【正文】 ............................................................... 13 3． 1． 2 數字 PID 算法的實現 ............................................................................................ 16 3． 2 數字測速模塊 .................................................................................................................. 17 3． 2． 1 數字測速模塊的設計思想與算法 .......................................................................... 17 3． 2． 2 數字測速系統(tǒng)流程圖 ........................................................................................... 18 3． 3 128? 64LCD 顯示模塊 ........................................................................................................ 18 3． 3． 1 128? 64LCD 顯示器的控制方法 .............................................................................. 18 3． 3． 2 128? 64LCD 顯示器的顯示子程序流程 圖 ................................................................ 20 3． 4 行列式鍵盤輸入模塊 ........................................................................................................ 20 3． 4． 1 行列式鍵盤輸入模塊的設計思想 .......................................................................... 20 3． 4． 2 行列式鍵盤輸入模塊的程序 流程圖 ...................................................................... 21 3． 5 PWM 調速方法設計 .......................................................................................................... 21 3． 5． 1 對 PWM 控制的介紹 ............................................................................................. 21 3． 5． 2 PWM 脈沖的產生 .................................................................................................. 24 3． 5． 3 PWM 脈沖產生模塊的程序流程圖 ......................................................................... 25 V 4 總結與展望 ................................................................................................................................... 25 參考文獻 ......................................................................................................................................... 26 致謝 ...................................................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。而對生產而言，電機調速是人們一直在研究的課題。其中，對直流電機轉速的控制方法 可分為兩類：勵磁控制與電樞電壓控制。這類方法，控制功率小； 轉速較低時 ，收到磁飽和的限制；當轉速較高時，收到換向火花和換向器結 構強度的限制；而且， 由于勵磁線圈存在較大電感，導致了系統(tǒng)動態(tài)響應較差。電樞電壓控制方式也可分為兩種：一為調節(jié)電壓，二為 調節(jié)電流 。 然而單片機作為一種可編程控制器，已經 得到成熟的應用。單片機具有性能高、體積小、速度快、穩(wěn)定可靠、經濟、應用廣泛、高通用性等優(yōu)點。 由于 PWM 控制技術的控制簡單、靈活和較好的動態(tài)響應等優(yōu)點，而成為電力電子技術最廣泛應用的控制方式。直到邁進上世紀 80年代，隨著全控型電力電子器件的出現和迅猛發(fā)展， PWM 控制技術終于得到了真正的實現與應用。 PWM 控制技術獲得了空前發(fā)展。 在如此多樣的 PWM控制技術中 SPWM 控制技術是其中最為成熟的控制方法，而本課題也將采用此種控制方法。它的控制手段、算法和方法 很多樣，作為最早發(fā)展起來的控制策略，模擬 PID 控制長期以來形成了典型的結構，并且在參數整定較方便，能夠滿足一般控制的要求。 隨著計算機技術和終能控制理論的逐步發(fā)展，以軟件實現的數字 PID 控制技術逐漸發(fā)展起來。 本課題 設計是以 51 系列單片機為控制核心，產生占空比由數字 PID 算法控制的 PWM 2 脈沖信號實現對直流電機轉速的控制。人機界面采用 128? 64LCD顯示器顯示電機當前的參數、 正反轉狀態(tài)、轉速以及 運行時間 ，通過 4? 4 鍵盤實現：數字PID 參數設置、電機正反轉、加速、減速、啟動、停止。 1 調速 系統(tǒng)總體設計 1． 1 系統(tǒng)總體 設計 說明 本文 設計了 一個直流電機的調速控制系統(tǒng)，以單片機為控制核心產生 PWM 信號對直流電機的供電電源進行控制從而達到調速目的。 其中總體設計中設計如下模塊： PWM 產生及控制、功率放大及驅動電路、電機測速、閉環(huán)速度反饋電路、 PID 控制器、速度顯示、鍵盤控制 、保護性電路。因為單片機的硬件結構與指令系統(tǒng)都是按工業(yè)控制的要求設計制作的，常用作于工業(yè)的檢測、控制裝置中，因此也稱作微控制器（ MicroController）或嵌入式控制器（ EmbeddedController）。其內部結構包括：中央處理器、只讀存儲器、隨機存取存儲器 、并行輸入 /輸出口、定時 /計時器、中斷系統(tǒng)。它的性能特點有： 1內部程序存儲器： 4KB； 3內部數據存儲器： 128KB； 3外部 程序存儲器：可擴展到 64KB； 4外部數據存儲器：可擴展到 64KB； 5輸入 /輸出口線： 32 根（ 4個端口，每個端口 8根）； 6定時 /計數器： 2 個 16 位可編程的定時 /計數器； 7串行口：全雙工， 2根； 8寄存器區(qū)：在內部數據寄存器的 128B中劃出一部分作為寄存器區(qū)，分為 4個區(qū)，每個區(qū) 8個通用寄存器； 9中斷源： 5 個中斷源， 2個優(yōu)先級； 10 堆棧：最深 128B； 11布爾 4 處理器：就是處理器，對某些單元的某位做單獨處理； 12指令系統(tǒng)（系統(tǒng)時鐘為 12MHz時）：大部分指令執(zhí)行時間為 1us，少部分指令執(zhí)行時間為 2us，只有乘、除指令的執(zhí)行時間為 4us。 圖 MCS51單片 機的引腳圖 5 2． 1． 2 單片機 在 電機控制 方面的應用 從 20 世紀 80 年代起，微處理器、單片機得到了飛速發(fā)展，其運行速度增快、運算精度增高、處理能力加強、功能更加多樣、結構更加簡單、可靠性也得到提高，已有足夠的能力 完成具有強實時性的電動機控制要求。到了 20 世紀 90 年代，單片機技術得到進一步發(fā)展，出現了 32位的單片機，它強大的功能已經能使單片機全數字控制的交流調速系統(tǒng)性能和精度優(yōu)于模擬控制，功能更加完善，具有很強的通信聯網功能，使電動機傳 動系統(tǒng)成為工廠自動化系統(tǒng)中的一級執(zhí)行機構。工業(yè)先進 的國家所應用的交流電動機調速系統(tǒng)已 經基本實現數字化。從計算機輸出地信號主要為：交流裝置功率半導體元器件的觸發(fā)信號，用于控制輸出電壓、 電流的頻率、幅值和相位信號，電機系統(tǒng)的運行和故障狀態(tài)指示信號，及上位機或系統(tǒng)的 通信信號等。 電動機系統(tǒng)采用單片機控制具有的優(yōu)越性：容易獲得高精度的穩(wěn)態(tài)調整性能，可獲得優(yōu)化的控制質量，能方便靈活地實現多種控制策略，提高系統(tǒng)工作的可靠性。 2． 2 電機驅動電路設計 2． 2． 1 驅動電路原理介紹 在直流電機驅動方面，普遍應用 H橋電路來實現對直流電機的調速 ，如圖 31。 若想要讓電機運行，需要導通對角的兩個三極管， Q1 與 Q4或 Q2與 Q3。 此時，電流以從左往右的方向流過電機，從而使電機按順時針方向運轉。此時，電流以從右往左的方向流過電機 ，從而使電機按 逆 時針方向運轉。 L298N 是一款由 SGS 公司生產的直流電機控制芯片。以L298N 構造組成的 PWM 功率放大器的工作形式為單級可逆模式， 2個 H橋的下側橋晶體管發(fā)射極連接 在一起。 L298 可驅 動 2個電機， OUT OUT2 和 OUT OUT4 之間分別接 2個電動機。 圖 L298內部結構圖 圖 L298引腳圖 8 2． 2． 3 調速系統(tǒng)驅動電路設計及分析 本調速系 統(tǒng)的驅