【正文】 ................. 29 過(guò)流保護(hù)電路 ............................................................................................ 29 過(guò)壓、欠壓保護(hù)電路 ................................................................................ 30 鍵盤(pán)與顯示電路 .................................................................................................. 30 鍵盤(pán)電路 .................................................................................................... 30 顯示電路 .................................................................................................... 31 第 5 章 基于單片機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ................................................................... 33 程序設(shè)計(jì)思想 ...................................................................................................... 33 主程序 .................................................................................................................. 33 初始化程序 ............................................................................................... 34 鍵處理程序設(shè)計(jì) ....................................................................................... 36 LED 動(dòng)態(tài)顯示子程序 ............................................................................... 37 捕捉中斷服務(wù)程序 .............................................................................................. 38 采樣中斷服務(wù)程序 .............................................................................................. 39 轉(zhuǎn)速計(jì)算子程序 ........................................................................................ 40 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 ........................................................................................ 40 波形發(fā)生控制程序 ................................................................................... 42 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................. 45 致謝 ..................................................................................................................................... 47 基于 80C196MC 單片機(jī)直流伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) II 基于 80C196MC 單片機(jī)直流伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 摘要 本文主要論述三相直流伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。直流伺服電機(jī)內(nèi)置 3 個(gè)霍爾傳感器，用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置，決定電機(jī)的換相，系統(tǒng)根據(jù)該信號(hào)計(jì)算電機(jī)的轉(zhuǎn)速，用于實(shí)現(xiàn)速度反饋控制。 軟件方面根據(jù)直流伺服電動(dòng)機(jī)的組成、脈寬調(diào)制和工作原理，結(jié)合 80C196MC 的硬件部分和軟件編程的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了無(wú)刷直流調(diào)速系統(tǒng)的軟件。 關(guān)鍵字 ：直流伺服電動(dòng)機(jī)； 16 位單片機(jī)；位置傳感器；閉環(huán)系統(tǒng)； MOSFET；功率驅(qū)動(dòng) 基于 80C196MC 單片機(jī)直流伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) III The designations of the BLDCM velocity modulation system based on the 80C196MC single chip microputer Abstract This article mainly discusses the designations of threephase BLDCM velocity modulation system. The master controlled unit is BLDCM specialpurpose control chip 80C196MC, assistances with the keyboard, the monitor, examines the electric circuit, the power electric circuit, actuates the electric circuit, the protection circuit and so on. The BLDCM with 3 Hall sensors establishing inside, to exam the position of the rotor and decide the phase change of electrical machinery, the system calculates the rotational speed of the electrical machinery to realize the velocityfeedback control according to the Hall signal. The rotational speed of the system is offered by the keyboard entry, and the realtime rotational speed can be display。 The power actuation selects the integrated chip IR2130 with protection circuit and overelectric current output , which can realize the electrical machinery’s highfrequency and quickstarting。 6bit Singlechip Microputer。 Closedloop system。 Power actuation. 基于 80C196MC 單片機(jī)直流伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) I 第 1 章 緒論 直流伺服電動(dòng)機(jī)發(fā)展及現(xiàn)狀 傳統(tǒng)直流電機(jī)采用機(jī)械機(jī)構(gòu)（電刷）進(jìn)行換向，因而存在機(jī)械摩擦，并由此帶來(lái)電磁噪聲、換向火花、以及壽命短等缺點(diǎn)，再加上制造成本高、維修困難，從而極大的限制了它的發(fā)展和應(yīng)用范圍。經(jīng)過(guò)幾十年的努力，終于在 60 年代實(shí)現(xiàn)了這一愿望。但是釤和 鈷的價(jià)格昂貴，限制了永磁無(wú)刷電機(jī)的前進(jìn)步伐。 進(jìn)入 90 年代以來(lái)，隨著電力電子工業(yè)的飛速發(fā)展，許多高性能半導(dǎo)體功率器件，如 GTR、 MOSFET、 IGBT、 MCT 等相繼問(wèn)世，以及微處理器、大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，逆變裝置也發(fā)生了根本性的變化。同時(shí)，永磁材料的性能不斷提高和完善，特別是 釹、 鐵 、 硼永磁材體的熱穩(wěn)定性和耐腐蝕性的改善，加上永磁電機(jī)研究和開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)的逐步成熟，稀土永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用和開(kāi)發(fā)進(jìn)入一個(gè)新階段，目前正朝著超高速、高轉(zhuǎn)矩，高功能化、微型化方向發(fā)展 [3]。它由一臺(tái)永磁同步電動(dòng)機(jī)的本體，一套電子換向開(kāi)關(guān)電路（又稱逆變器） ,和轉(zhuǎn)子位置傳感器所組成 。直流伺服電動(dòng)機(jī)的電樞繞組像交流電機(jī)的繞組一樣，采用多相形式，經(jīng)由逆變器接到直流電源上，定子采用位置傳感器實(shí)現(xiàn)電子換相來(lái)代替有刷直流電機(jī)的電刷和換向器，各相逐次通電產(chǎn)生電流，定子磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子磁極主磁場(chǎng)相互作用，產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。轉(zhuǎn)子上沒(méi)有繞組，也就沒(méi)有了勵(lì)磁損耗，又由于主磁場(chǎng)是恒定的，因此鐵損也是極小的 (在方波電流驅(qū)動(dòng)時(shí)，電樞磁勢(shì)的軸線是脈動(dòng)的， 會(huì)在轉(zhuǎn)子鐵心內(nèi)產(chǎn)生一定的鐵損，采用正弦波電流驅(qū)動(dòng)比方波電流鐵損更小 )。 直流伺服電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用 由于直流伺服電動(dòng)機(jī)既具有交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等 一系列優(yōu)點(diǎn)，又具有直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率高、無(wú)勵(lì)磁損耗以及調(diào)速性能好的特點(diǎn)，故在當(dāng)今國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，如醫(yī)療器 械、儀表儀器、化工、輕紡以及家用電器等方面的應(yīng)用日益普及。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，在功率不大于 KW10 且連續(xù)運(yùn)行的情況下，為 了減少體積，節(jié)省材料，提高效率和降低能耗，越來(lái)越多的電機(jī)正被直流伺服電動(dòng)機(jī)逐步取代，這類(lèi)應(yīng)用 :有自動(dòng)門(mén)、電梯、水泵、風(fēng)機(jī)等。 調(diào)速驅(qū)動(dòng)機(jī) 械 速度需要任意設(shè)定和調(diào)節(jié)，但控制精度要求不高的調(diào)速系統(tǒng)分為兩種 :一種 是開(kāi)環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，另一種是閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) (此時(shí)的速度反饋器件多采用低分辨率 的脈沖編碼器或交、直流測(cè)速等 )。這在包裝機(jī)械、食品機(jī)械、印刷機(jī)械、物料輸送機(jī)械、紡織機(jī)械和交通車(chē)輛中有大量應(yīng)用 [6][7]。近幾年來(lái)，由于直流伺服電動(dòng)機(jī)體積小、重量小和高效節(jié)能等一系列優(yōu)點(diǎn)，中小功率的交流變頻系統(tǒng)正逐步被直流伺服電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)所取基于 80C19 單片機(jī)伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)軟硬 件設(shè)計(jì) 3 代，特別是在紡織機(jī)械、印刷機(jī)械等原來(lái)應(yīng)用變頻系統(tǒng)較多的領(lǐng)域，而在一些直接由電池供電的直流電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，則更多的由直流伺服電動(dòng)機(jī)所取代。直流伺服電動(dòng)機(jī) 由于其良好的控制性能，在高速 、高精度定位系統(tǒng)中逐步取代了直流電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)，成為其首選的伺服電機(jī)之一。 課題主要研究?jī)?nèi)容 本文以高性能的電機(jī)專(zhuān)用控制芯片 80C196MC 為控制核心，輔以鍵盤(pán)、顯示、檢測(cè)反饋電路，研制三相大功率永磁直流伺服電動(dòng)機(jī)數(shù)字化控制系統(tǒng)。從直流伺服電動(dòng)機(jī)的基本原理出發(fā)，導(dǎo)出了其等效電路圖和數(shù)學(xué)模型。 2．對(duì)單片機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀和特點(diǎn)進(jìn)行探討，對(duì)本文中將使用到的 80C196MC 做了重點(diǎn)論述，并設(shè)計(jì)基于單片機(jī)控制的有位置傳感器控制方案。根據(jù)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和所采用的控制策略，調(diào)速系統(tǒng)各個(gè)環(huán)節(jié)的軟件構(gòu)成。 基于 80C19 單片機(jī)伺服電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)軟硬 件設(shè)計(jì) 4 第 2 章 直流伺服電動(dòng)機(jī)的工作過(guò)程 直流伺服電動(dòng)機(jī)是近幾十年來(lái)隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的一種新型電動(dòng)機(jī)，其基本工作原理是借助反映轉(zhuǎn)子位置的位置信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)逆變電路的功率開(kāi)關(guān)元件，使電樞繞組依一定順序?qū)?，從而在電機(jī)氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，拖動(dòng)永磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。 直流伺服電動(dòng)機(jī)基本組成 直流伺服電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖如圖 所示。 圖 直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖 電動(dòng)機(jī)本體 直流伺服電動(dòng)機(jī)本體在結(jié)構(gòu)上與永磁同步電機(jī)相似，但沒(méi)有籠形繞組和其它氣動(dòng)裝置。 圖 中的電動(dòng)機(jī)為三 相兩極。位置傳感器負(fù)責(zé)跟蹤轉(zhuǎn)子并電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸相聯(lián)接。由于電子開(kāi)關(guān)線路的導(dǎo)通次序是與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角同步的，因而起到了機(jī)械換向器的作用。當(dāng)定子繞組的某一相通電時(shí)，該電流與轉(zhuǎn)子磁極所產(chǎn)生的磁場(chǎng)互相作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，再由位置傳感器將轉(zhuǎn)子磁極位置變換成電信號(hào)，去控制電子換向線路，從而使定子各 相繞組按一定次序通電，使定子相電流隨轉(zhuǎn)子位置的變化按一定的次序換向，從而使電機(jī)能夠連續(xù)工作。目前在直流無(wú)刷電機(jī)中常用的位置傳感器有以下幾種類(lèi)型： 1．電磁式位置傳感器 電磁式位置傳感器是利用電磁效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)位置測(cè)量。但這種傳感器的信噪比低，同時(shí)其輸出波形為交流，一般需要經(jīng)過(guò)整流、濾波后才可使用。這類(lèi)傳感器性能比較穩(wěn)定，但存在輸出信號(hào)信噪比較大、光源燈泡壽命短、使用環(huán)境要求高等缺點(diǎn)。目前常見(jiàn)的磁敏式傳感器有霍爾元件、霍爾集成電路、磁敏電阻