(qǐng)中斷。響應(yīng)中斷后封鎖PWM輸出，使電機(jī)停轉(zhuǎn)。 中斷程序設(shè)計(jì)外部中斷0模塊設(shè)計(jì)外部中斷0是故障中斷，優(yōu)先級(jí)最高。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(cè)速和變量的初始化。 } }} 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)主程序——完成實(shí)時(shí)性要求不高的功能，完成系統(tǒng)初始化后，實(shí)現(xiàn)鍵盤處理、刷新顯示、與上位計(jì)算機(jī)和其他外設(shè)通信等功能，如圖41。 while(1) { if(num==4) { PWM=~PWM。 num++。}void T0_timer() interrupt 1{ TH0=(65536500)/256。 ET0=1。 TL0=(65536500)%256。void init(){ TMOD=0x01。 PWM產(chǎn)生程序includedefine uchar unsigned charuchar num。本設(shè)計(jì)中單片機(jī)采用12MZ的晶體振蕩器，故N為6。N隨著機(jī)型的不同而不同。因此，首先必須明確定時(shí)器的定時(shí)初值與定時(shí)時(shí)間的關(guān)系。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。當(dāng)穩(wěn)壓管溫度過高時(shí)，穩(wěn)壓性能將變差，甚至損壞。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。用78/79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少,電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路。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。 圖 39顯示器/鍵盤驅(qū)動(dòng)電路由于8279芯片有自動(dòng)分時(shí)掃描功能，所以它可與CPU同時(shí)工作，減輕CPU的負(fù)擔(dān)，而且接口方便，顯示穩(wěn)定，程序簡(jiǎn)單，可靠性高。如上圖示。0123456789取消確認(rèn)測(cè)速停車 圖38顯示器圖輸入給定轉(zhuǎn)速時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題：（1）轉(zhuǎn)速不足四位時(shí)，在前面加撥0湊夠四位；（2）轉(zhuǎn)速輸入錯(cuò)誤時(shí)，按取消鍵，顯示器清空，重新輸入值；（3）轉(zhuǎn)速輸入完成后，按確認(rèn)鍵。 A=0,為數(shù)據(jù) IRQ:中斷請(qǐng)求信號(hào)SL0～SL3: 矩陣掃描線 RL0～RL7: 檢測(cè)輸入線 /BD: 顯示消隱信號(hào) SHIFT: 擴(kuò)展鍵位的換檔信號(hào),帶上拉電阻 CTRL/STB: 控制鍵輸入/選通信號(hào)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。 能按FIFO(先進(jìn)先出)方式實(shí)現(xiàn)8個(gè)鍵值的 緩沖 常規(guī)情況下,能同時(shí)管理64個(gè)物理鍵和16個(gè)八段數(shù)碼管。 能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)按鍵的“去抖”和重鍵處理。采用該芯片,可以大大簡(jiǎn)化單片機(jī)控制系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì),并且減輕CPU的負(fù)擔(dān)。如圖12所示。其原則是既要保證能及時(shí)響應(yīng)按鍵操作，又要不過多占用CPU的工作時(shí)間。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。的二路脈沖經(jīng)異或門二倍頻再送入m1的計(jì)數(shù)器。因此，M/T法測(cè)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(cè)速方法。這樣，m2代表了m1個(gè)測(cè)速脈沖周期的時(shí)間。原理如圖37：圖37 M/T法測(cè)速原理測(cè)速時(shí)間Td由測(cè)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。為了在較寬的速度范圍內(nèi)獲得高精度和快速的數(shù)字測(cè)速，本設(shè)計(jì)使用每轉(zhuǎn)1024線的光電編碼器作為轉(zhuǎn)速傳感器，它產(chǎn)生的測(cè)速脈沖頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速有固定的比列關(guān)系，微機(jī)對(duì)該頻率信號(hào)采用M/T法測(cè)速處理。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。觸發(fā)器總是在B脈沖為高電平時(shí)觸發(fā)，這時(shí)D觸發(fā)器的輸出端Q輸出為高電平。由于A、B兩相的脈沖相位相差90176。編碼盤的旋轉(zhuǎn)方向可以通過D觸發(fā)器的輸出信號(hào)Q來判斷。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)。此外，為判斷旋轉(zhuǎn)方向，碼盤還提供相位相差90176。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。這里以三相編碼器為例來介紹增量式編碼器的工作原理及其結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用增量式光電編碼器來采樣轉(zhuǎn)速信號(hào)，如圖36所示。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。 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(hào)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(rùn)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 (34)如果定義占空比，電壓系數(shù)則在雙極式可逆變換器中調(diào)速時(shí)，的可調(diào)范圍為0～1相應(yīng)的。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)時(shí)，、截止，但、不能立即導(dǎo)通，電樞電流經(jīng)、續(xù)流，這時(shí)。圖35 PWM變換器的驅(qū)動(dòng)電壓波形他們的關(guān)系是：。當(dāng)λ=，Vout=0,此時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速為0；λ1時(shí)，Vout為正，電機(jī)正轉(zhuǎn)；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(hào)恰好相反。因此在這個(gè)電路中，VTVT4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(cè)出）最大電壓后，再留有20%~30%的裕量，選用的IGBT型號(hào)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(hào)選擇：（1）IGBT承受的正反向峰值電壓：Uirm﹦ （31）　　，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(zhǎng)時(shí)間的拖尾——關(guān)斷時(shí)間較長(zhǎng)（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，；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(jiǎn)化，而且它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(guó)國(guó)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技術(shù)，于1990年前后開發(fā)并且投放市場(chǎng)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?？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。 AT89S52內(nèi)部具有看門狗定時(shí)器及3個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。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。與MCS51單片機(jī)產(chǎn)品兼容；8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器；1000次擦寫周期；全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz；三級(jí)加密程序存儲(chǔ)器；32個(gè)可編程I/O口線；三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器；八個(gè)中斷源；全雙工UART串行通道；低功耗空閑和掉電模式；掉電后中斷可喚醒；看門狗定時(shí)器；雙數(shù)據(jù)指針；掉電標(biāo)識(shí)符。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。單片機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)電路直流電機(jī)光電編碼器r被控量y給定量+速度反饋PWM矩形波 圖22直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)原理圖3硬件部分：AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲(chǔ)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(duì)直流電機(jī)進(jìn)行PWM控制，由速度傳感器對(duì)電機(jī)進(jìn)行測(cè)速，并將測(cè)得的速度反饋到輸入端即讓反饋信號(hào)與給定量進(jìn)行比較。因此，它具有抑制干擾的能力，對(duì)元件特性變化不敏感，并能改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性。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)。方案二：采用軟件延時(shí)方式，這一方式在精度上不及方案一，特別是在引入中斷后，將有一定的誤差。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(zhǎng)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”。 前2種方法由于在調(diào)速時(shí)改變了控制脈沖的周期（或頻率），當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時(shí)，將會(huì)引起振蕩，因此應(yīng)用較少。 （2）調(diào)寬調(diào)頻法：保持不變，改變，從而改變周期（或頻率）。 PWM 調(diào)速方法在PWM調(diào)速時(shí)，占空比是一個(gè)重要參數(shù)。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，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。下式是占空比計(jì)算公式：式中t1表示一個(gè)周期內(nèi)開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間，T表示一個(gè)周期的時(shí)間。而軟件部分，是對(duì)硬件端口所體現(xiàn)的信號(hào)，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(duì)電機(jī)速度的有效控制。本文所研究的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)主要是由硬件和軟件兩大部分組成。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(duì)直流電機(jī)的平滑調(diào)速。通過改變直流電機(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。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。利用光電編碼器測(cè)得電機(jī)速度，把電壓信號(hào)反饋給單片機(jī)，在內(nèi)部進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出控制量完成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速控制。 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。在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛使用其中脈寬調(diào)制(PWM)應(yīng)用更為廣泛。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。但是對(duì)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速有以下公式： n=U/CcT