大功率直流電動機調(diào)速裝置設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）</b></p><p>　　題　　目 大功率直流電動機調(diào)速裝置設(shè)計</p><p>　　學(xué) 院　 計算機與控制工程學(xué)院</p><p>　　專業(yè)班級　 </p><p>　　學(xué)生姓名　

2、</p><p>　　指導(dǎo)教師　 </p><p><b>　　成　　績　　</b></p><p>　　2012年　6　月　18　日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　直流電動機由于易于調(diào)節(jié)，動態(tài)性能好，在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣

3、泛的應(yīng)用。但以往的直流調(diào)速是用模擬電路來實現(xiàn)的，所以制作成本高，由于器件溫度的漂移，對控制精度產(chǎn)生的很大的影響，對于一些復(fù)雜的，非線性控制規(guī)律難以實現(xiàn)。隨著電力電子技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及計算機的發(fā)展，數(shù)字控制技術(shù)也得到了迅猛的發(fā)展。它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)調(diào)速裝置的任務(wù)，而且具有維護方便，便于檢修，算法靈活，穩(wěn)定性強等優(yōu)點，應(yīng)用越來越廣泛。</p><p>　　本設(shè)計是以數(shù)字PI為基本控制算法，以單片機（AT89C51

4、）為核心，產(chǎn)生占空比可調(diào)的PWM波，通過功率放大和驅(qū)動電路實現(xiàn)對直流電動機速度的控制。再利用光電編碼器對轉(zhuǎn)速進行檢測，反饋到單片機中（AT89C51），實現(xiàn)了對轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。同時用ACS712D電流傳感器將電流轉(zhuǎn)換為成比例的電壓，輸出的電壓信號通過TLC549A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送入單片機（AT89C51）實現(xiàn)電流的閉環(huán)控制。在設(shè)計中采用LCD1602對轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向進行顯示，通過按鍵對其進行輸入控制。該直流調(diào)速系統(tǒng)具有可靠性高，

5、便于控制等優(yōu)點。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 脈沖寬度調(diào)制；單片機；直流調(diào)速</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　DC motor with easy adjustment, good dynamic performance, in the industry has been widely used. B

6、ut due to the application of analog circuits to achieve, so the production cost is high, be influenced by temperature drift of devices, the control precision of the great impact, for some complex, nonlinear control law i

7、s difficult to achieve. Along with the electric power electronic technology, data processing and the development of the computer, the digital PID control also got swift and violent dev</p><p>　　The design is

8、 based on the digital PI control algorithm for the basic, with single chip microcomputer ( AT89C51) as the core, to generate adjustable duty ratio PWM wave, through a power amplifying and driving circuit for DC motor spe

9、ed control. Using photoelectric encoder for speed detection, feedback to the micro controller ( AT89C51), to achieve closed-loop speed control. At the same time with the ACS712D current sensor converts the current into a

10、 voltage proportional to the output voltage sig</p><p>　　Key words : PWM wave; MCU; DC motor control</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p>

11、<p>　　AbstractII</p><p>　　第1章 緒 論1</p><p>　　1.1 研究背景及意義1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀2</p><p>　　第2章 理論分析計算3</p><p>　　2.1 PWM脈寬調(diào)制技術(shù)3</p>

12、<p>　　2.2 直流電動機的脈寬調(diào)制控制技術(shù)4</p><p>　　2.3 測速方法的確定和實現(xiàn)5</p><p>　　2.4 控制系統(tǒng)方案的選擇6</p><p>　　2.4.1 單閉環(huán)系統(tǒng)的組成和分析6</p><p>　　2.4.2 雙閉環(huán)系統(tǒng)的組成和分析7</p><p>　　

13、2.5 雙閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計9</p><p>　　2.5.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計9</p><p>　　2.5.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計10</p><p>　　第3章 硬件電路的設(shè)計12</p><p>　　3.1 主電路的設(shè)計12</p><p>　　3.2 電源電路的設(shè)計13</p&g

14、t;<p>　　3.3 AT89C51主控芯片的最小系統(tǒng)13</p><p>　　3.4 PWM信號接口電路14</p><p>　　3.4.1 單片機控制D/A芯片接口電路的設(shè)計15</p><p>　　3.4.2 波形整形及放大電路的設(shè)計16</p><p>　　3.5 功率放大和驅(qū)動模塊16</p

15、><p>　　3.5.1 電機驅(qū)動邏輯電路的設(shè)計17</p><p>　　3.5.2 光電隔離和驅(qū)動放大電路的設(shè)計17</p><p>　　3.6 速度檢測模塊18</p><p>　　3.7 電流檢測電路20</p><p>　　3.8 按鍵和顯示模塊20</p><p>　　

16、3.8.1 顯示電路20</p><p>　　3.8.2 按鍵電路21</p><p>　　第4章 軟件程序的設(shè)計22</p><p>　　4.1 PWM信號發(fā)生器軟件的設(shè)計22</p><p>　　4.2 顯示電路軟件設(shè)計25</p><p>　　4.2.1 字符的顯示25</p>

17、<p>　　4.2.2 漢字的顯示25</p><p>　　4.2.3 LCD1602 的引腳說明25</p><p>　　4.2.3 LCD1602指令說明及時序26</p><p>　　4.3 雙閉環(huán)PI控制軟件的設(shè)計28</p><p><b>　　結(jié)論31</b></p>

18、;<p><b>　　參考文獻32</b></p><p>　　附錄 程序清單33</p><p><b>　　致謝40</b></p><p>　　第1章 緒 論 </p><p>　　1.1 研究背景及意義</p><p>　　在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，

19、幾乎所有的地方都是用電機把電能轉(zhuǎn)換為的其他形式的機械能。在機械生產(chǎn)、金屬冶煉、化學(xué)等各種工業(yè)部門中，采用了各種各樣的電動機來傳動,比如在機床、軋機、挖掘機、提升機、起重機、水泵、紙機、輸送機械等各種生產(chǎn)機器中。伴隨著人們對產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高和生產(chǎn)量的不斷增大，越來越多的生產(chǎn)機械設(shè)備要求能夠?qū)崿F(xiàn)自動控制。由于生產(chǎn)機械和工藝流程的不同，對于電能轉(zhuǎn)換的電動機也提出了各種各樣的控制指標，一些要求能迅速啟動、制動，正傳和反轉(zhuǎn)；一些要求電動機能夠低

20、速穩(wěn)定運行；一些要求電動機啟、制動平穩(wěn)，并能準確的停在設(shè)定的位置。由此可見這些傳動系統(tǒng)都是通過控制電動機的轉(zhuǎn)速從而實現(xiàn)對電動機轉(zhuǎn)矩的控制。在與交流電動機相比較，直流電動機具有以下優(yōu)點：直流電機的調(diào)速性能好、靜差率小、穩(wěn)定性強，動態(tài)特性好、運行效率高，所以在很長一段時間內(nèi)，直流電動機都被應(yīng)用在了高性能的調(diào)速系統(tǒng)中。</p><p>　　近年來，直流電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和控制方式都有了巨大的改變。伴隨著數(shù)字控制系統(tǒng)在脈寬調(diào)

21、制中的應(yīng)用，它已經(jīng)成為直流調(diào)速系統(tǒng)中新的控制方式。隨著新型高速可關(guān)斷的電力電子器件的飛速發(fā)展，使用全控型晶閘管，場效應(yīng)管等調(diào)速系統(tǒng)具有開關(guān)頻率高、穩(wěn)定性強、動態(tài)性能好、效率高等優(yōu)點，而且采用這種方法調(diào)速非常容易在微機控制系統(tǒng)中實現(xiàn)。</p><p>　　隨著邏輯電路電壓的發(fā)展，讓這類芯片能夠在低電壓程序邏輯中使用，比如5V的直流電動機速度控制裝置在很多大型機械中得到了廣泛的應(yīng)用，很多半導(dǎo)體制造商都推出了能夠提升工

22、作電壓的專用電機驅(qū)動芯片，如IR公司的IR2112、IR2105等。但是，這些芯片往往都需要10V或者更高的電壓，這給系統(tǒng)電源的設(shè)計增加了負擔(dān)。此外，為了滿足小功率的直流電動機的使用需求，直流電機的專用集成芯片被一些廠商設(shè)計了出來，例如Ns公司推出了專門驅(qū)動電動機H橋的LMDl8200，其最高工作電壓達到了55V，最高峰值電流達到了6A，連續(xù)輸出的平均電流達了3A。雖然集成芯片的應(yīng)用使得電動機的驅(qū)動變簡單了，但是專用的驅(qū)動直流電動機芯片

23、的輸出功率有限，無法滿足大型直流電動機驅(qū)動的控制要求，市場上少數(shù)幾種大功率集成驅(qū)動芯片的價格又很高，例如一片SA01驅(qū)動芯片的價格要3500元。在應(yīng)用這些芯片驅(qū)動大功率直流電動機時，因為器件的不對稱，H橋的上下橋臂的特性不同，使得上橋臂燒毀和直通現(xiàn)象發(fā)生[1]。綜合以上所述研究大功率直流電動機調(diào)速裝置意義重大。</p><p>　　1.2 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀</p><p>　　現(xiàn)在，國外

24、一些電氣公司，都已經(jīng)開發(fā)出成套的數(shù)字化直流調(diào)速裝置，它們已經(jīng)有很成熟的模塊化，標準化、系列化的應(yīng)用程序產(chǎn)品可供選擇。近年來隨著現(xiàn)代控制理論的迅速發(fā)展，模糊控制，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，自適應(yīng)控制系統(tǒng)等智能化的控制方法也大量的涌現(xiàn)出來。集散型的微機控制系統(tǒng)在國外已經(jīng)有成套的定性產(chǎn)品。對于那些復(fù)雜的非線性控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)在線實時跟蹤控制，技術(shù)已經(jīng)成熟，特別是使用PLC單片機等控制更容易操作、可靠性更強、參數(shù)便于調(diào)節(jié)。所以數(shù)字化和智能化成為了目前的發(fā)展

25、方向。</p><p>　　全數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)由于是以微處理器為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)，其硬件電路標準化程度高，降低了成本，而且避免器件溫度漂移的影響。微機數(shù)字控制系統(tǒng)在各方面的性能都遠遠優(yōu)于模擬控制系統(tǒng)且應(yīng)用越來越廣泛，但是我國自主研發(fā)的全數(shù)字控制的直流調(diào)速裝置很少見。由于外國產(chǎn)品價格昂貴，所以國產(chǎn)全數(shù)字控制直流調(diào)速裝置的發(fā)展有一定的空間。目前，國內(nèi)許多高校、研究所和廠家也都在開發(fā)基于PWM波的全數(shù)字直流調(diào)速裝置

26、。</p><p>　　第2章 理論分析計算</p><p>　　2.1 PWM脈寬調(diào)制技術(shù)</p><p>　　脈寬調(diào)制（PWM）控制方式就是對逆變電路開關(guān)器件的通斷進行控制，輸出一些列同等幅度的脈沖，來代替所需的正弦波、方波、鋸齒波等。就是在輸出波形的半周期內(nèi)產(chǎn)生多個脈沖，使每個脈沖的電壓等值為正弦波，這樣得到的波形輸出平滑且低次諧波減少。按照一定規(guī)律調(diào)節(jié)每

27、個脈沖的寬度，就能控制逆變電路輸出電壓的大小和輸出頻率的高低[2]。</p><p>　　在采樣控制原理中有一個非常重要的結(jié)論：如果沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性環(huán)節(jié)的控制結(jié)構(gòu)上時，效果基本相同。這里的沖量就是窄脈沖的面積，效果基本相同是指在本環(huán)節(jié)上輸出響應(yīng)的波形大體相同。若把每個輸出的波形進行分析變換，在低頻段它們的特性非常相似，高頻段上略有差異。</p><p>　　根據(jù)上面理

28、論我們就可以用不同寬度的矩形波來代替正弦波，通過對矩形波的控制來模擬輸出不同頻率的正弦波。例如，把正弦波的半周期分成N等份，這樣就可以把正弦波半周期近似成由N份相連脈沖組成的波形。這些寬度相等,幅值不等且脈沖頂部不是水平線的脈沖，都等于，這些脈沖的幅值都按正弦規(guī)律變化。</p><p>　　如果把上述脈沖序列用同樣數(shù)量的等幅而不等寬的矩形脈沖序列代替，使矩形脈沖的中點和相應(yīng)正弦等分的中點重合，且使矩形脈沖和相應(yīng)正

29、弦部分面積（即沖量）相等，就得到一組脈沖序列，這就是脈寬調(diào)制波形。由此可見，這些脈沖的寬度都是按照正弦波的規(guī)律變化的。</p><p>　　根據(jù)采樣控制原理的結(jié)論：沖量相等效果相等，所以脈寬調(diào)制波形和正弦半波效果是等效的。對于正弦波的負半周，采用同樣的方法也可以得到脈寬調(diào)制波形。在脈寬調(diào)制波形中，每個脈沖的幅值相等。要改變等效后正弦波輸出的幅值時，只要按相同的比例系數(shù)改變各個脈沖的寬度就可實現(xiàn)，因此在交－直－交變

30、頻器中，采用不可控二極管就可以進行整流，直流側(cè)電壓的幅值就是脈寬調(diào)制逆變電路輸出的脈沖電壓。</p><p>　　綜上所述，如果給出一個正弦波的頻率，幅值和半周期內(nèi)的脈沖數(shù)，脈寬調(diào)制波形的每個脈沖寬度，時間間隔就能夠計算出來。根據(jù)計算結(jié)果控制電路中晶閘管器件導(dǎo)通和關(guān)斷，就能得到所需波形。</p><p>　　2.2 直流電動機的脈寬調(diào)制控制技術(shù)</p><p>　

31、　直流調(diào)速系統(tǒng)中有三種調(diào)速方法：調(diào)節(jié)電樞兩端的供電電壓、減弱勵磁磁通和改變電樞回路中的電阻。三種調(diào)速方法各有其特點：其中改變電樞回路中電阻只能對電動機作有級調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差，調(diào)速系統(tǒng)效率低；減弱磁通調(diào)速能夠?qū)崿F(xiàn)平滑調(diào)速，但只能在基速以上的范圍調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速；調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速所得到的人為機械特性與電動機的固有機械特性平行，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性好能在轉(zhuǎn)速一下實現(xiàn)平滑調(diào)速。所以，直流調(diào)速系統(tǒng)往往以調(diào)壓調(diào)速為主。其中，在調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中，以PWM調(diào)速應(yīng)用最為廣

32、泛。</p><p>　　直流PWM調(diào)速系統(tǒng)有下列優(yōu)點：由于PWM調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率高，靠電樞電感的濾波作用就能獲得平穩(wěn)的直流電流，速度的穩(wěn)定性強，精度高、低速特性好、調(diào)速范圍寬；同樣，由于其開關(guān)頻率高,快速響應(yīng)性能好,增強了動態(tài)抗干擾能力，還能獲得很寬的頻帶，由于開關(guān)器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，因此主電路損耗小、提高了裝置效率，直流電源采用三相不可控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器要高，正因為直流PWM調(diào)速系統(tǒng)有如上

33、所述的優(yōu)點，并且隨著電力電子器件開關(guān)性能的提高，直流脈寬調(diào)制(PWM)技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展?，F(xiàn)在，在該領(lǐng)域中大部分應(yīng)用的是數(shù)字脈寬調(diào)制技術(shù)。</p><p>　　根據(jù)PWM控制的原理可知，一段時間內(nèi)加在慣性負載兩端的PWM脈沖與相等時間內(nèi)沖量相等的直流電加在負載上的電壓是等效的[3]。那么如果在短時間（T）內(nèi)脈沖寬度為,幅值是U，由圖2-3可求得在這段時間內(nèi)脈沖的等效直流的電壓為：</p><

34、p>　　圖2-1 PWM脈沖</p><p>　　，如果令，則上式可簡化為： </p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中 U——脈沖的幅值 </p><p><b>　　——占空比</b></p><p&

35、gt;　　如果PWM脈沖為如圖2-2所示的周期性矩形脈沖時，那么與此脈沖等效的直流電壓的計算方法與上述相同，即：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　由公式2-2可知，想要改變等效直流電壓的大小，就可以通過改變脈沖幅值U和占空比來實現(xiàn)，在實際控制系統(tǒng)設(shè)計中脈沖幅值一般是恒定的，因此常常通過控制占空比的大小實現(xiàn)等效直流電壓在0～U之間任意

36、調(diào)節(jié)，從而達到了利用PWM控制技術(shù)實現(xiàn)對直流電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的目的。</p><p>　　圖2-2 周期性PWM矩形脈沖</p><p>　　為了實現(xiàn)直流電動機的PWM可逆控制，還必須產(chǎn)生四路驅(qū)動信號來控制電動機的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)PWM控制電路工作時，H橋的一測有相位相反但占空比相同的兩路驅(qū)動信號，而且隨著控制信號的變化還具有互鎖功能。</p><p>　　2.3 測速

37、方法的確定和實現(xiàn)</p><p>　　M法又稱又稱測頻法，其測速原理是在給定的檢測時間內(nèi)，對光電編碼器輸出的脈沖信號進行計數(shù)的測速方法，M法測速大多數(shù)用在測量高轉(zhuǎn)速，因為對于確定的光電編碼器線數(shù)N是一定的，和給定的檢測時間內(nèi)，轉(zhuǎn)速越高，計數(shù)脈沖M越大脈沖也就越?。籘法也被稱作測周期法，該測速方法是在一個脈沖周期內(nèi)對時鐘信號的脈沖進行記數(shù)，為了減小誤差，希望盡可能記錄較多的脈沖數(shù)，因此T法測速用于低轉(zhuǎn)速測量，但是轉(zhuǎn)

38、速過低，光電編碼器輸出脈沖的時間過長，時鐘脈沖數(shù)就有可能超過計數(shù)的最大值而產(chǎn)生溢出，此外時間過長還會影響控制系統(tǒng)的快速性。與M法測速一樣選用線數(shù)相對較多的光電編碼器，也能提高電機轉(zhuǎn)速測量的快速性和精度；另一種測速方法是結(jié)合M法和T法的測速特點產(chǎn)生了一種M/T的測速方法，即在規(guī)定的時間范圍里，同時對時鐘脈沖數(shù)和光電編碼器輸出的脈沖數(shù)同時計數(shù)，有公式計算出轉(zhuǎn)速。采用M/T法不論是在高速還是在低速測量時都具有較強的分辨能力和測量精度，轉(zhuǎn)速覆蓋

39、范圍廣，在電動機轉(zhuǎn)速測量中應(yīng)用十分廣泛，所以本設(shè)計采用M/T測速法測速。</p><p>　　已知旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)發(fā)出N個脈沖（N=1024），在被系統(tǒng)中用單片機的INT0（P3.2）對在檢測周期內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)進行記數(shù)，記數(shù)值是則轉(zhuǎn)角可以表示成：</p><p>　?。?-4） </p><p>　　已知單片機的時鐘頻率是，用單

40、片機INT1(P3.3)在檢測周期T內(nèi)時鐘脈沖計數(shù)值為,則檢測周期T可以寫成：</p><p><b>　?。?-5） </b></p><p>　　檢測周期T內(nèi)被測轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角，則有：</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　綜合式（2-4）,式（2-5）和（2-6）求出

41、被測轉(zhuǎn)速為：</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　2.4 控制系統(tǒng)方案的選擇</p><p>　　2.4.1 單閉環(huán)系統(tǒng)的組成和分析</p><p>　　在轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中如圖2-3所示，應(yīng)用了PI調(diào)節(jié)器之后可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差控制，應(yīng)用了電流截止負反饋環(huán)用來限制電流的沖擊，避免

42、出現(xiàn)過流現(xiàn)象。作為轉(zhuǎn)速負反饋系統(tǒng)，系統(tǒng)的被調(diào)節(jié)的量是轉(zhuǎn)速，所以檢測的誤差是轉(zhuǎn)速，它要消除的也是擾動對轉(zhuǎn)速的影響。</p><p>　　所以轉(zhuǎn)速單閉環(huán)系統(tǒng)不能控制電流（轉(zhuǎn)矩）的動態(tài)過程。但是在調(diào)速系統(tǒng)中有兩類情況對電流的控制提出了新的指標：一是啟制動對時間的控制問題，二是由于載擾動對電流控制問題。</p><p>　　對于經(jīng)常正反轉(zhuǎn)運行的調(diào)速系統(tǒng)，應(yīng)盡可能的減少啟動制動過程的時間，達到圖2.

43、1的理想過渡過程的曲線，完成最優(yōu)控制。就是在過渡過程中應(yīng)保持轉(zhuǎn)矩為最大值，使得直流電機盡可能以最大加速度或減速度，達到我們預(yù)先設(shè)定的轉(zhuǎn)速，馬上讓勵磁轉(zhuǎn)矩與負載相平衡，使轉(zhuǎn)速以恒定的速度運行。</p><p>　　即在在過渡過程中始終保持轉(zhuǎn)矩應(yīng)為最大值，使直流電動機以最大加速度，減速。達到給定轉(zhuǎn)速時，立即讓電磁轉(zhuǎn)矩與負載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行。所以為了滿足控制要求本設(shè)計采用了雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)。</p>

44、<p>　　圖2-3 轉(zhuǎn)速負反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.4.2 雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器的組成和分析</p><p>　　在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，由于主電路中都存在電感作用，電流無法突變，圖2-4所示的理想過渡過程只能得到近似的逼近，其關(guān)鍵是要獲得使電流保持最大值的恒流啟制動過程，所以提出了雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。</p><p>　　雙閉環(huán)調(diào)速

45、系統(tǒng)是建立在單閉環(huán)自動調(diào)速系統(tǒng)上的，實際的調(diào)速系統(tǒng)除要求對轉(zhuǎn)速進行調(diào)整外, 很多生產(chǎn)機械還提出了加快啟動和制動過程的要求,尤其是在機床控制方面，這就需要一個電流截止負反饋系統(tǒng)。</p><p>　　圖2-4 時間最優(yōu)的理想控制過程</p><p>　　電流截止負反饋環(huán)節(jié)只能限制電動機的動態(tài)電流不超過某一數(shù)值，而把電流控制在所需值上。但是根據(jù)反饋控制原理，對某一變量對其作負反饋控制就能實現(xiàn)

46、對該變量的無差控制。用一個調(diào)節(jié)器無法兼顧對轉(zhuǎn)速和電流的控制。如果在系統(tǒng)中另設(shè)一個電流調(diào)節(jié)器，就可以構(gòu)成電流閉環(huán)。</p><p>　　由圖2-5啟動電流的變化特性可知，在電機啟動時, 啟動電流很快加大到電機所允許過載能力值, 而且是恒定不變, 在這種條件下,轉(zhuǎn)速程線性增長，當(dāng)達到我們設(shè)定的值時，電動機的電流又迅速下降到能夠克服負載所需的電流值 ，于是這就要求晶閘管的電壓在一開始啟動的時候應(yīng)為，由于轉(zhuǎn)速電機轉(zhuǎn)速n上

47、升， 也上升, 達到穩(wěn)轉(zhuǎn)速時,.這種情況就要求電動機在啟動過程中把電流作為被調(diào)節(jié)量，并保持在電動機電流允許的最大值，這就需要設(shè)計一個電流調(diào)節(jié)器。因此電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器所構(gòu)成的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在這種控制要求下產(chǎn)生了[4]。</p><p>　　圖2-5 帶截止負反饋系統(tǒng)啟動電流波形</p><p>　　圖2-6 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖</p><p&g

48、t;　　為了能夠?qū)崿F(xiàn)電流和轉(zhuǎn)速兩個負反饋都能起作用，在系統(tǒng)中分別設(shè)置了電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器，把他們串級相連，如圖2-6所示。這就是說把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再由電流調(diào)節(jié)器的輸出控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置，從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，叫內(nèi)環(huán)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)環(huán)在外邊，叫做外環(huán)，這樣就形成了轉(zhuǎn)速和電流的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　2.5 雙閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計</p><

49、;p>　　2.5.1 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計</p><p><b>　　時間常數(shù)的確定</b></p><p>　?。?）三相整流裝置的滯后時間常數(shù)，即平均時空時間 Ts=0.0017s。</p><p>　?。?）三相橋式電路中每個波頭的時間為3.3ms，確保能夠濾平波頭，應(yīng)有（1~2） 個3.3ms，所以電流濾波時間常數(shù)=2ms=0

50、.002s。</p><p>　　（3）按照小時間常數(shù)近似計算，電流環(huán)的小時間常數(shù)之和。</p><p>　　（4）電樞回路電磁時間常數(shù)。</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　2. 電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　根據(jù)任務(wù)要求，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可

51、按典型I型系統(tǒng)來設(shè)計電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用PI型調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：</p><p>　?。?-9） </p><p>　　式中 ——電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)</p><p>　　——電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)</p><p>　　表2 -1 典型I型系統(tǒng)動態(tài)跟隨性能指標和頻域指標與參數(shù)

52、的關(guān)系 </p><p>　　檢查對電源電壓的抗擾性能：，參表2-1的典型I型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能，各項指標都是可以接受的，因此基本確定電流調(diào)節(jié)器按典型I型系統(tǒng)設(shè)計。 </p><p>　　3. 計算電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)： =0.03s</p><p>　　電流開環(huán)增益：要求時，取</p>

53、;<p>　　所以 （2-10）</p><p>　　于是電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)是：</p><p>　　=2.6 （2-11）</p><p>　　式中，為電流反饋系數(shù)其值為；晶閘管裝置放大系數(shù)Ks=36。</p><p>　　4. 近似條件的校驗<

54、/p><p>　　有上面的計算可知：電流環(huán)截止頻率</p><p>　　晶閘管整流裝置的傳遞函數(shù)近似為：</p><p><b>　?。?-12） </b></p><p>　　（2） 反電動勢的改變對電流環(huán)的影像忽略不計近似條件： </p><p><b>　?。?-13）</b&

55、gt;</p><p>　?。?） 處理電流環(huán)小時間常數(shù)的近似條件：</p><p><b>　?。?-14）</b></p><p>　　其中式（2-12）、式（2-13）和式（2-14）均滿足近似條件</p><p>　　2.5.2 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計</p><p><b>　　時

56、間常數(shù)的確定</b></p><p>　?。?） 電流環(huán)時間常數(shù)等效為1/KI,由前述已知，，則：</p><p>　　（2-15） </p><p>　?。?） 轉(zhuǎn)速濾波的時間常數(shù)，取。</p><p>　?。?） 按照小時間常數(shù)近似處理轉(zhuǎn)速時間常數(shù)，取</p><p><b>　?。?-

57、16）</b></p><p>　　2. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇</p><p>　　按照設(shè)計要求，選則PI調(diào)節(jié)器，它的傳遞函數(shù)式為：</p><p><b>　　（2-17）</b></p><p>　　3. 計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)</p><p>　　按照跟隨性和抗擾性能都比較好的

58、原則，先取h=5，所以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)為：</p><p>　?。?-18） </p><p><b>　　則轉(zhuǎn)速環(huán)的開環(huán)增益</b></p><p>　　K （2-19）</p><p>　　可得轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)為</p><p>&l

59、t;b>　?。?-20）</b></p><p>　　式中 電動勢常數(shù) </p><p><b>　　轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) </b></p><p>　　4. 近似條件的校驗</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速截止頻率是：</b></p><p>　?。?-21

60、） </p><p>　?。?）能把電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化的條件為:</p><p><b>　?。?-22） </b></p><p>　?。?）近似處理轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)的條件是：</p><p>　　（2-23） </p><p>　　式（2-22）和式（2-23）均滿足近似

61、條件。 </p><p>　　第3章 硬件電路的設(shè)計</p><p>　　根據(jù)任務(wù)要求和設(shè)計目標，調(diào)速系統(tǒng)的方框圖如圖3-1，其核心控制部件是單片機，通過鍵盤輸入一些參數(shù)進行簡單啟停，正反轉(zhuǎn)，加速減速操作；系統(tǒng)由單片機產(chǎn)生PWM波，通過PWM波接口電路整形放大后，經(jīng)過光電隔離，有電機驅(qū)動電路，通過改變PWM波的占空比來控制電機轉(zhuǎn)速。速度檢測模塊檢測直流電動機的速度，反饋到單片

62、機的中，對直流電動機進行一個實時反饋控制；最后再由LCD1602液晶顯示把轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)向顯示出來，便于操作控制。</p><p>　　圖3-1 系統(tǒng)方案框圖</p><p>　　3.1 主電路的設(shè)計</p><p>　　直流電動機不能直接接三相交流電，因此要把三相交流電整流成所需的直流電才能給電機供電。本設(shè)計采用電容濾波的三橋式相不可控整流電路，電路圖如3-2所示。

63、當(dāng)某一對二極管導(dǎo)通時輸出的直流電壓等于交流側(cè)線電壓中最大的一個，該線電壓即向電容供電，也向負載供電。</p><p>　　圖3-2 主電路圖</p><p>　　3.2 電源電路的設(shè)計</p><p>　　電源電路是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它是輸出的電壓是否穩(wěn)定對整系統(tǒng)的穩(wěn)定運行起到至關(guān)重要的作用，因此很據(jù)需要設(shè)計了5V和12V的電源。先通過變壓器把380V的交流電降為

64、220V，5V電源是把220V的交流電再降到11.5V，后經(jīng)過橋式整流電路把交流電轉(zhuǎn)變成直流電，整流后的電流經(jīng)過穩(wěn)壓器LM7805輸出穩(wěn)定的+5V電壓。橋式整流電路由四個型號相同的二極管組成，VD1和VD3兩個二極管組成一對橋臂；VD2和VD4兩個兩個二極管組成一對橋臂。由于二極管的啟動電壓比較小，所以經(jīng)過變壓器的電壓可以使VD1和VD3二極管組成橋臂在正半周期導(dǎo)通，VD2和VD4兩個二極管組成的橋臂在負半周期導(dǎo)通。穩(wěn)壓器LM7805是

65、由三個管腳的串聯(lián)型降壓式電源芯片，Vin是輸入端，Vout輸出端，兩個端口接去耦電容后接地。經(jīng)穩(wěn)壓器LM7805穩(wěn)壓后，電源輸出基本不受外輸入變動的干擾，而且有效的消除電磁干擾。穩(wěn)壓器LM7805輸出端輸出穩(wěn)定的+5V直流電壓，12V電源同理，只是把220V的交流電壓變?yōu)?6V，芯片選用LM7812。電源電路設(shè)計如圖3-3所示。 </p><p>　　圖3-3 電源電路</p><p>

66、;　　3.3 AT89C51主控芯片的最小系統(tǒng)</p><p>　　本系統(tǒng)選用AT89C51型號單片機作為主控部件，AT89C51是一種具有4K字節(jié)FLASH存儲器的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，它有40個引腳，有四組輸入輸出接口，每組8個，分別是P0，P1，P2和P3口。其中在P0口作為輸出口時，外部必須接上拉電阻。P3口同時也可作為一些特殊功能口，P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT

67、1（外部中斷1)等。</p><p>　?。?）RES：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平 時間。</p><p>　　（2）/PSEN：外部程序存儲器選通信號。</p><p>　?。?）/EA/VPP：當(dāng)/EA是低電平時，在這段時間內(nèi)訪問外部程序存（0000H-FFFFH），當(dāng)/EA是高電平時，這時訪問內(nèi)部存儲器。</

68、p><p>　?。?）XTAL1：反向振蕩器的輸入，與外部晶振相連。</p><p>　?。?）XTAL2：反向振蕩器的輸出，與外部晶振相連。</p><p>　　單片機最小系統(tǒng)如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 單片機最小系統(tǒng)圖</p><p>　　3.4 PWM信號接口電路</p><

69、;p>　　對于電機轉(zhuǎn)速的控制，通常是調(diào)節(jié)電壓來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的，我們用PWM辦法來控制，它是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于測量，通信，功率控制與變換等許多領(lǐng)域，我們通過調(diào)節(jié)PWM波的占空比來控制加在電機兩端的電壓，從而實現(xiàn)了調(diào)速，為了滿足設(shè)計要求，要求改信號發(fā)生器能產(chǎn)生占空比可調(diào)，高精度，大功率的脈寬調(diào)制信號。</p><p>　　本設(shè)計的信號發(fā)生器是用單片機控制數(shù)模轉(zhuǎn)

70、換芯片DAC0832輸出脈寬調(diào)制波形，再通過兩級信號放大和高頻率的模擬開關(guān)對波形進行整形，這樣得到較為完美的波形后經(jīng)過一組達林頓管對電流進行放大得到功率相對較大的脈沖信號[5]，硬件框圖如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5 PWM波系統(tǒng)硬件框圖</p><p>　　3.4.1 單片機控制D/A芯片接口電路的設(shè)計</p><p>　　D/A芯片選用由Na

71、tional Semiconductor公司生產(chǎn)的DAC0832，它是20引腳雙列直插式低功耗CMOS器件，其中：</p><p>　　（1） D0～D7：8位數(shù)據(jù)輸入線，TTL電平，有效時間應(yīng)大于90ns</p><p>　?。?） ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許控制信號輸入線，高電平有效?！?lt;/p><p>　　（3） CS：片選信號輸入線（選通數(shù)據(jù)鎖存器），低電平有效。

72、　　　</p><p>　?。?） IOUT1：電流輸出端1，其值隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化?！　?lt;/p><p>　?。?） IOUT2：電流輸出端2，其值與IOUT1值之和為一常數(shù)?！　?lt;/p><p>　　（6） Vcc：電源輸入端，Vcc的范圍為+5V～+15V。　</p><p>　　圖3-6 AT89C51與DAC0832的接

73、口電路圖　　</p><p>　　它內(nèi)部具有兩級數(shù)據(jù)寄存器，完成8位電流D/A轉(zhuǎn)換。要得到滿足要求的波形，還d得經(jīng)過DAC0832的輸出口接運算放大器來實現(xiàn)。由于DAC0832的轉(zhuǎn)換速率比較高，為了能夠與其速度相匹配，在這里我們選擇了LF357運算放大器，LF357具有較高的轉(zhuǎn)換速率，而且具有低出入偏置電流，小的輸入偏移電流，低輸入噪聲電流，共模抑制比高，較寬的頻帶增益這些優(yōu)點。單片機與DAC0832的接口電路如

74、圖3-6所示。</p><p>　　3.4.2 波形整形及放大電路的設(shè)計</p><p>　　由于通過D/A轉(zhuǎn)換和運算放大器輸出的脈寬調(diào)制波形仍然不夠平滑，所以還必須對輸出的脈寬調(diào)制波形進行整形，以達到我們的設(shè)計要求。波形整形芯片選擇MAX4624，它是先合后開的小電阻，低電壓的單刀雙擲的模擬開關(guān)，自身有過流保護裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)快速開閉，其最大時間均為50ns,電路開路時的電阻很低，當(dāng)供電

75、電壓是5V時，開路電阻式1歐姆；當(dāng)供電電壓是3V時，開路電阻是2歐姆。要想得到較大功率的脈沖信號，必須對第二級放大后的輸出信號進行電流放大，這里選用兩只JFET管組成一對達林頓管進行電流放大。同時為滿足實驗時對不同功率脈沖信號的要求，將第二級放大增益設(shè)計為可調(diào)的。其連接電如3-7所示。</p><p>　　圖3-7 波形整形及放大電路設(shè)計</p><p>　　3.5 功率放大和驅(qū)動模塊

76、</p><p>　　直流電動機驅(qū)動控制組成如圖3-8所示：由圖可以看出，電機驅(qū)動主要控制信號有電機轉(zhuǎn)向控制信號DIR，電機轉(zhuǎn)速信號PWM，E1為驅(qū)動邏輯電路部分提供電源，E2為電機驅(qū)動電源；M+，M-為直流電機接口。</p><p>　　圖3-8 直流電動機驅(qū)動控制組成圖</p><p>　　3.5.1 電機驅(qū)動邏輯電路的設(shè)計</p><p

77、>　　單片機I/O口送來的DIR信號和PWM接口電路送來的PWM信號，經(jīng)過反向器74LS04和與門器74LS08運算后，再驅(qū)動光電隔離器，反向控制信號是DIR,在它輸入時為DIR1，經(jīng)反向后的DIR2，DIR1和轉(zhuǎn)速控制信號PWM再通過74LS08與運算后，得到轉(zhuǎn)速控制信號PWM2；DIR2和轉(zhuǎn)速控制信號PWM相與后，得到轉(zhuǎn)速控制信號PWM1，這樣就得到了兩組控制信號：DIR1，PWM1和DIR2，PWM2兩組信號分別去驅(qū)動光電隔

78、離電路；DIR1和DIR2用來控制直流電動機的正反轉(zhuǎn)向的，PWM1和PWM2用來控制電機的轉(zhuǎn)速。其中邏輯電路圖3-9所示。</p><p>　　圖3-9 邏輯電路圖</p><p>　　3.5.2 光電隔離和驅(qū)動放大電路的設(shè)計</p><p>　　為減少驅(qū)動控制電路對其它電路的干擾和對其 它電路的保護，將電機驅(qū)動電路與其它控制電路進行電氣隔離，如下圖3-10所示

79、。在選則光電隔離器時，根據(jù)設(shè)計要求和每個光電隔離器的功能不同，在這里選用的2種光電隔離器，他們的型號是817C和PS9713。其中，817C是低頻率的光電隔離器，與DIR1和DIR2連接，用來控制電動機的轉(zhuǎn)向；PS9713是快速光電隔離器，開關(guān)頻率相對較高，與PWM1和PWM2連接，用來控制電機的轉(zhuǎn)速。若DIR1是1時，DIR2為0,則PWM1為0，PWM2是和PWM一致的轉(zhuǎn)速控制信號，這時A點的點位為1，光電隔離器U3截止,U4導(dǎo)通，

80、B、F點的點位為0，又因為DIR2為0，則C點的點位為0，光電隔離器飽U1導(dǎo)通，U2截止，D點的點位為E2，使得U2受PWM2控制工作在開關(guān)狀態(tài)。</p><p>　　圖3-10 光電隔離和驅(qū)動放大電路</p><p>　　3.6 速度檢測模塊</p><p>　　本設(shè)計的速度檢測模塊式基于光電編碼器進行設(shè)計的，光電編碼器是一種通過光電轉(zhuǎn)換將輸出軸上的幾何位置轉(zhuǎn)

81、換成脈沖或數(shù)字量的傳感器，這是目前應(yīng)用最多的傳感器，光電編碼器是由光柵板和光電檢測電路組成。</p><p>　　光柵盤是在一定直徑的圓盤上等分開通若干長方形孔。由于光電編碼器與電動機同軸，電機旋轉(zhuǎn)時，光柵盤和電機以相同的速度旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過發(fā)光二級等組成的檢測電路輸出脈沖信號，再計算光電編碼器每秒內(nèi)輸出的脈沖數(shù)就能夠反映當(dāng)前電機的轉(zhuǎn)速，此外為了判斷轉(zhuǎn)速的方向，碼盤還可以提供相差90°的兩路脈沖信號。<

82、/p><p>　　增量式光電編碼器是利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組A、B和Z相。A、B兩相脈沖相位之差是90°，所以能夠很方便的判斷方向，而Z相位每一轉(zhuǎn)一個脈沖，用作基準點定位，它的優(yōu)點是原理簡單，平均機械壽命長，很強的抗干擾能力，可靠性高，所以本設(shè)計選用增量型編碼器。光電編碼器輸出的三路脈沖信號OUT-Z、OUT-A和OUT-B，再分別通過三片光電耦合器使脈沖信號隔離輸出穩(wěn)定的5V電壓，在這里選用6N137光耦

83、合器，它具有溫度、電流和電壓補償功能，高的輸入輸出隔離，能了TTL電平兼容。值得注意的是，在6N137光電隔離器的VCC管腳旁應(yīng)該有一個0.1uF的去耦電容。電容類型選擇的時候，應(yīng)選擇那些高頻特性好的陶瓷電容，而且盡可能的靠近6N137光耦合器的VCC管腳。6N137光電編碼器的OUT口輸出電路是集電極開路電阻，還必須接上拉電阻，此外6N137光電編碼器的A口和C口之間是一個LED,還必須串接一個電阻來限流。然后再接到SN74HC14上

84、對波形進行整形將整形后的信號接入一個RC低通濾波器，濾除高頻脈沖毛刺，提高測量精度，整形后的輸出信號分別接到單片機的P3.4、P3.3和P3.2口，進行轉(zhuǎn)速測量。轉(zhuǎn)速檢</p><p>　　圖3-11 速度檢測電路</p><p>　　3.7 電流檢測電路</p><p>　　電流檢測采用ACS712傳感器,它是一種線性的電流傳感器，內(nèi)部有低偏置的線性霍爾傳感器

85、，能輸出與檢測的交流或直流電流成比例的電壓。具有低噪聲，響應(yīng)時間快能，使用方便，性價比高等特點。被檢測的電流通過引腳1和2,3和4輸入，在片內(nèi)通過霍爾IC感應(yīng)轉(zhuǎn)換為成比例的電壓。由于片內(nèi)具有電阻和一個緩沖放大器，在這里我們通過在6腳外接一個電容構(gòu)成一個低通濾波器。檢測到的電壓通過7腳輸出。</p><p>　　由ACS712輸出的電壓信號接到TLC549A/D轉(zhuǎn)換器上，它是一種低價位、高性能的8位A/D轉(zhuǎn)換器，它

86、以8為開關(guān)電容逐次逼近的方法實現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的。電源是3V到6V,它能很方便的采用串行口的方式與單片機連接。工作原理如下：當(dāng)CS為高時，數(shù)據(jù)輸出端處于高阻狀態(tài)，此時TLC549的第7腳不起作用；當(dāng)內(nèi)部電路測出CS下降沿之后，在進過內(nèi)部時鐘的一個上升沿和一個下降沿，這一變化才被確認，讓后自動把上一次的轉(zhuǎn)換結(jié)果最高位輸出到TLC549的第6腳（OUT）；前四個時鐘脈沖周期的下降沿依次輸出第2、3、4和第5個位，在第4個脈沖周期的下降沿采樣保持

87、電路開始采樣模擬輸入量；接下來的3個脈沖周期周期的下降輸出第6、7和第8個轉(zhuǎn)換位。其硬件電路圖如圖3-12所示。</p><p>　　圖3-12 電流轉(zhuǎn)換和A/D轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　3.8 按鍵和顯示模塊</p><p>　　3.8.1 顯示電路</p><p>　　在電動機運行中，要對電機當(dāng)前運行狀態(tài)進行顯示，這樣便于操作人

88、員進行控制，所以顯示電路的設(shè)計也是非常必要的。</p><p>　　本系統(tǒng)采用液晶LCD1602進行顯示，它微功耗、體積小、超薄輕巧、顯示內(nèi)容豐富；+5V電壓，對比度可調(diào) 、內(nèi)含復(fù)位電路并提供各種控制命令,如：清屏、字符閃爍、光標閃爍、顯示移位等多種功能。51系列單片機的P0口內(nèi)部沒有集成上拉電阻，所以它叫做準雙向口而不叫雙向口。如果你想讓它輸出高電平的話，必須要通過上拉電阻接VCC。本系統(tǒng)是驅(qū)動LCD，那么用1

89、K左右的就行了。如果希望亮度大一些，電阻可減小，最小不要小于200歐姆，否則電流太大；如果希望亮度小一些，電阻可增大，增加到多少呢，主要看亮度情況，以亮度合適為準，一般來說超過3K以上時，亮度就很弱了。顯示電路如圖3-13。</p><p>　　圖3-13 顯示電路</p><p>　　3.8.2 按鍵電路</p><p>　　在調(diào)速裝置中，需要通過按鍵來進行簡

90、單的控制，因此它是硬件電路中非常必要的。在本設(shè)計中共用了5個按鍵，名稱和功能等如下，電路圖如圖3-14所示。S1是復(fù)位按鍵；S2是功能按鍵；S3是加速/正傳按鍵；S4減速/反轉(zhuǎn)按鍵；S5是啟動/停止按鍵，當(dāng)要進行轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)時，按下功能鍵然后選擇正傳還是反轉(zhuǎn)，按下功能鍵確定；當(dāng)要進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)時，按下功能鍵然后選擇加速還是減速，按下功能鍵確定。</p><p>　　圖3-14 按鍵電路</p><

91、p>　　第4章 軟件程序的設(shè)計</p><p>　　4.1 PWM信號發(fā)生器軟件的設(shè)計</p><p>　　PWM信號發(fā)生器程序框圖如圖4-1和4-2所示，單片機對PWM波的頻率、占空比、輸出口以及DAC0832的控制端進行初始化，啟動DAC0832進行數(shù)模轉(zhuǎn)換，這時候程序開始對鍵盤進行掃描，判斷是否有鍵按下，當(dāng)確定沒有鍵按下時，直接調(diào)用PWM子程序，根據(jù)程序設(shè)定好的占空比計算各

92、段波形持續(xù)的時間，再計算定時器所需的常數(shù)，輸出相應(yīng)的PWM波形；當(dāng)確定有按鍵按下時，延時20ms，再進行參數(shù)調(diào)節(jié)，調(diào)用PWM子程序，同理輸出相應(yīng)的PWM波形。</p><p>　　圖4-1 PWM波子程序</p><p>　　圖4-2 PWM波主程序流程圖</p><p><b>　　程序如下所示：</b></p><p

93、>　　#include<reg51.h>#include<absacc.h> //使用其中定義的宏來訪問絕對地址#define DAC0832 XBYTE[0x7fff] /* 定義DAC0832端口地址 */#define uchar unsigned char#define uint unsigned int</p><p>　　Sbit E=P3^1;&

94、lt;/p><p>　　Sbit Function=P1^0;//定義功能按鍵</p><p>　　Sbit Direction=P1^1; //定義正傳反轉(zhuǎn)按鍵</p><p>　　Sbit Speed=P1^2; //定義減速減速按鍵</p><p>　　uchar i,j,a;</p><p>　　vo

95、id delay(uchar t) //延時函數(shù){ while(t--);}</p><p>　　void square(void){ /* 方波發(fā)生函數(shù) */DAC0832=0x0000;delay(i);DAC0832=0xffff;delay(j);}void main(void){</p>&l

96、t;p>　　if(Function==0) //判斷功能鍵是否按下</p><p>　　void delay(uchar t) //延時去抖</p><p>　　if(Function==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　If(Direction==0)</

97、p><p>　　void delay(uchar t)</p><p>　　If(Direction==0)</p><p>　　While(Function==0) //確定要改變轉(zhuǎn)向 </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　a=j;</

98、b></p><p><b>　　j=i;</b></p><p><b>　　i=a;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(Speed==0) //加速鍵按下</p><p>　　Void delay(

99、uchar t) //延時去抖</p><p>　　if(Speed==0) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　void delay(uchar t)</p><p><b>　　i=i+5;</b></p><p>&l

100、t;b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　elsewhile( { square(); /* 產(chǎn)生方波 */}}</p><p>　　4.2 顯示電路軟件設(shè)計</p><

101、p>　　4.2.1 字符的顯示</p><p>　　用LCD 顯示一個字符時比較復(fù)雜，首先找到顯示屏上某個位置所對應(yīng)的RAM區(qū)的8個字節(jié)，在有程序分別對這個8個字節(jié)置“1”或置“0”，“1”表示點亮，“0”表示不亮，</p><p>　　這樣組合起來就能把一個字符點亮。但是有的控制器內(nèi)部自帶字符發(fā)生器，如LCD1602，顯示一個字符就非常容易了，把控制器的工作設(shè)定在文本方式，再根據(jù)

102、字符顯示的位置，找到該位置找出顯示RAM所對應(yīng)的地址，設(shè)立光標，在把所需要的字符代碼送上去就可以了。</p><p>　　4.2.2 漢字的顯示</p><p>　　顯示漢字大都采用顯示圖形的方法來實現(xiàn)，先把你所顯示漢字的點陣碼提取出來，再把所顯示漢字位置的行列數(shù)找出來，確定對應(yīng)的RAM區(qū)的地址，設(shè)立光標，把所要顯示漢字的第一個字節(jié)送上去，光標所在位置加1，然后送下一個字節(jié)，這樣直到把一

103、個完整的漢字顯示出來。</p><p>　　4.2.3 LCD1602 的引腳說明</p><p>　　LCD1602引腳說明如表4-1所示：</p><p>　　表4-1 引腳接口說明表</p><p>　　4.2.3 LCD1602指令說明及時序</p><p>　　LCD1602指令說明如表4-2所示：&l

104、t;/p><p>　　表4-2 LCD1602控制命令表 </p><p>　　LCD1602液晶顯示程序流程如圖4-3所示，先對LCD輸入模式、光標是否閃爍、字符的移位等進行初始化，延時20ms,對LCD寫指令。再確定要顯示的位置，寫它所在行列地址，再去首地址，寫數(shù)據(jù)，判斷是否寫完一行。然后讀數(shù)據(jù)，再判斷一次是否超過了一行，最后讀數(shù)據(jù)并顯示并返回。</p><p>

105、;　　圖4-5 LCD顯示流程圖</p><p>　　4.3 雙閉環(huán)PI控制軟件的設(shè)計</p><p>　　圖4-6 雙閉環(huán)控制流程圖</p><p>　　在雙閉環(huán)控制程序中，先對進行初始化，然后進行電流和速度進行采樣，分別調(diào)用電流環(huán)和速度環(huán)子程序進行控制。按下啟動按鍵然后對轉(zhuǎn)向進行判斷、顯示;對光電編碼器送來的脈沖進行進行計算、顯示轉(zhuǎn)速。程序流程如圖4-6所

106、示，程序如下：</p><p>　　#define N_KP 0x6800； //速度調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)</p><p>　　#define N_KI 0x007A； //速度調(diào)節(jié)器的積分系數(shù)</p><p>　　#define N_KC 0x0012； //速度調(diào)節(jié)器的積分飽和修正系數(shù)=N_KI/N_KP</p><p&

107、gt;　　#define I_KP 0x007A； //電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)</p><p>　　#define I_KI 0x0999； //電流調(diào)節(jié)器的積分系數(shù)</p><p>　　#define I_KC 0x00CC； //電流調(diào)節(jié)器的積分飽和修正系數(shù)=I_KI/I_KP</p><p>　　int16 I_REF = 0；

108、 </p><p>　　int16 N_REF = 0； </p><p>　　Uint16 DIRECTION =1； //轉(zhuǎn)速方向標志</p><p>　　int16 I_EK； //電流偏差</p><p>　　Uint16 I_RK= 0； //第K次電流積

109、分累計</p><p>　　int16 I_U； //電流調(diào)節(jié)器的輸出</p><p>　　Uint16 I_ELPI； //電流最大偏差</p><p>　　int32 TMP； //臨時變量</p><p>　　Uint16 ENCODEROLD；

110、 //編碼器前一次的讀數(shù)</p><p>　　Uint16 ENCINCR = 0x0000； //編碼增量</p><p>　　Uint16 SPEEDTMP = 0x0000； //編碼器輸出的脈沖累計</p><p>　　Uint16 SPEEDSTEP = 100； //對速度調(diào)節(jié)器計數(shù)</

111、p><p>　　Uint16 KSPEED = 0x1000； //編碼脈沖</p><p>　　Uint16 N； //轉(zhuǎn)速反饋量</p><p>　　int16 N_EK； //速度偏差</p><p>　　Uint16 N_RK；

112、//第K次速度積分累計</p><p>　　int16 N_U； //速度調(diào)節(jié)輸出</p><p>　　Uint16 N_ELPI = 0； //速度極限偏差</p><p>　　int16 I_MIN = -9990；</p><p>　　int16 I_MAX = 9990；</p&g