【正文】 對于調(diào)速系統(tǒng)來說，輸出量是轉(zhuǎn)速，通常引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋構(gòu)成閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。利用此偏差信號(hào)通過控制器（調(diào)節(jié)器）產(chǎn)生控制作用，自動(dòng)糾正偏差。必須采用閉環(huán)反饋控制消除擾動(dòng)靜差為克服其缺點(diǎn)，提高系統(tǒng)的控制質(zhì)量，必須采用帶有負(fù)反饋的閉環(huán)系統(tǒng)，方框圖如圖23所示。因此必須采用閉環(huán)反饋控制的方法減小額定動(dòng)態(tài)速降，以增大調(diào)速范圍。因此必須設(shè)法限制電樞動(dòng)態(tài)電流的幅值。 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 只通過改變觸發(fā)或驅(qū)動(dòng)電路的控制電壓來改變功率變換電路的輸出平均電壓，達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，稱為開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。其中常用后兩中方法獲得PWM信號(hào)。（4）、單片機(jī)PWM口新一代的單片機(jī)增加了許多功能，其中包括PWM功能。這些芯片除了由PWM信號(hào)發(fā)生功能外，還有“死區(qū)”調(diào)節(jié)功能、保護(hù)功能等。這種方法要占用CPU大量時(shí)間，需要很高的單片機(jī)性能，易于實(shí)現(xiàn)，目前也逐漸被淘汰。它是最早期的方式，現(xiàn)在已經(jīng)被淘汰了。目前，在直流電動(dòng)機(jī)的控制中，主要使用第3種方法。（3）、定頻調(diào)寬法：保持周期（或頻率）不變，同時(shí)改變、。以下是三種可改變占空比的方法：（1）、定寬調(diào)頻法:保持不變，改變，從而改變周期（或頻率）。由式21可知，當(dāng)電源電壓不變的情況下，電樞的端電壓的平均值取決于占空比的大小，改變值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。電動(dòng)機(jī)的電樞繞組兩端的電壓平均值為： 式21式中 ——占空比，占空比表示了在一個(gè)周期里，開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間與周期的比值。秒后，柵極輸入重新變?yōu)楦唠娖?，開關(guān)管的動(dòng)作重復(fù)前面的過程。當(dāng)開關(guān)管MOSFET的柵極輸入高電平時(shí)，開關(guān)管導(dǎo)通，直流電動(dòng)機(jī)電樞繞組兩端由電壓。根據(jù)PWM控制技術(shù)的特點(diǎn)，到目前為止主要有八類方法：相電壓控制PWM、線電壓控制PWM、電流控制PWM、非線性控制PWM，諧振軟開關(guān)PWM、矢量控制PWM、直接轉(zhuǎn)矩控制PWM、空間電壓矢量控制PWM。一種比較簡單的開關(guān)放大器是按照一個(gè)固定的頻率去接通和斷開放大器，并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”的相位寬窄，這樣的放大器被稱為脈沖調(diào)制放大器。在開關(guān)放大器中，常采用晶體管作為開關(guān)器件，晶體管如同開關(guān)一樣，總是處在接通和斷開的狀態(tài)。3種調(diào)速方式的比較表21所示.表21 3種電動(dòng)機(jī)調(diào)速方式對比調(diào)速方式和方法控制裝置調(diào)速范圍轉(zhuǎn)速變化率平滑性動(dòng)態(tài)性能恒轉(zhuǎn)矩或恒功 率效率改變電樞電阻串電樞電阻變阻器或接觸器、電阻器2:1低速時(shí)大用變阻器較好用接觸器、電阻器較差無自動(dòng)調(diào)節(jié)能力恒轉(zhuǎn)矩低改變電樞電壓電動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)組或電機(jī)擴(kuò)大機(jī)（磁放大器）10:1～20:1小好較好恒轉(zhuǎn)矩60%～70%靜止變流器晶閘管變流器50:1～100:1小好好恒轉(zhuǎn)矩80%～90%直流脈沖調(diào)寬晶體管或晶閘管直流開關(guān)電路50:1～100:1小好好恒轉(zhuǎn)矩80%～90%改變磁通串聯(lián)電阻或可變直流電源直流電源變阻器3:1～5:1較大差差恒功率80%～90%電機(jī)擴(kuò)大機(jī)或磁放大器好較好晶閘管變流器好 由表21知，對于要求在一定范圍內(nèi)無級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最佳，而變電樞電壓調(diào)速方法亦是應(yīng)用最廣的調(diào)速方法。 （4）、對該數(shù)字式直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的性能做出總結(jié)。（2）、完成以C8051F020為控制核心的直流電機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)。 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)為：以C8051F020為核心，由轉(zhuǎn)速環(huán)、顯示、按鍵控制等電路組成。 論文主要研究內(nèi)容 本課題的研究對象為直流電動(dòng)機(jī)，對其轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。因此該實(shí)驗(yàn)中選用Cygnal公司的單片機(jī)C8051F020。隨著單片機(jī)的發(fā)展，數(shù)字化直流PWM調(diào)速系統(tǒng)在工業(yè)上得到了廣泛的應(yīng)用，控制方法也日益成熟。由于它具有良好的線性調(diào)速特性，簡單的控制性能，高效率，優(yōu)異的動(dòng)態(tài)特性，現(xiàn)在仍是大多數(shù)調(diào)速控制電動(dòng)機(jī)的最優(yōu)選擇。 本課題研究目的及意義直流電動(dòng)機(jī)是最早出現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)，也是最早實(shí)現(xiàn)調(diào)速的電動(dòng)機(jī)。 總結(jié) 隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，對直流電氣傳動(dòng)在起制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度、調(diào)速范圍、靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)響應(yīng)等方面都提出了更高的要求，這就要求大量使用直流調(diào)速系統(tǒng)。根據(jù)不同的應(yīng)用場合，可選擇單象限或四象限運(yùn)行的裝置，裝置本身帶有參數(shù)設(shè)定單元，不需要其它任何附加設(shè)備便可以完成參數(shù)設(shè)定。如西門子公司生產(chǎn)的SIMOREGK 6RA24 系列整流裝置為三相交流電源直接供電的全數(shù)字控制裝置，其結(jié)構(gòu)緊湊，用于直流電機(jī)電樞和勵(lì)磁供電，完成調(diào)速任務(wù)。大型直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)一般采用晶閘管整流來實(shí)現(xiàn)，為了提高調(diào)速系統(tǒng)的性能，研究工作者對晶閘管觸發(fā)脈沖的控制算法作了大量研究，提出了內(nèi)?？刂扑惴āP控制器取代PI調(diào)節(jié)器的方法、自適應(yīng)和模糊PID算法等等。上訴的控制方法僅是直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)應(yīng)用和研究的一個(gè)側(cè)面，國內(nèi)外還有許多學(xué)者對此進(jìn)行了不同程度的研究。該方法對模糊控制理論在小慣性系統(tǒng)上對其應(yīng)用進(jìn)行了嘗試。這種單神經(jīng)元自適應(yīng)智能控制系統(tǒng)不僅具有良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，而且還具有令人滿意的魯棒性與自適應(yīng)性。（3）、單神經(jīng)元自適應(yīng)智能控制的方法。（2）、直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的內(nèi)?？刂品椒?。該方法據(jù)系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的輸入輸出特性，應(yīng)用最小二乘法，即可獲得系統(tǒng)環(huán)節(jié)的內(nèi)部參數(shù)。用于中、小功率的 ～200KW晶閘管直流調(diào)速裝置已作為標(biāo)準(zhǔn)化、系列化通用產(chǎn)品批量生產(chǎn)。用單片機(jī)控制IGBT管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。在直流電動(dòng)機(jī)的控制中，主要使用定頻調(diào)寬法。PWM常取代數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）用于功率輸出控制，其中，直流電機(jī)的速度控制是最常見的應(yīng)用。功率器件控制條件的變化和微電子技術(shù)的使用也使新型的電動(dòng)機(jī)控制方法能夠得到實(shí)現(xiàn)。電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分所用的功率器件亦經(jīng)歷了幾次更新?lián)Q代。正是這些技術(shù)的進(jìn)步使直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)生翻天覆地的變化。相比之下，直流電動(dòng)機(jī)雖然存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較高、維修麻煩等缺點(diǎn)，但由于具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和良好的起、制動(dòng)性能以及易于在寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，因此直流調(diào)速系統(tǒng)至今仍是自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。在可調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)中，按照傳動(dòng)電動(dòng)機(jī)的類型來分，可分為兩大類：直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果知，該單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可對直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速，達(dá)到預(yù)期效果。期望轉(zhuǎn)速則可通過功能按鍵給定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，控制8位PWM信號(hào)輸出可平滑改變電動(dòng)機(jī)電樞電壓，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)升速、降速及反轉(zhuǎn)等功能。論文題目：直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速器硬件設(shè)計(jì)專業(yè)：本科生： （簽名）＿＿＿＿指導(dǎo)教師： （簽名）＿＿＿＿直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速器硬件設(shè)計(jì)摘 要 直流電動(dòng)機(jī)廣泛應(yīng)用于各種場合,為使機(jī)械設(shè)備以合理速度進(jìn)行工作則需要對直流電機(jī)進(jìn)行調(diào)速。該實(shí)驗(yàn)中搭建了基于C8051F020單片機(jī)的轉(zhuǎn)速單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，利用PWM信號(hào)改變電動(dòng)機(jī)電樞電壓，并由軟件完成轉(zhuǎn)速單閉環(huán)PI控制，旨在實(shí)現(xiàn)直流電動(dòng)機(jī)的平滑調(diào)速，并對PI控制原理及其參數(shù)的確定進(jìn)行更深的理解。實(shí)驗(yàn)中使用霍爾元件進(jìn)行電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的檢測、反饋。、電機(jī)轉(zhuǎn)速可以在3秒左右達(dá)到穩(wěn)定。關(guān)鍵字：直流電機(jī)， C8051F020，PWM，調(diào)速，數(shù)字式Subject: Hardware Design of Speed Regulator for DC motorMajor: Name: (Signature)＿＿＿＿Instructor: (Signature) ＿＿＿＿Hardware Design of Speed Regulator for DC motorAbstract The dc motor is a widely used machine in various speed regulaiting systerm is used to satisfy the requirement that the speed of dc motor be controlled over a range in some applications. In this experiment,the digital Closeloop control systerm is based on C8051F020 used PI regulator and PWM to regulate the speed of dc motor. The method of speed regulating of dc motor is discussed in this paper and, make a deep understanding about PI to experiment ,the armature voltage can be controlled linearnized with regulating the 8 bit the dc motor can accelerate or decelerate or experiment, hall ponent is used as a detector and feed back the speed .The expecting speed can be given by using the PI regulator,the dc motor will have a stable speed in ten seconds when choose P value as and I value as . At last,the experiment shows that the speed regulating systerm can work as expected.Key words: dc motor,C8051F020,PWM,speed regulating,digital目錄第一章 緒論 1 1 國內(nèi)外發(fā)展概況 2 國內(nèi)發(fā)展概況 2 國外發(fā)展概況 3 總結(jié) 4 本課題研究目的及意義 4 論文主要研究內(nèi)容 4第二章 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速器工作原理 6 直流電機(jī)調(diào)速方法及原理 6(脈寬調(diào)制)調(diào)速工作原理 7 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理 11 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 11 12 13 14 采用PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)無靜差調(diào)速系統(tǒng) 15 數(shù)字式轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)系統(tǒng)原理 17 17 數(shù)字式PI調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)原理 18第三章 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速器硬件設(shè)計(jì) 20 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)總體方案及框圖 20 20 總體框圖 20 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 20 C8051F020單片機(jī) 20 單片機(jī)簡介 20 使用可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器陣列獲得8位PWM信號(hào) 23 單片機(jī)端口配置 23 25 LED顯示電路 26 按鍵控制電路 27 轉(zhuǎn)速檢測、反饋電路 28 12V電源電路 30 31第四章 實(shí)驗(yàn)運(yùn)行結(jié)果及討論 32 實(shí)驗(yàn)條件及運(yùn)行結(jié)果 32 開環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果 32 單閉環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果 32 結(jié)果分析及討論 32 實(shí)驗(yàn)中遇到的問題及討論 33結(jié)論 34致謝 35參考文獻(xiàn) 36論文小結(jié) 38附錄1 直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速器硬件設(shè)計(jì)電路圖 39附錄2 直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)程序清單 42附錄3 硬件實(shí)物圖 57第一