【正文】 器。用一個調(diào)節(jié)器無法兼顧對轉(zhuǎn)速和電流的控制。nt0圖24 時間最優(yōu)的理想控制過程電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)只能限制電動機(jī)的動態(tài)電流不超過某一數(shù)值，而把電流控制在所需值上。圖23 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器的組成和分析在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，由于主電路中都存在電感作用，電流無法突變，圖24所示的理想過渡過程只能得到近似的逼近，其關(guān)鍵是要獲得使電流保持最大值的恒流啟制動過程，所以提出了雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。達(dá)到給定轉(zhuǎn)速時，立即讓電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。就是在過渡過程中應(yīng)保持轉(zhuǎn)矩為最大值，使得直流電機(jī)盡可能以最大加速度或減速度，達(dá)到我們預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速，馬上讓勵磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載相平衡，使轉(zhuǎn)速以恒定的速度運(yùn)行。但是在調(diào)速系統(tǒng)中有兩類情況對電流的控制提出了新的指標(biāo)：一是啟制動對時間的控制問題，二是由于載擾動對電流控制問題。作為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)，系統(tǒng)的被調(diào)節(jié)的量是轉(zhuǎn)速，所以檢測的誤差是轉(zhuǎn)速，它要消除的也是擾動對轉(zhuǎn)速的影響。采用M/T法不論是在高速還是在低速測量時都具有較強(qiáng)的分辨能力和測量精度，轉(zhuǎn)速覆蓋范圍廣，在電動機(jī)轉(zhuǎn)速測量中應(yīng)用十分廣泛，所以本設(shè)計采用M/T測速法測速。 測速方法的確定和實(shí)現(xiàn)M法又稱又稱測頻法，其測速原理是在給定的檢測時間內(nèi)，對光電編碼器輸出的脈沖信號進(jìn)行計數(shù)的測速方法，M法測速大多數(shù)用在測量高轉(zhuǎn)速，因?yàn)閷τ诖_定的光電編碼器線數(shù)N是一定的，和給定的檢測時間內(nèi)，轉(zhuǎn)速越高，計數(shù)脈沖M越大脈沖也就越??；T法也被稱作測周期法，該測速方法是在一個脈沖周期內(nèi)對時鐘信號的脈沖進(jìn)行記數(shù)，為了減小誤差，希望盡可能記錄較多的脈沖數(shù)，因此T法測速用于低轉(zhuǎn)速測量，但是轉(zhuǎn)速過低，光電編碼器輸出脈沖的時間過長，時鐘脈沖數(shù)就有可能超過計數(shù)的最大值而產(chǎn)生溢出，此外時間過長還會影響控制系統(tǒng)的快速性。圖22 周期性PWM矩形脈沖為了實(shí)現(xiàn)直流電動機(jī)的PWM可逆控制，還必須產(chǎn)生四路驅(qū)動信號來控制電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)。根據(jù)PWM控制的原理可知，一段時間內(nèi)加在慣性負(fù)載兩端的PWM脈沖與相等時間內(nèi)沖量相等的直流電加在負(fù)載上的電壓是等效的[3]。直流PWM調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點(diǎn)：由于PWM調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率高，靠電樞電感的濾波作用就能獲得平穩(wěn)的直流電流，速度的穩(wěn)定性強(qiáng)，精度高、低速特性好、調(diào)速范圍寬；同樣，由于其開關(guān)頻率高,快速響應(yīng)性能好,增強(qiáng)了動態(tài)抗干擾能力，還能獲得很寬的頻帶，由于開關(guān)器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，因此主電路損耗小、提高了裝置效率，直流電源采用三相不可控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器要高，正因?yàn)橹绷鱌WM調(diào)速系統(tǒng)有如上所述的優(yōu)點(diǎn)，并且隨著電力電子器件開關(guān)性能的提高，直流脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展。所以，直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。 直流電動機(jī)的脈寬調(diào)制控制技術(shù)直流調(diào)速系統(tǒng)中有三種調(diào)速方法：調(diào)節(jié)電樞兩端的供電電壓、減弱勵磁磁通和改變電樞回路中的電阻。綜上所述，如果給出一個正弦波的頻率，幅值和半周期內(nèi)的脈沖數(shù)，脈寬調(diào)制波形的每個脈沖寬度，時間間隔就能夠計算出來。在脈寬調(diào)制波形中，每個脈沖的幅值相等。根據(jù)采樣控制原理的結(jié)論：沖量相等效果相等，所以脈寬調(diào)制波形和正弦半波效果是等效的。如果把上述脈沖序列用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點(diǎn)和相應(yīng)正弦等分的中點(diǎn)重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)正弦部分面積（即沖量）相等，就得到一組脈沖序列，這就是脈寬調(diào)制波形。例如，把正弦波的半周期分成N等份，這樣就可以把正弦波半周期近似成由N份相連脈沖組成的波形。若把每個輸出的波形進(jìn)行分析變換，在低頻段它們的特性非常相似，高頻段上略有差異。在采樣控制原理中有一個非常重要的結(jié)論：如果沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性環(huán)節(jié)的控制結(jié)構(gòu)上時，效果基本相同。就是在輸出波形的半周期內(nèi)產(chǎn)生多個脈沖，使每個脈沖的電壓等值為正弦波，這樣得到的波形輸出平滑且低次諧波減少。目前，國內(nèi)許多高校、研究所和廠家也都在開發(fā)基于PWM波的全數(shù)字直流調(diào)速裝置。微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)在各方面的性能都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于模擬控制系統(tǒng)且應(yīng)用越來越廣泛，但是我國自主研發(fā)的全數(shù)字控制的直流調(diào)速裝置很少見。所以數(shù)字化和智能化成為了目前的發(fā)展方向。集散型的微機(jī)控制系統(tǒng)在國外已經(jīng)有成套的定性產(chǎn)品。 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀現(xiàn)在，國外一些電氣公司，都已經(jīng)開發(fā)出成套的數(shù)字化直流調(diào)速裝置，它們已經(jīng)有很成熟的模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的應(yīng)用程序產(chǎn)品可供選擇。在應(yīng)用這些芯片驅(qū)動大功率直流電動機(jī)時，因?yàn)槠骷牟粚ΨQ，H橋的上下橋臂的特性不同，使得上橋臂燒毀和直通現(xiàn)象發(fā)生[1]。此外，為了滿足小功率的直流電動機(jī)的使用需求，直流電機(jī)的專用集成芯片被一些廠商設(shè)計了出來，例如Ns公司推出了專門驅(qū)動電動機(jī)H橋的LMDl8200，其最高工作電壓達(dá)到了55V，最高峰值電流達(dá)到了6A，連續(xù)輸出的平均電流達(dá)了3A。隨著邏輯電路電壓的發(fā)展，讓這類芯片能夠在低電壓程序邏輯中使用，比如5V的直流電動機(jī)速度控制裝置在很多大型機(jī)械中得到了廣泛的應(yīng)用，很多半導(dǎo)體制造商都推出了能夠提升工作電壓的專用電機(jī)驅(qū)動芯片，如IR公司的IR211IR2105等。伴隨著數(shù)字控制系統(tǒng)在脈寬調(diào)制中的應(yīng)用，它已經(jīng)成為直流調(diào)速系統(tǒng)中新的控制方式。在與交流電動機(jī)相比較，直流電動機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：直流電機(jī)的調(diào)速性能好、靜差率小、穩(wěn)定性強(qiáng)，動態(tài)特性好、運(yùn)行效率高，所以在很長一段時間內(nèi)，直流電動機(jī)都被應(yīng)用在了高性能的調(diào)速系統(tǒng)中。由于生產(chǎn)機(jī)械和工藝流程的不同，對于電能轉(zhuǎn)換的電動機(jī)也提出了各種各樣的控制指標(biāo)，一些要求能迅速啟動、制動，正傳和反轉(zhuǎn)；一些要求電動機(jī)能夠低速穩(wěn)定運(yùn)行；一些要求電動機(jī)啟、制動平穩(wěn)，并能準(zhǔn)確的停在設(shè)定的位置。在機(jī)械生產(chǎn)、金屬冶煉、化學(xué)等各種工業(yè)部門中，采用了各種各樣的電動機(jī)來傳動,比如在機(jī)床、軋機(jī)、挖掘機(jī)、提升機(jī)、起重機(jī)、水泵、紙機(jī)、輸送機(jī)械等各種生產(chǎn)機(jī)器中。 MCU。該直流調(diào)速系統(tǒng)具有可靠性高，便于控制等優(yōu)點(diǎn)。同時用ACS712D電流傳感器將電流轉(zhuǎn)換為成比例的電壓，輸出的電壓信號通過TLC549A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入單片機(jī)（AT89C51）實(shí)現(xiàn)電流的閉環(huán)控制。 本設(shè)計是以數(shù)字PI為基本控制算法，以單片機(jī)（AT89C51）為核心，產(chǎn)生占空比可調(diào)的PWM波，通過功率放大和驅(qū)動電路實(shí)現(xiàn)對直流電動機(jī)速度的控制。隨著電力電子技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及計算機(jī)的發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)也得到了迅猛的發(fā)展。齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）齊 齊 哈 爾 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 題　　目 大功率直流電動機(jī)調(diào)速裝置設(shè)計學(xué) 院　 計算機(jī)與控制工程學(xué)院 專業(yè)班級　 學(xué)生姓名　 指導(dǎo)教師　 成　　績　　　　 2012年　6　月　18　日摘 要 直流電動機(jī)由于易于調(diào)節(jié)，動態(tài)性能好，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。但以往的直流調(diào)速是用模擬電路來實(shí)現(xiàn)的，所以制作成本高，由于器件溫度的漂移，對控制精度產(chǎn)生的很大的影響，對于一些復(fù)雜的，非線性控制規(guī)律難以實(shí)現(xiàn)。它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)調(diào)速裝置的任務(wù)，而且具有維護(hù)方便，便于檢修，算法靈活，穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用越來越廣泛。再利用光電編碼器對轉(zhuǎn)速進(jìn)行檢測，反饋到單片機(jī)中（AT89C51），實(shí)現(xiàn)了對轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。在設(shè)計中采用LCD1602對轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向進(jìn)行顯示，通過按鍵對其進(jìn)行輸入控制。關(guān)鍵詞： 脈沖寬度調(diào)制；單片機(jī)；直流調(diào)速AbstractDC motor with easy adjustment, good dynamic performance, in the industry has been widely used. But due to the application of analog circuits to achieve, so the production cost is high, be influenced by temperature drift of devices, the control precision of the great impact, for some plex, nonlinear control law is difficult to achieve. Along with the electric power electronic technology, data processing and the development of the puter, the digital PID control also got swift and violent development. It can not only realize the traditional speed regulating device of a task, and convenient maintenance, easy maintenance, algorithm is flexible, stability is strong wait for an advantage more and more extensive application.The design is based on the digital PI control algorithm for the basic, with single chip microputer ( AT89C51) as the core, to generate adjustable duty ratio PWM wave, through a power amplifying and driving circuit for DC motor speed control. Using photoelectric encoder for speed detection, feedback to the micro controller ( AT89C51), to achieve closedloop speed control. At the same time with the ACS712D current sensor converts the current into a voltage proportional to the output voltage signal, through the TLC549A/D converter, converts the digital signal into the micro controller ( AT89C51) to realize the current closed loop control. In the design by the use of LCD1602 in speed, steering display, through the button on the input control. The DC speed control system has high reliability, easy to control .Key words : PWM wave。 DC motor control目 錄摘 要 IAbstract II第1章 緒 論 1 研究背景及意義 1 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀 2第2章 理論分析計算 3 PWM脈寬調(diào)制技術(shù) 3 直流電動機(jī)的脈寬調(diào)制控制技術(shù) 4 測速方法的確定和實(shí)現(xiàn) 5 控制系統(tǒng)方案的選擇 6 單閉環(huán)系統(tǒng)的組成和分析 6 雙閉環(huán)系統(tǒng)的組成和分析 7 雙閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計 9 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 9 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 10第3章 硬件電路的設(shè)計 12 主電路的設(shè)計 12 電源電路的設(shè)計 13 AT89C51主控芯片的最小系統(tǒng) 13 PWM信號接口電路 14 單片機(jī)控制D/A芯片接口電路的設(shè)計 15 波形整形及放大電路的設(shè)計 16 功率放大和驅(qū)動模塊 16 電機(jī)驅(qū)動邏輯電路的設(shè)計 17 光電隔離和驅(qū)動放大電路的設(shè)計 17 速度檢測模塊 18 電流檢測電路 20 按鍵和顯示模塊 20 顯示電路 20 按鍵電路 21第4章 軟件程序的設(shè)計 22 PWM信號發(fā)生器軟件的設(shè)計 22 顯示電路軟件設(shè)計 25 字符的顯示 25 漢字的顯示 25 LCD1602 的引腳說明 25 LCD1602指令說明及時序 26 雙閉環(huán)PI控制軟件的設(shè)計 28結(jié)論 31參考文獻(xiàn) 32附錄 程序清單 33致謝 40齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）第1章 緒 論 研究背景及意義在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，幾乎所有的地方都是用電機(jī)把電能轉(zhuǎn)換為的其他形式的機(jī)械能。伴隨著人們對產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高和生產(chǎn)量的不斷增大，越來越多的生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備要求能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制。由此可見這些傳動系統(tǒng)都是通過控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速