【正文】 電電壓（V） 電樞電流（A） 勵(lì)磁磁通（Wb) 電樞回路總電阻（） 電勢系數(shù)，為電磁對數(shù)，為電樞并聯(lián)支路數(shù)，為導(dǎo)體數(shù)。直流電機(jī)模型見圖11。當(dāng)線圈中流過電流時(shí)，線圈受到電磁力作用，從而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。因此，對直流電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行高可靠性的，高性能的研究工作對現(xiàn)實(shí)生活具有非常重要的意義?，F(xiàn)在社會生產(chǎn)中，只要是工廠自動化設(shè)備，不管是機(jī)器人還是數(shù)控機(jī)床都在廣泛應(yīng)用直流電動機(jī)。 隨著技術(shù)的高速進(jìn)步，越來越多的行業(yè)開始采用控制系統(tǒng)的自動化，現(xiàn)代化生產(chǎn)變得越來越重要的是主流開始變?yōu)殡姎鈧鲃硬捎弥绷黩?qū)動控制。穩(wěn)速對于直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制十分重要，因?yàn)檫@是個(gè)最難實(shí)現(xiàn)的指標(biāo)，相對于調(diào)速、加速或減速這兩方面來講，穩(wěn)速的指標(biāo)在于要求以一個(gè)穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速運(yùn)動，轉(zhuǎn)速的波動要控制在很小的范圍內(nèi)，要有一定能夠應(yīng)對不同的干擾的能力，工業(yè)上，能夠很好地實(shí)現(xiàn)調(diào)速、加速或減速這兩方面的功能，但是對于穩(wěn)速精度的功能的實(shí)現(xiàn)還是有一定的困難。由于現(xiàn)代技術(shù)不斷發(fā)展使得控制技術(shù)、冷卻技術(shù)以及許多的新型磁性材料不斷地被研制出來，從這些最被看好有未來的產(chǎn)品中我們能夠得出，直線電機(jī)正在廣泛的被應(yīng)用于高速度機(jī)床的進(jìn)給機(jī)構(gòu)中。也就是在這個(gè)時(shí)候，1985年，一些具有創(chuàng)新意識的好公司像美國的Ingersol銑床公司利用自身的優(yōu)勢生產(chǎn)出了HVM600高速加工中心，這是其他產(chǎn)品很難超越的，因?yàn)檫@其中使用了永磁同步直線電機(jī)。另外, 由于絕緣技術(shù)和分析技術(shù)的進(jìn)步, 直流電動機(jī)已迅速向小型輕量, 低慣量方面發(fā)展。從直流電動機(jī)的演變歷史, 也可以縱觀直流電動機(jī)的發(fā)展歷史和動向、從四十年代后期到五十年代的前期, 直流電動機(jī)的電源主要是采用MG電動發(fā)電機(jī)組,六十年代初, 電動發(fā)電機(jī)組電源已被水銀整流器逐漸代替, 到六十年代后期, 由于可控硅整流裝置的出現(xiàn), 并得到迅速發(fā)展, 可控硅整流電源已占統(tǒng)治地位。在設(shè)計(jì)和制造技術(shù)上有很大進(jìn)步, 新材料、新技術(shù)的應(yīng)用以及整流電源的普及, 促進(jìn)了一般工業(yè)用直流電機(jī)的不斷擴(kuò)大, 品種的日益繁多。Software adopts modular design each modular flow the design thought and method of addition, IR2110 has been used as an actuating device of the power amplifier circuit which controls the speed of rotation of . motor. What’s more, is used in this system to measure the speed of . motor. In software, the article introduced the PID operation procedures, such as initial program and the writing of the thought and specific program realization .The result of the measurement is sent to A/D converter after passing the filtering circuit, and finally the feedback single is stored in the singlechip puter and participates in a PIDcalculation. Key words: PWM signal；IR2110；PID calculation目錄摘要 ⅠABSTRACT Ⅱ目錄 Ⅲ1 緒論 1 1 2 系統(tǒng)方案與分析 3 42 PWM脈寬調(diào)制原理 5 PWM調(diào)速原理 5 PWM 調(diào)速方法 5 PWM 實(shí)現(xiàn)方式 63硬件部分 7 7本系統(tǒng)中使用了光電編碼器對輸出的轉(zhuǎn)速進(jìn)行了測量，并且作為反饋值輸入到單片機(jī)進(jìn)行PID運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)了對輸出速度的控制。此外，本文中還采用了芯片IR2110作為直流電機(jī)正轉(zhuǎn)調(diào)速功率放大電路的驅(qū)動模塊，并且把它與延時(shí)電路相結(jié)合完成了在主電路中對直流電機(jī)的控制。對于硬件部分首先從總體上做了設(shè)計(jì)，也就是以AT89S52為中心來組成硬件部分，其輔助部分包括了顯示電路、測量電路、鍵盤電路；對于軟件部分則選擇了使用模塊化的設(shè)計(jì)思路，根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求以及它要實(shí)現(xiàn)的功能編寫了屬于每個(gè)模塊部分的流程圖。文章介紹了AT89S52的詳細(xì)參數(shù)，并對PWM信號的原理、產(chǎn)生方法、以及如何通過軟件編程對PWM信號占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而控制其輸入信號波形等均作了闡述。(6)對直流電機(jī)進(jìn)行MATLAB仿真和分析。(4)要求系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、急停、加速、減速的控制，以及PWM的占空比在LED上的實(shí)時(shí)顯示。(2)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍為3050轉(zhuǎn)/秒，實(shí)時(shí)測量電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速,并要求在LED數(shù)碼管上顯示出來。利用AT89S52芯片可以進(jìn)行低成本直流電動機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并且能夠簡化系統(tǒng)構(gòu)成、降低系統(tǒng)成本、增強(qiáng)系統(tǒng)性能、以滿足更多應(yīng)用場合的需要。 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 基于單片機(jī)的直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 系 、 部： 電氣與信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動化 2013屆畢業(yè)設(shè)計(jì)課題任務(wù)書院(系)：電氣與信息工程學(xué)院 專業(yè)：電氣工程及其自動化 指導(dǎo)教師學(xué)生姓名課題名稱基于單片機(jī)的直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容及任務(wù) 分析單片機(jī)對直流電機(jī)進(jìn)行速度測量應(yīng)用的基本原理，并用單片機(jī)產(chǎn)生PWM波來控制直流電機(jī)的可逆調(diào)速，從而實(shí)現(xiàn)了對普通直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速測量和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。研究以單片機(jī)AT89S52和IR2110控制的直流電機(jī)脈寬調(diào)制調(diào)速系統(tǒng)。擬達(dá)到的要求或技術(shù)指標(biāo)要求:(1)設(shè)計(jì)一個(gè)單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，通過外接鍵盤及按鈕實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)及速度調(diào)節(jié)控制。(3)選擇可以構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)的方案、選擇所需器件和模塊、以及IGBT管組成橋式斬波電路。(5)對直流電機(jī)模型進(jìn)行PID控制分析。摘 要本文主要研究了利用AT89S52單片機(jī)控制PWM信號從而實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的方法。設(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分，硬件部分和軟件部分。并且說明了軟件的設(shè)計(jì)方式和思路。在軟件方面，文章中詳細(xì)介紹了PID運(yùn)算程序，初始化程序等的編寫思路和具體的程序?qū)崿F(xiàn)。關(guān)鍵詞： PWM信號；IR2110；PID運(yùn)算ABSTRACT This article mainly introduces the method to generate the PWM signal by using AT89S52 singlechip puter to control the speed of a . motor. It also clarifies the principles of PWM and the way to adjust the duty cycle of PWM signal. The design is divided into two parts,hardware and software the hardware part,the AT89S52 is the center form of the hardware part,the auxiliary part includes display circuit,measuring circuit,keyboard circuit。 8 芯片IR2110性能及特點(diǎn) 8 IR2110的引腳圖以及功能 9 元器件的選擇比較、選型 10 H橋雙極性主電路 10 13 光電編碼器 14 M/T法測速原理 15 鍵盤及顯示電路 16 16 16 17 184系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 20 PWM實(shí)現(xiàn)方式 20 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 20 PWM產(chǎn)生程序 21 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 22 22 中斷程序設(shè)計(jì) 22 中斷子程序模塊 23 23 25 PID控制器原理 25 數(shù)字PID控制器流程圖 265系統(tǒng)的MATLAB仿真 29 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置 29 31結(jié) 束 語 34參考文獻(xiàn) 35致 謝 36附 錄 371 緒論 直流電機(jī)問世已有一百四十多年的歷史。從小至數(shù)瓦, 大到萬余千瓦, 廣泛地用于冶金、礦山、煤炭、起重運(yùn)輸、機(jī)床制造、紡織印染等各個(gè)部門中, 特別是近幾年電子計(jì)算技術(shù)廣泛應(yīng)用在直流電機(jī)設(shè)計(jì)制造中。由于直流電源供電方式的不斷更新?lián)Q代, 特別是在最近的十幾年期問, 進(jìn)一步促使了直流電動機(jī)的單機(jī)功率、轉(zhuǎn)速不斷提高, 目前朝著高速、大功率方向發(fā)展。 時(shí)代在進(jìn)步，各種各樣的深入研究和技術(shù)也得到不斷地發(fā)展和進(jìn)步，理所當(dāng)然，許許多多的科研成果和更多非常好的性能和品質(zhì)直流電機(jī)產(chǎn)品得以出現(xiàn)。隨著時(shí)間的推移，直線電機(jī)速度的最大值不斷變化，但時(shí)間定格在1997年時(shí)，直線電機(jī)速度的最大值已經(jīng)能夠達(dá)到150～200 m/min，其中做的比較突出的是法國Renault automation公司的加工中心和德國Trumpf公司的激光機(jī)床。如今，直流調(diào)速受到了很大的沖擊，原因在于變頻技術(shù)的橫空出世，使得交流調(diào)速的優(yōu)勢得以展現(xiàn)，但這并不影響一個(gè)非常重要的位置屬于直流調(diào)速系統(tǒng)，原因在于從全局來看的話，考慮到我們國家在這方面的一些實(shí)際情況，另外還出現(xiàn)了直流調(diào)速系統(tǒng)的全數(shù)字化，使得可靠性及精度在直流調(diào)速系統(tǒng)得到了很大的提高。電機(jī)在各行各業(yè)發(fā)揮著重要的作用,而電機(jī)轉(zhuǎn)速是電機(jī)重要的性能指標(biāo)之一,因而測量電機(jī)的轉(zhuǎn)速和電機(jī)的調(diào)速,使它滿足人們的各種需要,更顯得重要，而且隨著科技的發(fā)展,PWM調(diào)速成為電機(jī)調(diào)速的新方式。直流電動機(jī)之所以能在傳動領(lǐng)域統(tǒng)治地位中占有重要的一席之地，原因在于它不僅控制性能好，調(diào)節(jié)方法簡單，而且能夠大范圍平滑調(diào)速，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)非常靈活。稍加思索我們就會知道，隨著社會生產(chǎn)規(guī)模的繼續(xù)加大，直流電機(jī)各方面的性能和直流電機(jī)的需求量都會需要提出一些新的要求，那就是更好的性能，更大規(guī)模的需求量。直流電機(jī)電路模型如圖11 所示，磁極、間裝著一個(gè)可以轉(zhuǎn)動的鐵磁圓柱體，圓柱體的表面上固定著一個(gè)線圈。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。 圖11 直流電動機(jī)電路模型 不同勵(lì)磁方式的直流電動機(jī)機(jī)械特性曲線有所不同。 直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速的控制方法可分為兩類：勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法。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。 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。利用光電編碼器測得電機(jī)速度，把電壓信號反饋給單片機(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。PWM是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，改變電樞兩端電壓的大小，從而使電壓變?yōu)橐蟮囊环N控制方法?？刂七^程為在固定頻率的前提下，即保持周期不變的情況下，根據(jù)設(shè)計(jì)要求來接通和斷開電源，通過改變“接通”和“斷開”時(shí)間的長短。因此，“開關(guān)驅(qū)動裝置”也是PWM一個(gè)別稱。 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，從而控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對直流電動機(jī)的平滑調(diào)速，并通過單片機(jī)控制速度的變化。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。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖直流電機(jī)AT89S52單片機(jī)（速度的測量計(jì)算、輸入設(shè)定及系統(tǒng)控制）轉(zhuǎn)速檢測驅(qū)動電路鍵盤控制LED顯示PWM 圖12 直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)方框圖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