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基于單片機(jī)的脈寬調(diào)制控制電路的設(shè)計(jì)-閱讀頁(yè)

2025-07-12 19:40本頁(yè)面
  

【正文】 制的勵(lì)磁控制法和對(duì)電樞電壓進(jìn)行控制的電樞控制法。對(duì)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)離不開半導(dǎo)體功率器件.在對(duì)直流電動(dòng)機(jī)電樞電壓的控制和驅(qū)動(dòng)中,對(duì)半導(dǎo)體功率器件的使用上又分為兩種方式:線性放大驅(qū)動(dòng)方式和開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是:控制原理簡(jiǎn)單.輸出波動(dòng)小.線性好,對(duì)鄰近電路干擾?。枪β势骷诰€性區(qū)工作時(shí)會(huì)將大部分電功率用于產(chǎn)生熱量,效率和散熱問(wèn)題嚴(yán)重,因此這種方式只用于數(shù)瓦以下的微小功率直流電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。開關(guān)驅(qū)動(dòng)方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開關(guān)狀態(tài),通過(guò)脈寬調(diào)制 PWM 來(lái)控制電動(dòng)機(jī)電樞電壓,實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 t1 秒后,柵極輸入變?yōu)榈碗娖剑_關(guān)管截止,電動(dòng)機(jī)電樞兩端電壓為0 . t2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(guò)程。占空比 α 表示了在一個(gè)周期 T 里,開關(guān)管導(dǎo)通的時(shí)間與周期的比值。由式( 22 )可知,當(dāng)電源電壓 US不變的情況下,電樞的端電壓的平均值 U0取決于占空比α的大小,改變?chǔ)林稻涂梢愿淖兌穗妷旱钠骄?,從而達(dá)到調(diào)速的目的,這就是 PWM 調(diào)速原理。雙極性驅(qū)動(dòng)電路有兩種一種稱為 T 型,它由 2 個(gè)開關(guān)管組成,采用正負(fù)電源.相當(dāng)于 2 個(gè)不可逆系統(tǒng)的組合,由于形狀像倒放的“ T ”字,所以稱為T 型.T型雙極性驅(qū)動(dòng)由于開關(guān)管要承受較高的反向電壓,因此只用在低壓小功率直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。 H 型雙極性驅(qū)動(dòng)應(yīng)用較多,因此在這里將詳細(xì)介紹。它由 4 個(gè)開關(guān)管和 4 個(gè)續(xù)流二極組成,單電源供電. 4 個(gè)開關(guān)管分成兩組, V1 、V4為一組, V2 、V3一組。在每個(gè) PWM里,當(dāng)控制信號(hào) Ui1高電平時(shí),開關(guān)管 V1 V4導(dǎo)通,此時(shí) Ui2為低電平.因 此 VV3截止,電樞繞組承受從 A 到 B 的正向電壓;當(dāng)控制信號(hào)Ui1低電平時(shí),開關(guān)管 VV4 . 截止,此時(shí) Ui2為高電平.因此 VV3 導(dǎo)通,電樞繞組承受從 B 到A的反向電壓,這就是所謂的“雙極”。雖然此時(shí)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn).但電樞繞組中仍然有交變電流流動(dòng),使電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生高頻振蕩.這種振蕩有利于克服電動(dòng)機(jī)負(fù)載的靜摩擦,提高動(dòng)態(tài)性能。本設(shè)計(jì)選用7位共陰極LED數(shù)碼管,其引腳圖如圖28所示。這種顯示器分為共陰極和共陽(yáng)極兩種形式,在本設(shè)計(jì)中,我采用的是共陰極形式。 通常七段LED數(shù)碼顯示器有8個(gè)發(fā)光二極管,其中七個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成一個(gè)“8”,一個(gè)發(fā)光二極管用于顯示小數(shù)點(diǎn),這8個(gè)筆段分別用a~h表示??芍苯域?qū)動(dòng)LED顯示器。整個(gè)系統(tǒng)力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,功能完善。由 C8051 單片機(jī)發(fā)出 PWM 控制信號(hào),通過(guò)光電藕合器 4N25 與 LMD18200 的引腳 3 相連,其目的是隔離,以避免 LMD18200 的驅(qū)動(dòng)電路對(duì)控制信號(hào)的干擾。系統(tǒng)下作原理:在新的采樣周期到來(lái)時(shí),光電編碼器測(cè)得電機(jī)的速度,并通過(guò)編碼器接口電路反饋到單片機(jī)。單片機(jī)根據(jù)得到的控制量,改變輸出PWM信號(hào)的脈寬。整體設(shè)計(jì)的工作過(guò)程是單片機(jī)讀取鍵盤的按下狀況,通過(guò)脈寬控制波形的輸出經(jīng)過(guò)光電隔離,通過(guò)LMD18200的雙極性控制進(jìn)行對(duì)直流電機(jī)的控制,實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)啟動(dòng)、制動(dòng)、正反轉(zhuǎn)控制和順序控制。第3章 軟件控制程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括單片機(jī)程序和在上位機(jī)土運(yùn)行的應(yīng)用程序。 主程序流程圖主程序的結(jié)構(gòu)如圖 31 所示。 PID控制程序通過(guò)采集實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速值與設(shè)定值的偏差,通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的PID調(diào)節(jié)器的運(yùn)算,從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)的閉環(huán)控制。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,參數(shù)易于調(diào)整,適應(yīng)性廣。開始計(jì)算控制參數(shù)A,B,C設(shè)置初始值e(k1)=e(k2)=0本次采樣輸入c(k)計(jì)算控制量Δμ(k)=Ae(k)Be(k1)+Ce(k2)計(jì)算偏差值e(k)=r(k)c(k)輸出Δμ(k)為下一時(shí)刻準(zhǔn)備e(k1)→e(k2) e(k)→e(k1)采樣時(shí)刻?被控制對(duì)象電機(jī)是否圖32 增量式數(shù)字PID控制程序的流程圖第4章 運(yùn)行與調(diào)試 系統(tǒng)調(diào)試中的問(wèn)題和解決方法在完成了硬件連接以及軟件編程的工作后,此控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本完成,進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)試階段。編程中發(fā)現(xiàn),對(duì)寄存器進(jìn)行讀寫操作時(shí)經(jīng)常發(fā)生問(wèn)題,比如向某個(gè)寄存器寫入數(shù)據(jù)時(shí)。在調(diào)試中,發(fā)現(xiàn)將開發(fā)機(jī)和單片機(jī)斷開,單片機(jī)不能正常工作,最后發(fā)現(xiàn)在開發(fā)機(jī)使用的軟件MPLABLED中,默認(rèn)為程序下載設(shè)置是調(diào)試模式,在ENABLE DEBUG MODE項(xiàng)關(guān)閉后,單片機(jī)正常工作。在調(diào)試過(guò)程中,我們可以分為兩個(gè)部分,一個(gè)是程序流程的控制,一個(gè)是單片機(jī)狀態(tài)的查詢,兩者之間相互搭配,才能完成程序調(diào)試的目的。不管在前面介紹單片機(jī)功能有多復(fù)雜,其實(shí)最后在程序?qū)懲旰?,所有的?shù)據(jù)都在存儲(chǔ)器中,程序存儲(chǔ)器放的是我們的程序代碼,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器包括特殊功能寄存器和程序中變量所使用的寄存器。最后,在重新燒寫修改過(guò)的程序代碼后,程序開始運(yùn)行,系統(tǒng)正常工作。無(wú)論是基礎(chǔ)知識(shí)還是專業(yè)知識(shí)都被設(shè)計(jì)統(tǒng)一起來(lái),使零散的知識(shí)系統(tǒng)化,形成了一種能力,這也是畢業(yè)設(shè)計(jì)所要達(dá)到的目的。人生的路是漫長(zhǎng)而曲折的,在這漫長(zhǎng)而曲折的道路上需要自己的不斷努力與拼搏。“路漫漫其修遠(yuǎn)兮,我將上下而求索”。[2]何力民. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)[M ].2003,北京航空航天大學(xué)出版社。[4]林家瑞,電子工程師指南(集成電路應(yīng)用手冊(cè)),1987 ,華中工學(xué)院出版社。[6][M].2006,中國(guó)電力出版社。[8]張軍AVR單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)典型實(shí)例[M].2004,中國(guó)電力出版社。 [10] 馬忠梅.單片機(jī) C 語(yǔ)言Windows環(huán)境編程寶典[M].2001,北京航空航天大學(xué)出版。每當(dāng)我遇到困難和問(wèn)題時(shí),導(dǎo)師答疑解難、不厭其煩的講解才使我對(duì)本次設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)更加深刻全面,李老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度他豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的工作作風(fēng),刻苦鉆研、不斷創(chuàng)新的治學(xué)精神使我終身受益。通過(guò)本次的畢業(yè)設(shè)計(jì).使我發(fā)現(xiàn)自己對(duì)以前所學(xué)知識(shí)的理解不夠系統(tǒng)、不夠完善,在這一過(guò)程中鞏固了相當(dāng)多的理論知識(shí),鍛煉了獨(dú)立思考問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和動(dòng)手實(shí)踐的能力.在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中,由于我是第一次進(jìn)行如此系統(tǒng)、完整的開發(fā)設(shè)計(jì),某些方面我可能有較多的問(wèn)題沒有考慮到,而且也沒有更多時(shí)間去進(jìn)行詳細(xì)的推敲。20
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