基于51單片機(jī)單閉環(huán)數(shù)字控制課程設(shè)計(jì)

1、運(yùn)動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)題 目：基于AT89C52單片機(jī)單閉環(huán)PWM直流數(shù)字控制系統(tǒng) 專業(yè)班級(jí)： 1002 姓 名： 秦凱新 學(xué) 號(hào)： 201046820427 指導(dǎo)教師： 張智強(qiáng) 目 錄1.引言12.設(shè)計(jì)方案12.1 系統(tǒng)總方案論證與選擇12.2 PID控制算法的設(shè)計(jì)22.3 單片機(jī)的選型：52.4 測(cè)速裝置的選型：52.4.1霍爾傳感器測(cè)速52.4.2編碼盤測(cè)速63 硬件部分63.1單片機(jī)最小系統(tǒng)63 .2 PWM控制直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)模塊設(shè)計(jì)73.4檢測(cè)回路模塊設(shè)計(jì)83.6按鍵模塊設(shè)計(jì)93.7顯示模塊設(shè)計(jì).94 軟件部分103.1 PID控制程序設(shè)計(jì)103.1.1位置式電機(jī)PID控制程序設(shè)計(jì)103.

2、1.2增量式電機(jī)PID控制程序設(shè)計(jì)123.2經(jīng)測(cè)速裝置由PID運(yùn)算后PWM波形的產(chǎn)生程序設(shè)計(jì)143.2.1直流電機(jī)調(diào)速原理143.2.2 PWM基本原理及實(shí)現(xiàn)方法143.2.3 PWM在直流調(diào)速中的應(yīng)用153.2.3PWM產(chǎn)生軟件設(shè)計(jì)思路153.3顯示模塊程序設(shè)計(jì)18附錄：21參考文獻(xiàn)22II1.引言由于直流電動(dòng)機(jī)具有良好的起動(dòng)、制動(dòng)性能,適宜在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速,因此在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動(dòng)系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。而且,從控制的角度來看,直流調(diào)速還是交流調(diào)速，都用到拖動(dòng)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。早期直流電動(dòng)機(jī)的控制均以模擬電路為基礎(chǔ),由運(yùn)算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成,控制系統(tǒng)的

3、硬件部分非常復(fù)雜,功能單一,而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試?yán)щy, 觸發(fā)精度易受電網(wǎng)電壓波動(dòng)的影響，觸發(fā)脈沖不對(duì)稱度較大，調(diào)節(jié)器中的運(yùn)算放大器，因網(wǎng)壓和溫度變化引起的漂移會(huì)產(chǎn)生運(yùn)算誤差，模擬器件老化也會(huì)引起運(yùn)算誤差，甚至使已經(jīng)整定好的系統(tǒng)性能變差，這些都阻礙了直流電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用范圍的推廣。隨著單片機(jī)技術(shù)的日新月異,使許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來完成,不但為直流電動(dòng)機(jī)的控制提供了更大的靈活性,而且使系統(tǒng)能達(dá)到了更高的性能。 2.設(shè)計(jì)方案 2.1 系統(tǒng)總方案論證與選擇對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制有一般有兩種方式，一種是開環(huán)控制，一種是閉環(huán)控制。開環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、穩(wěn)定、可靠。若組成系統(tǒng)的元件

4、特性和參數(shù)值比較穩(wěn)定，且外界干擾較小，開環(huán)控制能夠保持一定的精度。缺點(diǎn)是精度通常較低，無自動(dòng)糾偏能力；閉環(huán)控制的優(yōu)點(diǎn)是控制的精度可以達(dá)到很高，而且對(duì)外界的干擾和系統(tǒng)的參數(shù)變化有很好的抑制作用，且可以通過輸出反饋控制系統(tǒng)的控制過程。缺點(diǎn)是存在穩(wěn)定性，振蕩，超調(diào)等一系列問題，對(duì)系統(tǒng)的性能分析和設(shè)計(jì)遠(yuǎn)比開環(huán)控制麻煩。所以采用但閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。圖2 電路組成框圖 按鍵采用4X4矩陣鍵盤，顯示裝置采用1602液晶。通過給定值，然后單片機(jī)檢測(cè)經(jīng)過旋轉(zhuǎn)光碼盤檢測(cè)轉(zhuǎn)速，形成脈沖，送到中斷口，經(jīng)過定時(shí)檢測(cè)中斷次數(shù)，測(cè)得轉(zhuǎn)速，求得偏差，然后經(jīng)過PID運(yùn)算后，來設(shè)定定時(shí)器0的定時(shí)時(shí)間，從而獲得相應(yīng)的脈沖，

5、即PWM脈沖。從而作用于L298專用芯片，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的控制。 2.2 PID控制算法的設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)參數(shù)：先假設(shè)所控制電機(jī)的參數(shù)如下,來設(shè)計(jì)PID的各個(gè)參數(shù)：PN=3KW, nN=1500rpm,UN=220V,IN=17.5A,Ra=1.25 。主回路總電阻R=2.5 ，電磁時(shí)間常數(shù)Tl=0.017s,機(jī)電時(shí)間常數(shù)Tm=0.075s。三相橋式整流電路，Ks=40。測(cè)速反饋系數(shù) =0.07。調(diào)速指標(biāo)：D=30，S=10%?？刂扑惴ㄊ俏C(jī)化控制軟件系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，可以說整個(gè)系統(tǒng)的控制功能主要由控制算法來實(shí)線。所以控制算法的好壞直接決定了這個(gè)系統(tǒng)的好壞。根據(jù)偏差的比例（P）、積分（I）

6、、微分（D）進(jìn)行控制，稱為PID控制。它能滿足相當(dāng)多工業(yè)對(duì)象的控制要求，至今仍是一種應(yīng)用最廣的控制算法。由于是用單片機(jī)控制的系統(tǒng)，故而我們采用數(shù)字PID控制。模擬PID控制規(guī)律的離散化模擬形式離散化形式常用的控制方式 1、P控制 2、PI控制 3、PD控制 4、PID控制 PID算法的兩種類型1、位置型控制例如圖515調(diào)節(jié)閥控制式中 稱為比例項(xiàng) 稱為積分項(xiàng) 稱為微分項(xiàng)2、增量型控制例如圖516步進(jìn)電機(jī)控制綜合考慮PI算法的選擇轉(zhuǎn)角的偏差e以及偏差的微分和積分 分別代表了系統(tǒng)輸出的當(dāng)前、將來和過去的三種狀態(tài)，而PI調(diào)節(jié)器的輸出限幅值則代表了系統(tǒng)消除偏差的能力。合理綜合地運(yùn)用這些信號(hào)，在系統(tǒng)允許的

7、條件下，盡快消除偏差，又不產(chǎn)生或者不產(chǎn)生超調(diào)，可使系統(tǒng)以最合適的速度穩(wěn)定運(yùn)行。 根據(jù)轉(zhuǎn)角偏差、實(shí)際轉(zhuǎn)角變化率的負(fù)值和轉(zhuǎn)角偏差的積分所在的區(qū)間確定調(diào)整規(guī)則，并根據(jù)它們的大小決定調(diào)整的強(qiáng)度，使智能型PI調(diào)節(jié)器參數(shù)隨著偏差的變化而有選擇地變化。當(dāng)偏差大時(shí)，停止積分，并調(diào)整比例系數(shù)Kp，使系統(tǒng)以最大的能力消除偏差；當(dāng)偏差小時(shí)，投入積分，并逐步調(diào)整比例系數(shù)Kp和積分系數(shù)Ki，使系統(tǒng)以最佳過程達(dá)到穩(wěn)態(tài)，最終實(shí)現(xiàn)最佳動(dòng)態(tài)目標(biāo)速度值的調(diào)整。 1> 為滿足調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，額定負(fù)載時(shí)的穩(wěn)態(tài)速降應(yīng)為2> 求閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)有的開環(huán)放大系數(shù) 先計(jì)算電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢(shì)系數(shù) 則開環(huán)系統(tǒng)額定速降為 閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)

8、放大系數(shù)應(yīng)為3> 計(jì)算轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)的反饋系數(shù)和參數(shù)根據(jù)調(diào)速指標(biāo)要求，前已求出閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為K41.22，則運(yùn)算放大器的放大系數(shù)Kp應(yīng)為實(shí)取Kp=2。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，必須在擾動(dòng)作用點(diǎn)以前設(shè)置一個(gè)積分環(huán)節(jié)，從圖可以看出，在負(fù)載擾動(dòng)作用點(diǎn)以后，已經(jīng)有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，故從靜態(tài)無差考慮需要型系統(tǒng)。從動(dòng)態(tài)性能上看，考慮轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和非線性后，調(diào)速系統(tǒng)的跟隨性能與抗擾性能是一致的，而典型型系統(tǒng)具有較好的抗擾性能。所以，轉(zhuǎn)速環(huán)應(yīng)該按典型系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。由圖可以明顯地看出，要把轉(zhuǎn)速環(huán)校正成典型型系統(tǒng)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為式中 Kn轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；tn轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)

9、器的超前時(shí)間常數(shù)；這樣，調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為令n=hTn，h=5，n=hTn=5×0.515=2.573 s則轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為2.3 單片機(jī)的選型：Wl>>n$L  AT89C52是一個(gè)低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S51可為許多

10、嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。優(yōu)點(diǎn)是：省錢，低端，穩(wěn)定，相當(dāng)于32位機(jī)雖差的太遠(yuǎn)，但經(jīng)濟(jì)也是不得不考慮的因素，而且本課程設(shè)計(jì)也是要求只能用51.基于51單片機(jī)的細(xì)節(jié)請(qǐng)參考51的說明書，這里不再贅述。2.4 測(cè)速裝置的選型：2.4.1霍爾傳感器測(cè)速霍爾傳感器是根據(jù)霍爾效應(yīng)制作的一種磁場(chǎng)傳感器?；魻栃?yīng)是磁電效應(yīng)的一種，這一現(xiàn)象是霍爾（A.H.Hall，18551938）于1879年在研究金屬的導(dǎo)電機(jī)構(gòu)時(shí)發(fā)現(xiàn)的。后來發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體、導(dǎo)電流體等也有這種效應(yīng)，而半導(dǎo)體的霍爾效應(yīng)比金屬強(qiáng)得多，利用這現(xiàn)象制成的各種霍爾元件，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)、檢測(cè)技術(shù)及信息處理等方面。霍爾效應(yīng)是研究半導(dǎo)體

11、材料性能的基本方法。通過霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的霍爾系數(shù)，能夠判斷半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電類型、載流子濃度及載流子遷移率等重要參數(shù)。電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈,每一相霍爾傳感器產(chǎn)生2脈沖,且其周期與電機(jī)轉(zhuǎn)速成反比,因此可以利用霍爾傳感器信號(hào)得到電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。為盡可能縮短一次速度采樣的時(shí)間,可測(cè)得任意一相霍爾傳感器的一個(gè)正脈沖的寬度,則電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速為： V=N*30;V:速度 R/minN:每秒采樣的脈沖個(gè)數(shù)霍爾傳感器輸出的是脈沖，可以直接將輸出脈沖接入單片機(jī)外部計(jì)數(shù)器，故而非常簡(jiǎn)單實(shí)用。2.4.2編碼盤測(cè)速其效果跟霍爾測(cè)速一致，但是霍爾元件利用的是電磁產(chǎn)生脈沖，光電編碼器利用的是光產(chǎn)生脈沖。它的原理是通過電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)

12、帶動(dòng)碼盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，碼盤上有很多縫隙，縫隙每經(jīng)過紅外管一次就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，進(jìn)而直接輸入單片機(jī)，經(jīng)過算法處理得到實(shí)際轉(zhuǎn)速。經(jīng)過分析，本次試驗(yàn)選取的是光電碼盤測(cè)速。首先是因?yàn)橥瑫r(shí)測(cè)量霍爾元件和光電編碼器，發(fā)現(xiàn)光電編碼器的靈敏度更高，且其價(jià)格便宜。最關(guān)鍵的是它很好用。3 硬件部分3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)此次選用80C51作為主控制器，下圖為其最小系統(tǒng)電路圖，在此基礎(chǔ)上才能發(fā)揮其功能。圖3 51單片機(jī)最小系統(tǒng)圖中選用12MHz的晶振為其提供基準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖，之所以選用12MHz是為了方便設(shè)置定時(shí)器的初值，另外也有選用11.0592MHz的晶振，這是為了方便設(shè)置波特率，在此課程設(shè)計(jì)沒必要用到波特率，故而選擇12M

13、Hz的晶振。3 .2 PWM控制直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)模塊設(shè)計(jì)L298N是SGS公司的產(chǎn)品，其內(nèi)部包含4通上道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，即內(nèi)含上二個(gè)H橋的高電壓大電流雙全橋式驅(qū)動(dòng)器，接收標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)， 可驅(qū)動(dòng)46V、2A以下的電上機(jī)。由L298N構(gòu)成的PWM功率放大器的工作形式為單極可逆模式，2個(gè)H橋的下側(cè)橋晶體管發(fā)射極連在一起，其引腳排列如圖1所示，1腳和15腳可單獨(dú)引出連接電流采樣電阻器，形成電流傳號(hào)。L298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)電機(jī)，OUTl、OUT2和OUT3、0UT4之間分別接2個(gè)電動(dòng)機(jī)。5、7、10、12腳接輸入控制電平，控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，ENA、ENB接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。這些特性使得L29

14、8N很適合用作小型直流電機(jī)控制芯片。根據(jù)L298N的輸人輸出關(guān)系， PWM信號(hào)輸入端INl和IN2可以控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)(輸入端INl為PWM信號(hào)，輸入端IN2為低電平，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；輸入端IN2為PWM信號(hào)，輸入端INl為低電平，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn))；當(dāng)它為低電平時(shí)，驅(qū)動(dòng)橋路上的4個(gè)晶體管全部截止，使正在運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)電樞電流反向，電動(dòng)機(jī)自由停止。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速由單片機(jī)調(diào)節(jié)PWM信號(hào)的占空比來實(shí)現(xiàn)。電源12V。3.4檢測(cè)回路模塊設(shè)計(jì)檢測(cè)回路利用光電編碼器將轉(zhuǎn)速直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行處理。編碼器是把角位移或直線位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的一種裝置。前者成為碼盤，后者稱碼尺按照讀出方式編碼器可以分為接觸式和非

15、接觸式兩種接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸導(dǎo)電區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“”還是“”；非接觸式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件時(shí)以透光區(qū)和不透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“”還是“”。    按照工作原理編碼器可分為增量式和絕對(duì)式兩種。增量式編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號(hào)，再把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，用脈沖的個(gè)數(shù)表示位移的大小。絕對(duì)式編碼器的每一個(gè)位置對(duì)應(yīng)一個(gè)確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測(cè)量的起始和終止位置有關(guān)，而與測(cè)量的中間過程無關(guān)。圖5 光電編碼器實(shí)物圖光電編碼盤是將測(cè)得的角位移轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)的電脈沖信號(hào)輸出的數(shù)字傳感器，本設(shè)計(jì)采用增量式光電編

16、碼器來采樣轉(zhuǎn)速信號(hào)，如圖8所示。增量式編碼器是專門了用來測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)角位移的累計(jì)量。3.6按鍵模塊設(shè)計(jì) 圖6 按鍵模塊硬件電路 按鍵模塊采用獨(dú)立鍵盤，沒有采用矩陣鍵盤，是因?yàn)楦鶕?jù)系統(tǒng)的要求，并不需要采用矩陣鍵盤。確定鍵：作用是確定給定速度。 設(shè)定速度：是開始設(shè)定給定的速度，擁有最高權(quán)限。設(shè)定速度+：表示增加設(shè)定值。設(shè)定速度-：表示減少設(shè)定值。3.7顯示模塊設(shè)計(jì). 圖7 顯示模塊硬件設(shè)計(jì)電路顯示模塊課程設(shè)計(jì)采用1602液晶，因?yàn)樵趯?shí)際的需要中，操作比較簡(jiǎn)單，詳細(xì)的1602操作指南請(qǐng)參考datasheet;1602液晶僅顯示兩部分，實(shí)際速度和設(shè)定速度。通過速度檢測(cè)和設(shè)計(jì)給定來顯示在液晶上。4 軟件部分

17、3.1 PID控制程序設(shè)計(jì)3.1.1位置式電機(jī)PID控制程序設(shè)計(jì)struct PID       unsigned int SetPoint;                         / 設(shè)定目標(biāo) Desired Value      unsigned int Propo

18、rtion;                      / 比例常數(shù) ProportionalConst      unsigned int Integral;                

19、0;         / 積分常數(shù) Integral Const      unsigned int Derivative;                      / 微分常數(shù) Derivative Const      un

20、signed int LastError;                       / Error-1      unsigned int PrevError;              

21、0;       / Error-2      unsigned int SumError;                      / Sums of Errors  ;  struct PID spid;     

22、                                 / PID Control Structurelong rout;             &

23、#160;                                / PID Response (Output)  long rin;           

24、60;                                    / PID Feedback (Input) void PID_Init(struct PID *pp)        m

25、emset ( pp,0,sizeof(struct PID);     /全部初始化為0 unsigned int PID_Calc( struct PID *pp, unsigned int NextPoint )        unsigned int dError,Error;      Error = pp->SetPoint - NextPoint;        &#

26、160;         / 偏差         pp->SumError += Error;                             

27、   / 積分         dError = pp->LastError - pp->PrevError;      / 當(dāng)前微分       pp->PrevError = pp->LastError;         pp->LastError = Error;    &

28、#160; return (pp->Proportion * Error                     / 比例項(xiàng)         + pp->Integral * pp->SumError          &

29、#160;         / 積分項(xiàng)      + pp->Derivative * dError);                          / 微分項(xiàng)  3.1.2增量式電機(jī)PID控制程序設(shè)計(jì)電機(jī)控制采用增量

30、式PID控制，其控制周期為200ms。在實(shí)際中應(yīng)該使控制周期短些，如20-50ms。由于此次在仿真環(huán)境下效果不是很明顯，故而選用200ms控制周期。void PWMset(int pwm)/PWM設(shè)置if(pwm>=0)DIR=0;PWML=pwm;if(pwm<0)DIR=1;PWML=10000+pwm;/*電機(jī)增量式PID控制*/void Motor_control(void) int PID=0; int P=0; int I=0; int D=0; int out=0; Now_speed2 = Now_speed1; Now_speed1 = Now_speed0; N

31、ow_speed0 = setspeed-speed; P = KP*(Now_speed0-Now_speed1); I = KI* Now_speed0; D = KD*(Now_speed0-2*Now_speed1+Now_speed2); PID = P+I+D;out=last_out+PID;if(out>out_max) out=out_max;if(out<out_min) out=out_min;PWMset(out);last_out=out;通過對(duì)比，我選用了增量式PID控制，通過對(duì)預(yù)設(shè)速度與當(dāng)前反饋的速度進(jìn)行比較，得到偏差，對(duì)偏差進(jìn)行比例積分微分控制，控制

32、電機(jī)，逐漸使偏差為零系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。開始設(shè)置Kp,Ki,Kd參數(shù)PID控制輸出PWM控制輸出電機(jī)測(cè)速單片機(jī)采樣計(jì)算偏差3.2經(jīng)測(cè)速裝置由PID運(yùn)算后PWM波形的產(chǎn)生程序設(shè)計(jì)調(diào)脈寬的方式有三種：定頻調(diào)寬、定寬調(diào)頻和調(diào)寬調(diào)頻。我們采用了定頻調(diào)寬方式，因?yàn)椴捎眠@種方式，電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比較穩(wěn)定；并且在產(chǎn)生PWM脈沖的實(shí)現(xiàn)上比較方便。3.2.1直流電機(jī)調(diào)速原理根據(jù)勵(lì)磁方式不同，直流電機(jī)分為自勵(lì)和他勵(lì)兩種類型。不同勵(lì)磁方式的直流電機(jī)機(jī)械特性曲線有所不同。對(duì)于直流電機(jī)來說，人為機(jī)械特性方程式為：分析(1)式可得當(dāng)分別改變UN、和Rad時(shí)，可以得到不同的轉(zhuǎn)速n，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)速度的調(diào)節(jié)。由于=F(If)，當(dāng)改變勵(lì)磁

33、電流If時(shí)，可以改變磁通量的大小，從而達(dá)到變磁通調(diào)速的目的。但由于勵(lì)磁線圈發(fā)熱和電動(dòng)機(jī)磁飽和的限制，電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流If，和磁通量只能在低于其額定值的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，故只能弱磁調(diào)速。而對(duì)于調(diào)節(jié)電樞外加電阻Rad時(shí)，會(huì)使機(jī)械特性變軟，導(dǎo)致電機(jī)帶負(fù)載能力減弱。理想空載轉(zhuǎn)速n0隨電樞電壓升降而發(fā)生相應(yīng)的升降變化。不同電樞電壓的機(jī)械特性曲線相互平行，說明硬度不隨電樞電壓的變化而改變，電機(jī)帶負(fù)載能力恒定。當(dāng)我們平滑調(diào)節(jié)他勵(lì)直流電機(jī)電樞兩端電壓時(shí)，可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無級(jí)調(diào)速.3.2.2 PWM基本原理及實(shí)現(xiàn)方法其方法是通過改變電機(jī)電樞電壓接通時(shí)間與通電周期的比值即占空比來控制電機(jī)速度這種方法稱為脈沖寬度調(diào)制，簡(jiǎn)稱P

34、WM.調(diào)速原理如圖所示通過控制脈沖占空比來改變電機(jī)的電樞電壓.Vd=Vmax*D (2)由公式(2)可見，當(dāng)我們改變占空比D=t1T時(shí)，就可以得到不同的電機(jī)平均速度Vd，從而達(dá)到調(diào)速的目的。嚴(yán)格地講，平均速度與占空比Vd并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，在一般的應(yīng)用中，可以將其近似地看成線性關(guān)系。3.2.3 PWM在直流調(diào)速中的應(yīng)用PWM廣泛應(yīng)用于直流調(diào)速系統(tǒng)，例如，以往普遍應(yīng)用的晶閘管相控整流直流電機(jī)調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)，現(xiàn)在也發(fā)展了全波步控整流PWM斬波直流電壓調(diào)速系統(tǒng)，開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)也是有直流斬波器供電的。PWM控制技術(shù)是利用半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷把直流電壓變成電壓脈沖序列，并通過控制電壓脈沖寬度或周期

35、以達(dá)到變壓目的，或者控制電壓脈沖寬度和脈沖序列的周期以達(dá)到變壓變頻目的的一種控制技術(shù)。直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式為：n= Ua-IaRaCe-（r/min）式中 Ua電樞端電壓（V）Ia電樞電流（）Ra電樞電路總電阻（）每級(jí)磁通量（Wb）Ce與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)由式可知，直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速n的控制方法可分為兩類，即勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法。勵(lì)磁控制法控制勵(lì)磁通，其控制功率雖然小，但低速時(shí)受到磁極飽和的限制，高速時(shí)受到換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制。而且由于勵(lì)磁線圈電感較大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較差。所以常用的是電樞電壓控制法。Ua=Ud-IaR，雖然調(diào)節(jié)電阻R即可改變端電壓達(dá)到調(diào)速目的，但這種方法效率很低。隨

36、著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，可由PWM斬波器進(jìn)行斬波調(diào)壓。3.2.3PWM產(chǎn)生軟件設(shè)計(jì)思路通過給定值，然后單片機(jī)檢測(cè)經(jīng)過旋轉(zhuǎn)光碼盤檢測(cè)轉(zhuǎn)速，形成脈沖，送到中斷口，經(jīng)過定時(shí)檢測(cè)中斷次數(shù)，測(cè)得轉(zhuǎn)速，求得偏差，然后經(jīng)過PID運(yùn)算后，來設(shè)定定時(shí)器0的定時(shí)時(shí)間，從而獲得相應(yīng)的脈沖，即PWM脈沖。從而作用于L298專用芯片，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的控制。 以下是代碼是PWM波形產(chǎn)生具體實(shí)現(xiàn)：#define out_max 10000#define out_min -10000sbit PWM=P20;/正轉(zhuǎn)引腳sbit PWM=P21;/反轉(zhuǎn)引腳int KP=1.943;/PID比例系數(shù)int KI=2.573;/

37、PID積分系數(shù)int KD=0;/PID微分系數(shù)int count=0;int Key_flag=0;int flag=0;int last_out=0;int setspeed=50;int speed=0;int Now_speed3=0;int num,speed,j; unsigned char highh,highl,lowh,lowl;int high=10000;/*計(jì)數(shù)器0初始化*/void timer0_init(void)highh=(unsigned char)(16384-high)/256+192); highl=(unsigned char)(16384-high)%256); lowh=(unsigned char)(high/256+200);lowl=(unsigned char)(high%256); TMOD=0x01; TH0=highh; TL0=highl;IT0=1;EX0=1; TR0=1; ET0=1; EA=1; void Getspeed(void) interrupt 0 /測(cè)速模塊 num+; IE0=0;void Timer(void) interrupt 1/PWM波形產(chǎn)生和設(shè)置模塊 if(f