【正文】 脈寬調(diào)制式變換器，簡稱PWM變換器。隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，專用的驅(qū)動集成電路己經(jīng)出現(xiàn)。(2) 邏輯延時環(huán)節(jié) 脈寬調(diào)制與邏輯延時在可逆雙極性PWM變換器中，H橋的上、下兩個晶體管經(jīng)常交替工作，由于晶體管具有關(guān)斷時間，在這段時間內(nèi)晶體管并未完全關(guān)斷，容易造成上、下兩管直通，從而使電源短路，為了避免發(fā)生這種情況，就要設置邏輯延時環(huán)節(jié)加以保護。 UiUd，輸出負的電壓Udd。 (a) 電壓比較器 (b) 輸入一輸出波形 PWM信號的形成原理 (a)是電壓比較器，(b)中的Ui。恒頻率波形發(fā)生器的作用就是產(chǎn)生頻率恒定的振蕩源作為比較的基準，如三角波。本文采用用三角波作調(diào)制信號的脈寬調(diào)制器。用多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的脈寬調(diào)制器。(1)脈寬調(diào)制器脈寬調(diào)制器是一個電壓—脈沖變換裝置，在雙閉環(huán)速度控制系統(tǒng)中由電流調(diào)節(jié)器的輸出進行控制，為PWM變換器提供所需的脈沖信號，其脈沖寬度與控制電壓成正比。 無刷直流電動機單相繞組PWM驅(qū)動電路原理框圖從以上原理框圖可見，無刷直流電動機PWM控制器可分成兩大部分:控制電路和逆變主電路[78]。PWM驅(qū)動是利用大功率管的開關(guān)特性，按固定頻率來接通和斷開，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通“與“斷開“時間的長短，通過改變無刷直流電動機定子繞組上電壓脈沖的占空比來改變平均電壓的大小，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速。它的基本工作原理與上述類似[46]。這種旋轉(zhuǎn)磁場在360度電角度范圍內(nèi)有三種輸出狀態(tài)。 開關(guān)順序及定子磁場旋轉(zhuǎn)示意圖 各相繞組的導通示意圖如上所述，隨著位置傳感器扇形片的轉(zhuǎn)動，定子繞組在位置傳感器VP1，VP2，VP3的控制下，便一相一相依次通電，實現(xiàn)了各相繞組電流的依次換相。(b)所示位置時，直接裝在轉(zhuǎn)子軸上的旋轉(zhuǎn)遮光板跟著轉(zhuǎn)子同步轉(zhuǎn)動，并遮住VP1的光線，使得功率管V1截至，同時VP2被光照到，有信號輸出，使得V2導通，電樞繞組BB’上有電流流過，該繞組電流產(chǎn)生磁場與轉(zhuǎn)子磁鋼磁場相互作用，形成電磁轉(zhuǎn)矩使得轉(zhuǎn)子繼續(xù)保持電機順時針方向轉(zhuǎn)動。通過安裝在電動機軸上的旋轉(zhuǎn)擋光板的作用，使得從光源射來的光線依次照射在各個光電器件上，并根據(jù)某一光電器件里是否被照射到光線來判斷轉(zhuǎn)子磁極的位置。 三相繞組無刷直流電動機，三只光電器件VP1，VP2，VP3的安裝位置各相差120。為了便于闡述，下面以三相星形繞組半控電路為例來說明無刷直流電動機的工作原理。為了產(chǎn)生單一方向的電磁轉(zhuǎn)矩，就要保持電樞產(chǎn)生的磁場與永磁轉(zhuǎn)子的磁場在電動機運行時相互垂直，為此，無刷直流電動機除了由定子和轉(zhuǎn)子組成的電動機本體外，還要有電子換向裝置，使得無刷直流電動機在運行過程中定子繞組產(chǎn)生的磁場和轉(zhuǎn)子中的轉(zhuǎn)子磁鋼產(chǎn)生的永磁磁場在空間始終保持在∏/2左右的電角度。但僅僅用直流電直接供給定子上的電樞是不行的。由于電刷的換向作用，使定子磁場和電樞感應磁場在電動機運行過程中始終保持相互垂直，從而產(chǎn)生最大轉(zhuǎn)矩而驅(qū)動電動機不停地運轉(zhuǎn)。功率邏輯開關(guān)單元的功能是將電源的能量以一定邏輯順序分配給無刷直流電動機定子上各相繞組，以便使無刷直流電動機產(chǎn)生持續(xù)的轉(zhuǎn)矩，而各相繞組導通順序主要取決于位置傳感器的信號，但位置傳感器產(chǎn)生的信號不能直接用來驅(qū)動功率單元，常需要經(jīng)過一定邏輯處理后才能去控制功率單元。不同之處在于無刷直流電動機中永久磁鋼安裝在轉(zhuǎn)子上，而普通永磁直流電動機是將磁鋼安裝在定子上。當定子繞組的某相通電時，該電流與轉(zhuǎn)子永久磁鋼的磁極所產(chǎn)生的磁場相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，再由位置傳感器將轉(zhuǎn)子磁鋼位置信息變換成電信號，去控制電子開關(guān)線路，從而使定子各相繞組按一定次序?qū)?，定子相電流隨轉(zhuǎn)子位置的變化而按一定的次序換相，電子開關(guān)線路的導通次序與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步，因而起到機械換向器的換向作用，因此平常所說的無刷直流電動機，就其基本結(jié)構(gòu)而言，可以認為是一臺由電子開關(guān)線路、電動機本體及位置傳感器三部分組成的電動機系統(tǒng)。A、B、C三相定子繞組分別與電子開關(guān)線路中相應的功率開關(guān)管V1，V2，V3相連接。 無刷直流電動機的結(jié)構(gòu)原理圖，無刷直流電動機組件主要由電動機本體，位置傳感器和電子開關(guān)線路三部分構(gòu)成。和普通直流電動機類似，無刷直流電動機轉(zhuǎn)矩的獲得也是通過改變相應電樞線圈電流在不同磁極下時的方向，從而使電磁轉(zhuǎn)矩總是沿著一個固定的方向。無刷直流電動機具備兩個特點:。每100個PWM周期對速度進行一次PI調(diào)節(jié)。用霍爾電流傳感器檢測電流變化，并經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換產(chǎn)生電流反饋信號，通過P20引腳輸入給單片機。全部控制模塊如速度PI調(diào)節(jié)、電流PI調(diào)節(jié)、PWM控制都通過軟件實現(xiàn)。 使用元器件：AT89C51單片機、霍爾電流傳感器、增量式光電編碼器。 本設計的主要內(nèi)容本設計的主要任務是: 設計基于PWM方式的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的控制電路和控制程序。而且通過系統(tǒng)總線，數(shù)字控制系統(tǒng)能與管理計算機、過程計算機、遠程電控裝置進行信息交換，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的分級自動化控制。由于單片機以數(shù)字信號工作，控制手段靈活方便，抗干擾能力強。董芳英等人提出采用模糊控制方法，對模糊控制理論在小慣性系統(tǒng)上對其應用進行了嘗試。張井崗等人提出直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)?？刂品椒āＲτ聺热颂岢鲋绷麟妱訖C及系統(tǒng)的參數(shù)辨識的方法。技術(shù)迅速發(fā)展，走向成熟化、完善化、系統(tǒng)化、標準化，在可逆、寬調(diào)速、高精度的電氣傳動領(lǐng)域中一直居于壟斷地位[1]。以上技術(shù)的應用，使系統(tǒng)的性能指標大幅度提高，應用范圍不斷擴大。另外，集成運算放大器和眾多的電子模塊的出現(xiàn)，不斷促進了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化。首先，實現(xiàn)了整流器件的更新?lián)Q代，從50年代的使用己久的直流發(fā)電機一電動機組(簡稱GM系統(tǒng))及水銀整流裝置，到60年代的晶閘管電動機調(diào)速系統(tǒng)(簡稱VM系統(tǒng))，使得變流技術(shù)產(chǎn)生了根本的變革。這種控制方式很容易在單片機控制中實現(xiàn)，從而為直流電動機控制數(shù)字化提供了契機。近年來，直流電動機的結(jié)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大變化。由于它具有良好的線性調(diào)速特性，簡單的控制性能，高的效率，優(yōu)異的動態(tài)特性。1 緒論 課題的研究背景和意義直流電動機是最早出現(xiàn)的電動機，也是最早能實現(xiàn)調(diào)速的電動機。長期以來，直流電動機一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。盡管近年來不斷受到其他電動機(如交流變頻電機、步進電機等)的挑戰(zhàn)，但到目前為止，它仍然是大多數(shù)調(diào)速控制電動機的優(yōu)先選擇。隨著計算機進入控制領(lǐng)域以及新型的電力電子功率元件的不斷出現(xiàn)，使采用全控型的開關(guān)功率元件進行脈寬調(diào)制 (PulseWidthModulation，簡稱PWM)控制方式已成為絕對主流。 五十多年來，直流電氣傳動經(jīng)歷了重大的變革。再到脈寬調(diào)制 (PulsewidthModulation)變換器的產(chǎn)生，不僅在經(jīng)濟性和可靠性上有所提高，而且在技術(shù)性能上也顯示了很大的優(yōu)越性，使電氣傳動完成了一次大的飛躍。隨著計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號處理器單片機應用于控制系統(tǒng)，控制電路己實現(xiàn)高集成化，小型化，高可靠性及低成本。由于系統(tǒng)的調(diào)速精度高，調(diào)速范圍廣，所以，在對調(diào)速性能要求較高的場合，一般都采用直流電氣傳動。 目前，國內(nèi)各大專院校、科研單位和廠家也都在開發(fā)直流數(shù)字調(diào)速裝置。該方法依據(jù)系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的輸入輸出特性，應用最小二乘法，即可獲得系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的內(nèi)部參數(shù)，所獲的參數(shù)具有較高的精度，方法簡便易行。該方法依據(jù)內(nèi)模控制原理，針對雙閉環(huán)直流電動機調(diào)速系統(tǒng)設計了一種內(nèi)?？刂破?，取代常規(guī)的PI調(diào)節(jié)器，成功解決了轉(zhuǎn)速超調(diào)問題，能使系統(tǒng)獲得優(yōu)良的動態(tài)和靜態(tài)性能，而且設計方法簡單，控制器容易實現(xiàn)。模糊控制理論可以用于直流并勵電動機的限流起動和恒速運行控制，并能獲得理想的控制曲線。所以，數(shù)字系統(tǒng)的控制精度和可靠性比模擬系統(tǒng)大大提高。所以，直流傳動控制采用單片機實現(xiàn)數(shù)字化，使系統(tǒng)進入一個嶄新階段[2]。本設計主要要求是:控制程序用C語言或匯編語言編寫,在仿真軟件Proteus上設計控制電路, 設計基于PWM方式的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的控制電路和控制程序。 技術(shù)要求：設計直流電動機全數(shù)字雙閉環(huán)控制系統(tǒng)。直流電動機驅(qū)動電路采用L298控制電路，通過單片機的輸出引腳P01～P04輸出控制信號進行控制。采用增量式光電編碼器檢