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

1、<p><b>　　運(yùn)動(dòng)控制課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題 目：基于AT89C52單片機(jī)單閉環(huán)PWM直流數(shù)字控制系統(tǒng) </p><p>　　專業(yè)班級(jí)： </p><p>　　姓 名：

2、 </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1.

3、引言1</b></p><p><b>　　2.設(shè)計(jì)方案1</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)總方案論證與選擇1</p><p>　　2.2 PID控制算法的設(shè)計(jì)2</p><p>　　2.3 單片機(jī)的選型：5</p><p>　　2.4 測速裝置的選型：5<

4、;/p><p>　　2.4.1霍爾傳感器測速5</p><p>　　2.4.2編碼盤測速6</p><p><b>　　3 硬件部分6</b></p><p>　　3.1單片機(jī)最小系統(tǒng)6</p><p>　　3 .2 PWM控制直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)模塊設(shè)計(jì)7</p><p>

5、;　　3.4檢測回路模塊設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.6按鍵模塊設(shè)計(jì)9</p><p>　　3.7顯示模塊設(shè)計(jì).9</p><p><b>　　4 軟件部分10</b></p><p>　　3.1 PID控制程序設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.1.1位置式電機(jī)PID控制程序設(shè)計(jì)10

6、</p><p>　　3.1.2增量式電機(jī)PID控制程序設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.2經(jīng)測速裝置由PID運(yùn)算后PWM波形的產(chǎn)生程序設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.2.1直流電機(jī)調(diào)速原理14</p><p>　　3.2.2 PWM基本原理及實(shí)現(xiàn)方法14</p><p>　　3.2.3 PWM在直流調(diào)速中的

7、應(yīng)用15</p><p>　　3.2.3PWM產(chǎn)生軟件設(shè)計(jì)思路15</p><p>　　3.3顯示模塊程序設(shè)計(jì)18</p><p><b>　　附錄：21</b></p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)]22</b></p><p><b>　　1.引言&

8、lt;/b></p><p>　　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

9、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。 </p><p><b>　　2.設(shè)計(jì)方案 &

10、lt;/b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)總方案論證與選擇</p><p>　　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)是簡單、穩(wěn)定、可靠。若組成系統(tǒng)的元件特性和參數(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

11、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。</p><p>　　圖2 電路組成框圖</p><p>　　按鍵采用4X4矩陣鍵盤，顯示裝置采用1602液晶。</p><p>　　通過給定值，然后單片機(jī)檢測經(jīng)過旋轉(zhuǎn)光碼盤檢測轉(zhuǎn)速，形成脈沖，送到

12、中斷口，經(jīng)過定時(shí)檢測中斷次數(shù)，測得轉(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。 </p><p>　　2.2 PID控制算法的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　電動(dòng)機(jī)參數(shù)：</b></p><p>　　先假設(shè)所控制電機(jī)的參數(shù)如下,來設(shè)計(jì)

13、PID的各個(gè)參數(shù)：</p><p>　　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。測速反饋系數(shù) =0.07。調(diào)速指標(biāo)：D=30，S=10%。</p><p>　　控制算法是微機(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)

14、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）、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。</p><p>　　模擬PID控制規(guī)律的離散化</p><p><b>　　常用的控制方式</b>&l

15、t;/p><p>　　1、P控制 </p><p>　　2、PI控制 </p><p>　　3、PD控制 </p><p>　　4、PID控制 </p><p>　　PID算法的兩種類型</p><p>　　1、位置型控制――例如圖5－

16、1－5調(diào)節(jié)閥控制</p><p>　　式中 稱為比例項(xiàng)</p><p><b>　　稱為積分項(xiàng)</b></p><p><b>　　稱為微分項(xiàng)</b></p><p>　　2、增量型控制――例如圖5－1－6步進(jìn)電機(jī)控制</p><p>　　綜合

17、考慮PI算法的選擇</p><p>　　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。 </p><p>　　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)

18、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。</p><p>　　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</p><p>　　2>

19、 求閉環(huán)系統(tǒng)應(yīng)有的開環(huán)放大系數(shù)</p><p>　　先計(jì)算電動(dòng)機(jī)的電動(dòng)勢系數(shù)</p><p>　　則開環(huán)系統(tǒng)額定速降為</p><p>　　閉環(huán)系統(tǒng)的開環(huán)放大系數(shù)應(yīng)為</p><p>　　3> 計(jì)算轉(zhuǎn)速反饋環(huán)節(jié)的反饋系數(shù)和參數(shù)</p><p>　　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K≥41.2

20、2，則運(yùn)算放大器的放大系數(shù)Kp應(yīng)為</p><p><b>　　實(shí)取Kp=2。</b></p><p>　　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Ⅱ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Ⅱ型系統(tǒng)具有較好的抗擾性能。所

21、以，轉(zhuǎn)速環(huán)應(yīng)該按典型Ⅱ系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。</p><p>　　由圖可以明顯地看出，要把轉(zhuǎn)速環(huán)校正成典型Ⅱ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</p><p>　　式中 Kn——轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；</p><p>　　tn——轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)；</p><p>　　這樣，調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為</p>

22、<p>　　令τn=hT∑n，h=5，τn=hT∑n=5×0.515=2.573 s</p><p>　　則轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為</p><p>　　2.3 單片機(jī)的選型：</p><p><b>　　Wl>>n</b></p><p>　　圖3 51單片機(jī)最小系統(tǒng)</p&

23、gt;<p>　　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12MHz的晶振。</p><p>　　3 .2 PWM控制直流電機(jī)正反轉(zhuǎn)模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　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

24、，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

25、接控制使能端，控制電機(jī)的停轉(zhuǎn)。這些特性使得L298N很適合用作小型直流電機(jī)控制芯片。</p><p>　　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)

26、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。</p><p>　　3.4檢測回路模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　檢測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。</p><p>　　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接觸式兩種．接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸導(dǎo)電

27、區(qū)或絕緣區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“１”還是“０”；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“１”還是“０”。</p><p>　　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量的起始和終止位置有關(guān)，而與

28、測量的中間過程無關(guān)。</p><p>　　圖5 光電編碼器實(shí)物圖</p><p>　　光電編碼盤是將測得的角位移轉(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量轉(zhuǎn)動(dòng)角位移的累計(jì)量。</p><p><b>　　3.6按鍵模塊設(shè)計(jì)</b></p>&l

29、t;p>　　圖6 按鍵模塊硬件電路</p><p>　　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。</p><p>　　確定鍵：作用是確定給定速度。</p><p>　　設(shè)定速度：是開始設(shè)定給定的速度，擁有最高權(quán)限。</p><p>　　設(shè)定速度+：表示增加設(shè)定值。</p>&

30、lt;p>　　設(shè)定速度-：表示減少設(shè)定值。</p><p>　　3.7顯示模塊設(shè)計(jì).</p><p>　　圖7 顯示模塊硬件設(shè)計(jì)電路</p><p>　　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，操作比較簡單，詳細(xì)的1602操作指南請參考datasheet;</p><p>　　1602液晶僅顯示兩部分，實(shí)際速度和設(shè)定速

31、度。通過速度檢測和設(shè)計(jì)給定來顯示在液晶上。</p><p><b>　　4 軟件部分</b></p><p>　　3.1 PID控制程序設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1位置式電機(jī)PID控制程序設(shè)計(jì)</p><p>　　struct PID {      unsigned i

32、nt SetPoint;                         // 設(shè)定目標(biāo) Desired Value      unsigned int Pr

33、oportion;                      // 比例常數(shù) ProportionalConst      unsigned int Integral;  

34、60;                       // 積分常數(shù) Integral Const      unsigned int Derivative;  

35、;                    // 微分常數(shù) Derivative Const      unsigned int LastError;     

36、                  // Error[-1]      unsigned int PrevError;         &

37、#160;            // Error[-2]      unsigned int SumError;              

38、60;       </p><p>　　long rout;                        

39、60;                     // PID Response (Output)  long rin;         &

40、#160;                                    

41、;  // PID Feedback (Input) </p><p>　　void PID_Init(struct PID *pp)  {      memset ( pp,0,sizeof(struct PID));     //全部初始化為0 }unsigned int PID_Calc( struc

42、t PID *pp, unsigned int NextPoint )  {      unsigned int dError,Error;      Error = pp->SetPoint - NextPoint;          

43、        // 偏差         pp->SumError += Error;                 

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

45、160;      pp->PrevError = pp->LastError;         pp->LastError = Error;      return (pp->Proportion * Error    

46、;   </p><p>　　3.1.2增量式電機(jī)PID控制程序設(shè)計(jì)</p><p>　　電機(jī)控制采用增量式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。</p><p>　　void PWMset(int pwm)//PWM設(shè)置<

47、;/p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(pwm>=0){DIR=0;PWML=pwm;}</p><p>　　if(pwm<0){DIR=1;PWML=10000+pwm;}</p><p><b>　　}</b></p><p>　　/**

48、******電機(jī)增量式PID控制**********/</p><p>　　void Motor_control(void) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　int PID=0;</p><p><b>　　int P=0;</b></p>&

49、lt;p><b>　　int I=0;</b></p><p><b>　　int D=0;</b></p><p>　　int out=0;</p><p>　　Now_speed[2] = Now_speed[1];</p><p>　　Now_speed[1] = Now_speed[0

50、];</p><p>　　Now_speed[0] = setspeed-speed;</p><p>　　P = KP*(Now_speed[0]-Now_speed[1]);</p><p>　　I = KI* Now_speed[0];</p><p>　　D = KD*(Now_speed[0]-2*Now_speed[1]+Now_

51、speed[2]);</p><p>　　PID = P+I+D;</p><p>　　out=last_out+PID;</p><p>　　if(out>out_max) out=out_max;</p><p>　　if(out<out_min) out=out_min;</p><p>　　PWMs

52、et(out);</p><p>　　last_out=out;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　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，控制電機(jī)，逐漸使偏差為零系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。</p><p>　　3.2經(jīng)測速裝置由PI

53、D運(yùn)算后PWM波形的產(chǎn)生程序設(shè)計(jì)</p><p>　　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。</p><p>　　3.2.1直流電機(jī)調(diào)速原理</p><p>　　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

54、同。對(duì)于直流電機(jī)來說，人為機(jī)械特性方程式為：</p><p>　　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Ф=F(If)，當(dāng)改變勵(lì)磁電流If時(shí)，可以改變磁通量Ф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Ф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

55、，導(dǎo)致電機(jī)帶負(fù)載能力減弱。</p><p>　　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.</p><p>　　3.2.2 PWM基本原理及實(shí)現(xiàn)方法</p><p>　　其方法是通過改變電機(jī)電樞電壓接通時(shí)

56、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，簡稱PWM.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.</p><p>　　Vd=Vmax*D (2)</p><p>　　由公式(2)可見，當(dāng)我們改變占空比D=t1／T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

57、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。</p><p>　　3.2.3 PWM在直流調(diào)速中的應(yīng)用</p><p>　　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

58、控制電壓脈沖寬度或周期以達(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-IaΣRa∕Ce-φ（r/min）式中 Ua—電樞端電壓（V）Ia—電樞電流（Α）ΣRa—電樞電路總電阻（Ω）Φ—每級(jí)磁通量（Wb）Ce—與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)</p><p>　　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

59、。勵(lì)磁控制法控制勵(lì)磁通Φ，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。</p><p>　　3.2.3PWM產(chǎn)生軟件設(shè)計(jì)思路</p><p>　

60、　通過給定值，然后單片機(jī)檢測經(jīng)過旋轉(zhuǎn)光碼盤檢測轉(zhuǎn)速，形成脈沖，送到中斷口，經(jīng)過定時(shí)檢測中斷次數(shù)，測得轉(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)：</p><p>　　#define out_max 10000</p><p>　　#define

61、out_min -10000</p><p>　　sbit PWM=P2^0;//正轉(zhuǎn)引腳</p><p>　　sbit PWM=P2^1;//反轉(zhuǎn)引腳</p><p>　　int KP=1.943;//PID比例系數(shù)</p><p>　　int KI=2.573;//PID積分系數(shù)</p><p>　　int KD=

62、0;//PID微分系數(shù)</p><p>　　int count=0;</p><p>　　int Key_flag=0;</p><p>　　int flag=0;</p><p>　　int last_out=0;</p><p>　　int setspeed=50;</p><p>　　in

63、t speed=0;</p><p>　　int Now_speed[3]={0};</p><p>　　int num,speed,j; </p><p>　　unsigned char highh,highl,lowh,lowl;</p><p>　　int high=10000;</p><p>　　

64、/**********計(jì)數(shù)器0初始化**********/</p><p>　　void timer0_init(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　highh=(unsigned char)((16384-high)/256+192); </p><p>　　highl=(u

65、nsigned char)((16384-high)%256); </p><p>　　lowh=(unsigned char)(high/256+200);</p><p>　　lowl=(unsigned char)(high%256);</p><p>　　TMOD=0x01;

66、 </p><p>　　TH0=highh; </p><p>　　TL0=highl;</p><p><b>　　IT0=1;</b></p><p>　　EX0=1;

67、</p><p>　　TR0=1; </p><p>　　ET0=1; </p><p><b>　　EA=1; </b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　voi

68、d Getspeed(void) interrupt 0 //測速模塊 </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　num++;</b></p><p><b>　　IE0=0;</b></p><p><b>　　}</b>

69、</p><p>　　void Timer(void) interrupt 1//PWM波形產(chǎn)生和設(shè)置模塊 </p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(flag==0)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH0=(unsi

70、gned char)((16384-PWML)/256+192);; </p><p>　　TL0=(unsigned char)((16384-PWML)%256);; </p><p>　　PWM=1; </p><p>　　flag=1; </p><p>

71、<b>　　}</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　TH0=(unsigned char)(PWML/256+200);</p><p>　　TL0=(unsigned char)(PWML%256)

72、;;</p><p>　　PWM=0; </p><p><b>　　flag=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　if(j==20)</b></p><p><b>　　{&l

73、t;/b></p><p>　　speed=num;</p><p>　　if(Key_flag==0)</p><p>　　Motor_control();</p><p><b>　　num=0;</b></p><p><b>　　j=0;</b></p&g

74、t;<p><b>　　}</b></p><p><b>　　j++;</b></p><p><b>　　TF0=0;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　3.3顯示模塊程序設(shè)計(jì) </p>&

75、lt;p>　　以下代碼是實(shí)現(xiàn)LCD的顯示驅(qū)動(dòng),LCD循環(huán)顯示實(shí)際速度和顯示速度：</p><p>　　void chushi()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　delay(200);</p><p>　　write_com(0x38);</p><p>　　de

76、lay(65);</p><p>　　write_com(0x38);</p><p>　　delay(65);</p><p>　　write_com(0x38);</p><p>　　write_com(0x38);</p><p>　　write_com(0x08);</p><p>　　

77、write_com(0x01);</p><p>　　write_com(0x06);</p><p>　　write_com(0x0c);</p><p>　　write_com(0x80);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void write_com(uchar

78、com)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　rw=0;</b></p><p><b>　　rs=0;</b></p><p><b>　　eg=0;</b></p><p><b>　　

79、P0=com;</b></p><p>　　delay(15);</p><p><b>　　eg=1;</b></p><p>　　delay(15);</p><p><b>　　eg=0;</b></p><p><b>　　}</b>

80、</p><p>　　void write_dat(uchar date)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　rw=0;</b></p><p><b>　　rs=1;</b></p><p><b>　　eg

81、=0;</b></p><p><b>　　P0=date;</b></p><p>　　delay(15);</p><p><b>　　eg=1;</b></p><p>　　delay(15);</p><p><b>　　eg=0;</b&

82、gt;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　void display()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar num;</p><p>　　for(num=0;num<16;num++)</p>

83、<p><b>　　{</b></p><p>　　write_dat(Table[num]);</p><p>　　delay(20);</p><p><b>　　} </b></p><p>　　write_com(0x80+0x40);</p><p>　　

84、for(num=0;num<16;num++) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　write_dat(Table1[num]</p><p>　　delay(20);</p><p><b>　　} </b></p><p><b&g

85、t;　　While(1)</b></p><p><b>　　{</b></p><p>　　write_com(0x80+8);</p><p>　　write_dat(SetSpeed);</p><p>　　write_com(0x80+0x40+8);</p><p>　　wr

86、ite_dat(Speed);</p><p>　　delay(20);</p><p>　　} </p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　附錄：</b></p><p><b>　　[參考文獻(xiàn)]</b><

87、;/p><p>　　[1] 王兆安等.電力電子技術(shù)[M]. 北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2000年.</p><p>　　[2] 周淵深.交直流調(diào)速系統(tǒng)與MATLAB仿真[M].北京.中國電力出版社，2007年.</p><p>　　[3] 陳伯時(shí).運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)[M]. 北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2003年.</p><p>　　[4] 黃家善等.電力電子

88、技術(shù)[M]. 北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2007年.</p><p>　　[5]孫立志.PWM與數(shù)字化電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用[M].北京.中國電力出版社.2008年.</p><p>　　[6] 楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社. 2003年. </p><p>　　[7] 陳明熒. 8051單片機(jī)基礎(chǔ)教程[M].科學(xué)出版社. 2003年. <