【正文】 態(tài)決定于短路馬達(dá)所用的器件。功能介紹：剎車時(shí)，輸出驅(qū)動(dòng)電流方向見表1。功能描述：轉(zhuǎn)向時(shí)，該腳控制輸出1 與輸出2（腳10）之間電流的方向，從而控制馬達(dá)旋轉(zhuǎn)的方向。2） 10腳：H橋輸出端。圖33LMD18200外形結(jié)構(gòu)圖 LMD18200 Overall structure圖34 LMD18200內(nèi)部框圖Fig 34 LMD18200 Internal block diagram各引腳名稱如下詳細(xì)介紹：1） 11腳：橋臂1，2的自舉輸入電容連接端。它將4個(gè)DMOS管構(gòu)成的H橋及其控制邏輯電路均包含在1 個(gè)11引 腳的T220封裝中，其功能：額定電流3A，峰值電流6A；電源電壓55 ,TTL和CMOS兼容的控制信號(hào)輸入；內(nèi)含防橋臂單側(cè)直通電路；芯片過熱報(bào)警輸出和自動(dòng)關(guān)斷。它有11個(gè)引腳,采用TO220和雙列直插式封裝。（一）.主要性能 (1).峰值輸出電流高達(dá)6A， (2).連續(xù)輸出電流達(dá)3A； (3).工作電壓高達(dá)55V； (4).TTL/CMOS兼容電平的輸入； (5).無 “shootthrough” 電流； (6).具有溫度報(bào)警和過熱與短路保護(hù)功能； (7).芯片結(jié)溫達(dá)145℃，結(jié)溫達(dá)170℃時(shí)，芯片關(guān)斷； (8).具有良好的抗干擾性。同一芯片上集成有CMOS控制電路和DMOS功率器件，利用它可以與主處理器、電機(jī)和增量型編碼器構(gòu)成一個(gè)完整的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。此電路和以上幾種驅(qū)動(dòng)電路比較具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)功率大，穩(wěn)定性好，實(shí)現(xiàn)方便，安全可靠。由LMD18200組成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路如圖32所示。考慮到上述等諸多因素，在設(shè)計(jì)中選擇美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司推出的專用于直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的H橋組件LMD18200,該芯片上集成有CMOS控制電路和DMOS功率器件。要根據(jù)系統(tǒng)的性能、指標(biāo)、功率及工作頻率等來設(shè)計(jì)合適的驅(qū)動(dòng)電路。4)驅(qū)動(dòng)電路損耗要小，電路盡可能簡(jiǎn)單可靠，還常采取必要的隔離措施。3)關(guān)斷瞬時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)提供足夠的反向基極驅(qū)動(dòng)，以迅速抽出基區(qū)的剩余載流子，并加反偏截止電壓，使集電極電流迅速下降以減少下降時(shí)間。2)功率管導(dǎo)通期間，驅(qū)動(dòng)電路提供的基極電流在任何負(fù)載情況下都能保證功率管處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，使功率管的飽和壓降較低，以保證低的導(dǎo)通損耗。三相整流電路如圖31所示。但是在此還是簡(jiǎn)單的下整流電路為大功率電機(jī)的供電提供了理論方法。從原理圖上可看到，在這個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，整個(gè)電路可以分為三相整流電路、PWM驅(qū)動(dòng)電路、轉(zhuǎn)速和電流檢測(cè)電路、與上位機(jī)通信電路以及鍵盤和顯示電路五個(gè)單元，下面就分別對(duì)每一個(gè)單元電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。該方案的主要不足是設(shè)計(jì)電路相對(duì)比較復(fù)雜，以軟件編程為代價(jià)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。本方案的優(yōu)點(diǎn)是選用了簡(jiǎn)單的處理器，資源得到了充分的利用，不會(huì)造成太大的浪費(fèi)，成本比較低。由于該單片機(jī)沒有專門的PWM輸出模塊所以要設(shè)計(jì)專門的PWM控制電路，需要選擇一個(gè)分辨率滿足系統(tǒng)要求的A/D轉(zhuǎn)換器以及對(duì)速度檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼蔚?。軟件設(shè)置空閑和省電功能 (18)低功耗空閑和省電模式 (16)時(shí)鐘頻率024MHz (12)12k可反復(fù)擦寫(1000次）ISP Flash ROM (10)看門狗（WDT）電路 (8)2個(gè)外部中斷源 (6) 3個(gè)16位可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器 (4) 兼容MCS51指令系統(tǒng) (2) AT89S53具有如下特點(diǎn)：40個(gè)引腳，12k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲(chǔ)器，256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）口，6個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)2層中斷嵌套中斷，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器。 AT89S53微控制器芯片簡(jiǎn)介AT89S53是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含12k Bytes ISPD(Insystem programmable Downloadable)串行編程可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S53可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。通過軟件編程，進(jìn)行邏輯判斷和復(fù)雜運(yùn)算，可以實(shí)現(xiàn)不同于一般線性調(diào)節(jié)的最優(yōu)化、自適應(yīng)、非線性、智能化等控制規(guī)律，更改起來靈活方便。在圖中可以看出，運(yùn)用了微處理器的系統(tǒng)，在結(jié)構(gòu)上得到了很大的簡(jiǎn)化，這樣可以使制作成本降低。 數(shù)字式雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)介 圖25 采用微處理器后的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)框圖 microprocessor using the doubleloop speed control system block diagram DC 由于模擬控制系統(tǒng)存在一些缺點(diǎn)，并且隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是在計(jì)算機(jī)控制技術(shù)方面，使得運(yùn)用微型計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)成為可能，并且可以達(dá)到比模擬控制系統(tǒng)更優(yōu)的控制效果。（三）兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用1).轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用（1）使轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)無靜差；（2）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用；（3）其輸出限幅值決定允許的最大電流。由于電網(wǎng)電壓擾動(dòng)被包圍在電流環(huán)之內(nèi)，當(dāng)電壓波動(dòng)時(shí)，可以通過電流反饋得到及時(shí)的調(diào)節(jié)，不必等到影響到轉(zhuǎn)速后，才在系統(tǒng)中起作用。電網(wǎng)電壓擾動(dòng)的作用點(diǎn)離被調(diào)量更遠(yuǎn)，它的波形先要受到電磁慣性的阻撓后影響到電樞電流，再經(jīng)過機(jī)電慣性的滯后才能反映到轉(zhuǎn)速上來，等到轉(zhuǎn)速反饋產(chǎn)生調(diào)節(jié)作用，已經(jīng)太晚。負(fù)載擾動(dòng)作用在被調(diào)量n的前面。在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，電網(wǎng)電壓擾動(dòng)和負(fù)載電流擾動(dòng)都作用在被負(fù)反饋包圍的前向通道上，僅靜特性而言，系統(tǒng)對(duì)它們的抗擾效果是一樣的。對(duì)于ACR的設(shè)計(jì)來說，只要電流環(huán)具有良好的跟隨性能就可以了。因此，在突加（減）負(fù)載時(shí)，必然會(huì)引起動(dòng)態(tài)速降（升）。對(duì)于電流內(nèi)環(huán)來說，在設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器時(shí)應(yīng)該強(qiáng)調(diào)有良好的跟隨性能。了引出電流反饋，電機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖中必須把電流Id顯露出來圖2－4雙閉環(huán)脈寬調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖Fig..24 Double closedloop PWM speed control system of the dynamic structure（一）動(dòng)態(tài)跟隨性能 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在起動(dòng)和升速過程中，能夠在電流受電機(jī)過載能力約束的條件下，表現(xiàn)出很快的動(dòng)態(tài)跟隨性能。 動(dòng)態(tài)性能和兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用考慮到雙閉環(huán)控制的結(jié)構(gòu)可繪出雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖2－4所示。這樣的靜特性顯然比帶電流截至負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)靜特性好。當(dāng)負(fù)載電流達(dá)到Idm后，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和，電流調(diào)節(jié)器起主要調(diào)節(jié)作用，表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動(dòng)保護(hù)。因?yàn)槿绻麜r(shí)，則，ASR將退出飽和狀態(tài)。上式（22）所描述的靜特性是圖23中的AB段。雙閉環(huán)系統(tǒng)變成一個(gè)電流無靜差的單閉環(huán)系統(tǒng)。這就是說n0A段靜特性是從Id =0（理想空載狀態(tài)）一直延續(xù)到Id =Idm,而Idm一般都大于額定電流Idnom 的，這就是靜態(tài)特性的運(yùn)行階段。因此： 和 由第一個(gè)關(guān)系式可以得到： （21）從而得到圖2－3靜特性的n0A段。因此，對(duì)于靜特性來說，只有轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和與不飽和兩種情況。當(dāng)調(diào)節(jié)器不飽和時(shí)，PI作用使輸入偏差電壓ΔU在穩(wěn)態(tài)時(shí)總是為零。一般存在兩種狀況：飽和：輸出達(dá)到限幅值；不飽和：輸出未達(dá)到限幅值。圖2－1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 doubleloop DC converter system architecture block diagram 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性 為了分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性，繪出了它的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，如圖2－2所示。這樣就形成了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。這就是說，把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出當(dāng)作電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制PWM調(diào)制器。 怎樣才能做到這種既存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋?zhàn)饔茫质顾鼈冎荒芊謩e在不同的階段起作用呢？雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以解決這個(gè)問題。 在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，只有電流截至負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只是在超過臨界電流Idcr值以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想地控制電流的動(dòng)態(tài)波形。如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求快速起、制動(dòng)、突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)難以滿足要求。式中的和等系數(shù)一般需要在系統(tǒng)調(diào)試中加以修正，才能使系統(tǒng)獲得滿意的結(jié)果。式中: ——PI調(diào)節(jié)器的第次輸出值；——PI調(diào)節(jié)器的第次輸出值；——第次采樣時(shí)給定量與反饋量之間的偏差；——積分系數(shù)，；在微機(jī)控制系統(tǒng)中。采用增量式算法由式（112）和式（113）可得兩個(gè)時(shí)刻間的調(diào)節(jié)器輸出增量為： （114）從而得到 。 PI調(diào)節(jié)器的控制方法：設(shè)PI調(diào)節(jié)器的輸出量為，輸入量為調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)數(shù)為，積分時(shí)間為，可以列出PI調(diào)節(jié)器的積分方程。 PI 調(diào)節(jié)器是電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中最常用的一種控制器。2）抗擾性能指標(biāo)a)動(dòng)態(tài)降落最大動(dòng)態(tài)降落與原穩(wěn)態(tài)值之比。b)超調(diào)量輸出量超出穩(wěn)態(tài)值的最大偏差與穩(wěn)態(tài)值之比 （110）c)調(diào)節(jié)時(shí)間ts 響應(yīng)曲線到達(dá)并不再超出允許誤差帶所需要的最短時(shí)間,允許誤差帶(100%177。 調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)可分為跟隨性能指標(biāo)和抗擾性能指標(biāo)兩類。調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中調(diào)速范圍、靜差率與額定速降之間有以下關(guān)系。與理想空載轉(zhuǎn)速n0之比，稱作靜差率s，用百分函數(shù)表示為: （16）顯然，靜差率是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負(fù)載變化的情況下轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度，并且調(diào)速范圍和靜差率這兩項(xiàng)指標(biāo)并不是彼此孤立的，必須同時(shí)提時(shí)才‘有實(shí)際意義。一般都指電機(jī)額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速，對(duì)于少數(shù)輕載的機(jī)械，也可以用實(shí)際負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速。1） 調(diào)速范圍 生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比叫做調(diào)速范圍，用字母D表示。對(duì)于2兩點(diǎn)的要求，是系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的性能要求，對(duì)于第3點(diǎn)的要求則是系統(tǒng)在動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)過程中的要求，所以可以定義穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)及動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)兩大類指標(biāo)，以此作為設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)的依據(jù)和用戶選用系統(tǒng)時(shí)的要求。 3）加、減速——頻繁起、制動(dòng)的設(shè)備要求盡量快地加、減速以提高生產(chǎn)率；不易經(jīng)受劇烈變化的機(jī)械則要求起、制動(dòng)盡量平穩(wěn)。 轉(zhuǎn)速控制的要求和調(diào)速指標(biāo) 在一般意義上，對(duì)調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制要求大致有以下三個(gè)方面: 1）調(diào)速——在一定的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)，分檔地(有級(jí))或平滑地(級(jí))調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。從以上分析可知，這種電路得到的電樞電壓波形是單極式的，故稱為H型單極式PWM變換器，它所產(chǎn)生的電樞脈沖電壓ud的頻率與每個(gè)開關(guān)管的開關(guān)頻率相同，所以也稱為H型單極式同頻PWM變換器。若負(fù)載較重，則電壓電流波形均橫軸以下，一個(gè)工作周期有Ⅰ、Ⅱ兩個(gè)區(qū)間，如上圖19所示。(2) 當(dāng)Uc0時(shí)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。改變Uc，即可改變UgUg2正脈沖寬度t1，從而改變電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。當(dāng)Uc0時(shí)，Ug1與Ug2對(duì)換（即原來VT1的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ug1 施加于VT2，原來VT2的驅(qū)動(dòng)信號(hào)Ug2 施加于VT1，以下仿此），Ug3與Ug4對(duì)換，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。圖18 橋式可逆橋式可逆PWM變換器 8 reversible bridge reversible bridge PWM converter2）單極式控制的可逆橋式可逆PWM變換器單極式控制的可逆橋式可逆PWM變換器的電路和雙極式的可逆橋式可逆PWM變換器一樣，如圖18所示，但開關(guān)元件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)不同。當(dāng)時(shí)，和變負(fù)，和變正。這時(shí)，電動(dòng)機(jī)M兩端電壓UAB的極性隨開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電壓極性的變化而改變，其控制方式有雙極式、單極式、受限單極式等多種方式。下面介紹可逆的工作原理和特性。 PWM變換器的工作原理電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)方向主要就靠PWM變換器來實(shí)現(xiàn)的，下面就簡(jiǎn)單的介紹可逆PWM變換器的基本原理和工作特性。(3)定頻調(diào)寬法: 保持不變,使在0—范圍變化。改變占空比有三種方法：(1)定寬調(diào)頻法:保持不變,使在0—范圍變化。其調(diào)速原理如圖16所示。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(zhǎng)短。自20世紀(jì)70年代以來，電力電子器件迅速發(fā)展，研制并生產(chǎn)出多種既能控制其導(dǎo)通又能控制其關(guān)斷的全控型器件，如門極可關(guān)斷晶閘管(GTO),電力晶體管(GTR)、電力場(chǎng)效應(yīng)管(PMOSFET)、絕緣柵極雙極型晶體管(IGBT)等，這些全控型器件性能優(yōu)良，由它們構(gòu)成的脈寬調(diào)制直流調(diào)速系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱PWM調(diào)速系統(tǒng))。導(dǎo)通和關(guān)斷的時(shí)間以及通斷周期都是不確定的。開關(guān)器件的通斷周期T和導(dǎo)通時(shí)間ton,，均可變，即調(diào)寬調(diào)頻，亦可稱為混合調(diào)制。2)脈沖頻率調(diào)制(pulse frequency modulation，簡(jiǎn)稱PFM)。圖15直流斬波器電路和輸出電壓波形Fig .15 DC chopper circuit and output voltage wave由式(13)可知，直流斬波器的輸出電壓平均值Ud可以通過改變占空比即通過改變開關(guān)器件導(dǎo)通和(或)關(guān)斷時(shí)間來調(diào)節(jié)，常用的改變輸出平均電壓的調(diào)制方法有以下三種:1