微機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)

1、微機(jī)控制調(diào)速課程簡(jiǎn)易實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)姜宏偉 中原工學(xué)院 2009.8-10說(shuō)明：1.圖片及表暫不編號(hào)；2.實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式：實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容結(jié)論。3.實(shí)驗(yàn)前應(yīng)進(jìn)行預(yù)習(xí)，寫(xiě)出預(yù)習(xí)報(bào)告，編寫(xiě)好程序代碼。預(yù)習(xí)報(bào)告可按實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式書(shū)寫(xiě)。4.不做預(yù)習(xí)或無(wú)預(yù)習(xí)報(bào)告者，禁止進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室上機(jī)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)?zāi)夸洠?.數(shù)字PID控制算法及Matlab仿真2.Protues電路分析仿真軟件3.直流電動(dòng)機(jī)PWM控制Protues仿真1。4.直流電動(dòng)機(jī)PWM控制Protues仿真2。5.直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量Proteus仿真。6.步進(jìn)電機(jī)控制Proteus仿真。7.無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制Proteus仿真。試驗(yàn)一：數(shù)字PID

2、控制算法及Matlab仿真一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.學(xué)習(xí)數(shù)字PID算法的基本原理。2.學(xué)習(xí)數(shù)字PID調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)方法。二.實(shí)驗(yàn)屬性及設(shè)備：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，使用電腦及相關(guān)專(zhuān)業(yè)軟件。三.實(shí)驗(yàn)原理：1.概述首先建立數(shù)字PID直流電機(jī)控制模型，然后用Matlab的LTI狀態(tài)分析工具箱進(jìn)行仿真，并繪制轉(zhuǎn)速及控制電壓變化圖形。 圖： 2.位置式數(shù)字PID算法公式3.增量式數(shù)字PID算法公式 4.Matlab LTI工具箱函數(shù)（作為了解內(nèi)容）例：一臺(tái)150kW直流電動(dòng)機(jī)，額定電壓220V，額定轉(zhuǎn)速1000r/min，額定電流700A，Ra=0.05，Ld=2mH，假設(shè)負(fù)載及電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)總慣量GD2=125kgm2，則：

3、傳遞函數(shù)為利用Matlab建立傳遞函數(shù)方法為：sys=tf(2652,1,25,490)當(dāng)采樣間隔為ts=0.01s時(shí)，則其z變換（離散）傳遞函數(shù)為： dsys=c2d(sys,ts,z)Matlab輸出為(Transfer function): 0.1217 z + 0.112-z2 - 1.736 z + 0.7788 Sampling time: 0.01獲得分子和分母的函數(shù)為：num,den=tfdata(dsys,v)如果電機(jī)輸入電壓狀態(tài)為uk，輸出轉(zhuǎn)速狀態(tài)為yk。則5.Matlab繪圖：plot(時(shí)間數(shù)組,y數(shù)組,顏色及標(biāo)記)表：plot函數(shù)標(biāo)示符色彩說(shuō)明標(biāo)記說(shuō)明r紅色.為點(diǎn)。默認(rèn)

4、為連續(xù)線(xiàn)g綠色b藍(lán)色k黑色四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1.位置數(shù)字PID算法程序clear all;close all;ts=0.01;%采樣時(shí)間=0.001ssys=tf(2652,1,25,490);%建立被控對(duì)象傳遞函數(shù)dsys=c2d(sys,ts,z);%把傳遞函數(shù)離散化 num,den=tfdata(dsys,v);%離散化后提取分子、分母e_1=0%上一偏差 Ee=0;%偏差累計(jì)u_1=0.0;%上一狀態(tài)電壓u_2=0.0;y_1=0;%上一狀態(tài)輸出y_2=0;kp=;%PID參數(shù)ki=;%;kd=;%;for k=1:100 time(k)=k*ts;%時(shí)間參數(shù) r(k)=500;%給定值

5、y(k)=-1*den(2)*y_1-den(3)*y_2+num(2)*u_1+num(3)*u_2; e(k)=r(k)-y(k);%偏差 u(k)=kp*e(k)+ki*Ee+kd*(e(k)-e_1); if u(k)220 u(k)=220; end if u(k)=0 u(k)=0; end Ee=Ee+e(k); u_2=u_1; u_1=u(k); y_2=y_1; y_1=y(k); e_2=e_1; e_1=e(k);endhold on;plot(time,r,r,time,y,b,time,u,r);%kp,ki,kd2.增量數(shù)字PID算法程序依據(jù)上述方法自己編寫(xiě)增量式

6、PID算法程序。3.程序調(diào)試好后，分別改變KP、KI和KD參數(shù)值，看輸出圖形有何變化，理解PID控制中比例、積分和微分對(duì)控制系統(tǒng)的作用。 圖1：4.程序中可加入如下語(yǔ)句if k50 r(k)=400; elser(k)=800;end然后觀(guān)察連續(xù)調(diào)速時(shí)圖形變化的情況。 圖2：五.實(shí)驗(yàn)要求：復(fù)習(xí)理解數(shù)字PID控制算法，及matlab使用方法，編制位置式和增量式算法控制程序。實(shí)驗(yàn)二：Protues電路分析仿真軟件一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩W(xué)習(xí)Proteus的使用方法二.實(shí)驗(yàn)屬性及設(shè)備：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，使用電腦及相關(guān)專(zhuān)業(yè)軟件。三.實(shí)驗(yàn)原理：1.概述Proteus的ISIS是一款Labcenter出品的電路分析實(shí)物仿

7、真系統(tǒng)，可仿真各種電路和IC，并支持單片機(jī)，元件庫(kù)齊全，使用方便，是不可多得的專(zhuān)業(yè)的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)。該軟件的特點(diǎn)： 全部滿(mǎn)足我們提出的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，并在同類(lèi)產(chǎn)品中具有明顯的優(yōu)勢(shì)。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS一232動(dòng)態(tài)仿真、1 C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤(pán)和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。 目前支持的單片機(jī)類(lèi)型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列以及各種外圍芯片。 支持大量的存儲(chǔ)器和外圍芯片。總之該軟件是一款集單

8、片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大 ，可仿真51、AVR、PIC。2.常用元件漢語(yǔ)解釋 表：Proteus常用元件英漢對(duì)照元件中文備注 Res電阻POT-LIN可變電阻Cap電容Button按鈕1N914二極管LED-RED紅色發(fā)光二極管NPN或PNP三極管7400與非門(mén)7404非門(mén)7408與門(mén)89c5151單片機(jī)LM339電壓比較器AD0808AD轉(zhuǎn)換DA0832DA轉(zhuǎn)換74273鎖存器555555定時(shí)器Motor-DC直流電動(dòng)機(jī)Motor-Stepper四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)BLDC無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)7seg-BCD數(shù)碼管+譯碼器四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1.起動(dòng)Proteus從開(kāi)始菜單中，運(yùn)行程

9、序，如圖： 圖1：2.添加所需元件順序選擇按鈕和，在keywords中填寫(xiě)元件名稱(chēng)，在右側(cè)列表中雙擊該元件，該元件被選中，并出現(xiàn)在左側(cè)選中元件列表中。 圖2：?jiǎn)螕暨x中元件，放置在Proteus作圖區(qū)，并按要求連線(xiàn)。3.電源與地選擇圖示按鈕，列表中出現(xiàn)power為電源，ground為地。選擇元件后可放置在繪圖區(qū)。 圖3：4.示波器應(yīng)用如圖示操作可獲得示波器。示波器地線(xiàn)默認(rèn)為自動(dòng)連接。 圖4：5.單片機(jī)控制LED電路單片機(jī)可不用連接晶振和電源（地）復(fù)位電路。按圖放置元件并連接。 圖5：?jiǎn)螕綦娮柙?，在特性?duì)話(huà)框中把電阻值修改為300（默認(rèn)單位歐）。 圖6：6.使用keil C或wave軟件編寫(xiě)匯編

10、或C單片機(jī)程序（對(duì)燈進(jìn)行控制練習(xí)，使燈按一定規(guī)律進(jìn)行明滅），并生成hex文件。單擊單片機(jī)，在對(duì)話(huà)框program file中裝入hex程序。 圖7：點(diǎn)擊運(yùn)行、暫停及停止等按鈕，運(yùn)行程序。7.自己再編寫(xiě)一個(gè)練習(xí)程序進(jìn)行上機(jī)仿真。五.實(shí)驗(yàn)要求提前進(jìn)行預(yù)習(xí)，掌握一種單片機(jī)程序編制方法（wave或keil C）。如果想對(duì)proteus有更多了解，應(yīng)查找相關(guān)資料。 8.附錄： 常用頭文件：#include 常用數(shù)據(jù)類(lèi)型：char，int，long int，double等。 IO口定義：sbit P10=P10； IO口輸出：P1=jmn； P10=1； 讀IO口：kh=P1； thm=P10；實(shí)驗(yàn)三：直

11、流電動(dòng)機(jī)PWM控制Protues仿真1一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.學(xué)習(xí)PWM波生成方法。2.學(xué)習(xí)直流電動(dòng)機(jī)PWM控制方法。二.實(shí)驗(yàn)屬性及設(shè)備：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，使用電腦及相關(guān)專(zhuān)業(yè)軟件。三.實(shí)驗(yàn)原理：1.本實(shí)驗(yàn)采用無(wú)制動(dòng)的不可逆PWM控制方法?？刂茖?duì)象為小型直流電動(dòng)機(jī)，采用功率晶體管作為開(kāi)關(guān)器件，如圖1所示。 圖1：直流電動(dòng)機(jī)控制原理2.PWM波的產(chǎn)生 圖2：PWM波形圖利用單片機(jī)一個(gè)I/O口產(chǎn)生高低電平。高電平時(shí)間T1，低電平時(shí)間T2，則PWM波周期為，如圖2所示。T1+T2PWM波頻率為f=1/T。這里使用單片機(jī)T0定時(shí)器模式1進(jìn)行定時(shí)操作，單片機(jī)振蕩頻率為12MHz。 假定PWM頻率為f，則T=1,000

12、,000/f（機(jī)器周期）。T1按占空比進(jìn)行計(jì)算：T1=T，T2=（1-）T則高電平裝入時(shí)間TT1=65536-T1，低電平裝入時(shí)間TT2=65536-T2。3.如果進(jìn)行加減速操作，則改變PWM波占空比即可。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.按圖3搭接電路。電動(dòng)機(jī)電源設(shè)置為+12V。 圖3：直流電動(dòng)機(jī)控制原理2.編制程序單片機(jī)使用T0定時(shí)器，工作方式1。加減速按鍵使用中斷0和中斷1進(jìn)行控制。以下為C語(yǔ)言控制程序。#include sbit PWM=P10;unsigned int TT;unsigned int TT1;unsigned int TT2;unsigned char T1H10;unsigned c

13、har T1L10;unsigned char T2H10;unsigned char T2L10;#define Pinlv 500; /PWM頻率unsigned char sudu=5; /速度變量void main() unsigned char i; TT=1000000/Pinlv; for (i=1;i=9;i+) TT1=(i+0.5)/10)*TT; /占空比分別為1.5;2.5;3.5;4.5;5.5;6.5;7.5;8.5;9.5共9檔 TT2=TT-TT1; TT1=65536-TT1; TT2=65536-TT2; T1Hi=TT1/256;/高電平時(shí)定時(shí)器裝入時(shí)間

14、T1Li=TT1%256; T2Hi=TT2/256; /低電平時(shí)定時(shí)器裝入時(shí)間 T2Li=TT2%256; PWM=1; /高電平 TMOD=0x01; /定時(shí)器0工作方式1 TH0=T1Hsudu; /TT1 TL0=T1Lsudu; TR0=1; /開(kāi)定時(shí)器0 EA=1; /開(kāi)中斷 ET0=1; /開(kāi)定時(shí)器0中斷 EX0=1; /開(kāi)外部中斷 EX1=1; IT0=1; /下降沿觸發(fā) IT1=1; while(1) P2=sudu; void timer0()interrupt 1 /產(chǎn)生PWM波 if (PWM=0) PWM=1; /高電平 TH0=T1Hsudu; /TT1 TL0=T

15、1Lsudu; else PWM=0; /低電平 TH0=T2Hsudu; /TT2 TL0=T2Lsudu; void int0()interrupt 0 /加速 if (sudu1) sudu-;3.運(yùn)行程序，進(jìn)行加減速操作。通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)速表觀(guān)察轉(zhuǎn)速，并通過(guò)示波器觀(guān)察PWM波變化情況，如圖4所示。 圖4：示波器波形圖4.選做題目：查找資料，對(duì)直流電動(dòng)機(jī)其它控制方式進(jìn)行編程控制仿真。五、實(shí)驗(yàn)要求：復(fù)習(xí)直流電動(dòng)機(jī)PWM波控制方法，編制單片機(jī)控制程序。實(shí)驗(yàn)四、直流電動(dòng)機(jī)PWM控制Protues仿真2一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)芯片L298特性，并對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行PWM控制。二.實(shí)驗(yàn)屬性及設(shè)備：驗(yàn)證性

16、實(shí)驗(yàn)，使用電腦及相關(guān)專(zhuān)業(yè)軟件。三.實(shí)驗(yàn)原理：1.本實(shí)驗(yàn)L298芯片對(duì)直流電動(dòng)機(jī)進(jìn)行PWM控制。L298是SGS公司的產(chǎn)品，恒壓恒流橋式2A驅(qū)動(dòng)芯片?？梢则?qū)動(dòng)兩個(gè)直流電動(dòng)機(jī)，也可用于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)。其輸出電壓最高可達(dá)50V，可以直接通過(guò)電源來(lái)調(diào)節(jié)輸出電壓；也可直接用單片機(jī)的IO口提供信號(hào)。電路簡(jiǎn)單，使用比較方便。L298外形及管腳如圖1，proteus仿真模型如圖2。 圖1：L298外形及管腳圖 圖2：L298仿真模型L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號(hào)，9管腳接4.57 V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍為2.546 V。輸出電流可達(dá)2.5 A，可驅(qū)動(dòng)電感性負(fù)載。1腳和15腳下管的發(fā)

17、射極分別單獨(dú)引出以便接入電流采樣電阻，形成電流傳感信號(hào)。L298可驅(qū)動(dòng)2個(gè)直流電動(dòng)機(jī)，OUT1，OUT2以及OUT3，OUT4之間可分別接直流電動(dòng)機(jī)，本實(shí)驗(yàn)裝置我們選用驅(qū)動(dòng)一臺(tái)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)。表1是L298N功能邏輯圖。 表1：L298邏輯功能ENAIN1IN2電機(jī)狀態(tài)0XX停止100停止101反轉(zhuǎn)110正轉(zhuǎn)111剎停In3，In4的邏輯圖與表1相同。由表1可知EnA為低電平時(shí)，輸入電平對(duì)電機(jī)控制起作用，當(dāng)EnA為高電平，輸入電平為一高一低，電機(jī)正或反轉(zhuǎn)。同為低電平電機(jī)停止，同為高電平電機(jī)剎停。2.PWM

18、波生成方法與上一實(shí)驗(yàn)方法相同。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.按圖3搭接電路。電動(dòng)機(jī)電源設(shè)置為+15V（不限）。 圖3：實(shí)驗(yàn)電路圖利用PWM波對(duì)ENA進(jìn)行使能控制，圖中的二極管為起續(xù)流作用。2.編制程序單片機(jī)使用T0定時(shí)器，工作方式1。 #includesbit P20=P20;sbit P21=P21;sbit P24=P24;unsigned char T1H;unsigned char T1L;unsigned char T2H;unsigned char T2L;bit PWMBJ;void main() unsigned int pinlv=1000; unsigned int TT; unsign

19、ed int T1; unsigned int T2; float zkb=0.9; TT=11059200/(12*pinlv); T1=65535- zkb*TT; T2=65535-(1-zkb)*TT; T1H=T1/256; T1L=T1%256; T2H=T2/256; T2L=T2%256; TMOD=0x01; EA=1; ET0=1; TR0=1; P20=1; /正反轉(zhuǎn)控制 P21=0; while(1);void timer0()interrupt 1 /定時(shí)器0中斷程序 if (PWMBJ=1) PWMBJ=0; P24=0; TH0=T2H; TL0=T2L; els

20、e PWMBJ=1; P24=1; TH0=T1H; TL0=T1L; 3.調(diào)試程序4.在程序中改變占空比參數(shù)，改變電機(jī)速度，對(duì)IN1和IN2電平改變，使電機(jī)正反轉(zhuǎn)。5.選作內(nèi)容，在此基礎(chǔ)上，增加幾個(gè)按鈕，可直接對(duì)電機(jī)進(jìn)行正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、停止控制。五、實(shí)驗(yàn)要求：學(xué)習(xí)L298驅(qū)動(dòng)芯片功能，編制單片機(jī)控制程序。實(shí)驗(yàn)五：直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量Proteus仿真一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.學(xué)習(xí)電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量方法。二.實(shí)驗(yàn)屬性及設(shè)備：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，使用電腦及相關(guān)專(zhuān)業(yè)軟件。三.實(shí)驗(yàn)原理：1.電機(jī)轉(zhuǎn)速測(cè)量一般可使用霍爾傳感器或編碼盤(pán)，這里以增量式編碼盤(pán)為例。單擊直流電動(dòng)機(jī)，在特性表中改變其每轉(zhuǎn)脈沖（pulses per revo

21、lution）為240個(gè)。電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，編碼盤(pán)發(fā)出連續(xù)脈沖。當(dāng)轉(zhuǎn)速較高時(shí)，一般可使用在一定周期內(nèi)對(duì)脈沖計(jì)數(shù)的方法。當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，則可對(duì)其脈沖寬度進(jìn)行測(cè)量，則轉(zhuǎn)速(r/min)2. 測(cè)量時(shí)，編碼盤(pán)信號(hào)接INT0，定時(shí)器T0設(shè)置為方式1，GATE=1。這樣，起始時(shí)，定時(shí)器T0清零，當(dāng)信號(hào)脈沖高電平時(shí)，定時(shí)器T0開(kāi)始計(jì)時(shí)，當(dāng)信號(hào)脈沖低低電平時(shí)，定時(shí)器T0停止計(jì)時(shí)。則定時(shí)器T0的值即為半個(gè)脈沖周期值T。定時(shí)器T0方式1時(shí)工作原理如圖1。 圖1：定時(shí)器T0工作方式1工作原理圖 3.轉(zhuǎn)速顯示使用帶譯碼器的數(shù)碼管，7SEG-BCD-GRN。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1.按圖2搭接電路。 圖2：實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)圖 2.編制電機(jī)控制

22、及轉(zhuǎn)速測(cè)量程序#includesbit P20=P20;sbit P21=P21;sbit P24=P24;unsigned char T1H;unsigned char T1L;unsigned char T2H;unsigned char T2L;bit PWMBJ;unsigned int T; /信號(hào)脈沖周期void delay(); /延時(shí)void main() unsigned int pinlv=1000; unsigned int TT; unsigned int T1; unsigned int T2; float zkb=0.9; unsigned char sudu;/轉(zhuǎn)

23、速 TT=11059200/(12*pinlv); T1=65535- zkb*TT; T2=65535-(1-zkb)*TT; T1H=T1/256; T1L=T1%256; T2H=T2/256; T2L=T2%256; TMOD=0x19; EA=1; ET1=1; TR1=1; TR0=1; EX0=1; /開(kāi)外部中斷0 IT0=1; /下降沿中斷 P20=1; P21=0; while(1) /sudu=(60)/(12/11059200)*T*2*240); sudu=115200/T; /轉(zhuǎn)速計(jì)算 P1=(sudu/100)*16+(sudu%100)/10; /顯示 P0= s

24、udu%10; delay(); void int0()interrupt 0 /信號(hào)脈沖周期測(cè)量 T=TH0*256+TL0; TH0=0; TL0=0;void timer1()interrupt 3 /PWM波控制 if (PWMBJ=1) PWMBJ=0; P24=0; TH1=T2H; TL1=T2L; else PWMBJ=1; P24=1; TH1=T1H; TL1=T1L; void delay() /延時(shí) unsigned int i=500; while(i-);3.調(diào)試程序，觀(guān)察數(shù)碼管顯示與電機(jī)轉(zhuǎn)速表顯示是否一致。4.選作內(nèi)容1）PID控制程序 編制PID控制程序，程序流

25、程按圖3。 圖3：電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制原理圖 調(diào)試程序，觀(guān)察電機(jī)轉(zhuǎn)速與設(shè)定值是否一致。2）上位機(jī)顯示轉(zhuǎn)速曲線(xiàn) 程序流程按圖4，程序結(jié)構(gòu)按圖5。 圖4：電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制原理圖 圖5：電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制程序流程圖按圖6接線(xiàn)，增加一個(gè)串口通訊控件，串口通訊協(xié)議：9600，N，8，1,晶振頻率11.0592MH,使用端口1通訊。 圖6：實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)圖VB界面如圖7，添加一個(gè)通訊控件，使用端口com2通訊。 圖7：VB控制界面程序運(yùn)行效果如圖8： 圖8:電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制速度響應(yīng)曲線(xiàn)注意：為編程簡(jiǎn)單，PID通訊參數(shù)都使用字節(jié)數(shù)據(jù)，在單片機(jī)程序中予以修正。五、實(shí)驗(yàn)要求：復(fù)習(xí)轉(zhuǎn)速測(cè)量及PID控制有關(guān)知識(shí)，編制單片機(jī)控制程序。實(shí)

26、驗(yàn)六：步進(jìn)電機(jī)控制Proteus仿真一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.學(xué)習(xí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的單片機(jī)控制方法。二.實(shí)驗(yàn)屬性及設(shè)備：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，使用電腦及相關(guān)專(zhuān)業(yè)軟件。三.實(shí)驗(yàn)原理：1.四相步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)如圖,Proteus中如圖。 圖： 圖：2.四相步進(jìn)電機(jī)工作原理四相步進(jìn)電機(jī)常用通電方式有：四拍和八拍。四拍通電順序?yàn)椋篈，B，C，D。（反轉(zhuǎn)為A-D-C-B）八拍通電順序?yàn)椋篈，AB，B，BC，C，CD，D，DA。（反轉(zhuǎn)略）它的工作過(guò)程是這樣的：當(dāng)有一相繞組被激勵(lì)時(shí)，磁通從正相齒，經(jīng)過(guò)軟鐵芯的轉(zhuǎn)子，并以最短的路徑流向負(fù)相齒，而其他六個(gè)凸齒并無(wú)磁通。為使磁通路徑最短，在磁場(chǎng)力的作用下，轉(zhuǎn)子被強(qiáng)迫移動(dòng)，使最近的一對(duì)齒與被激

27、勵(lì)的一相對(duì)準(zhǔn)。一個(gè)通電順序，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)360/6=60。因此四拍步距角為15，八拍步距角為7.5。對(duì)八拍通電順序（工作方式），一步通電時(shí)間為T(mén)，則轉(zhuǎn)速為：60/(68T) 單位r/min例如：?jiǎn)纹瑱C(jī)振蕩頻率12MH，每個(gè)機(jī)器周期1s，一相通電時(shí)間122000機(jī)器周期，則轉(zhuǎn)速為：60/(6*8*12*2000*10-6)=52轉(zhuǎn)/min3.步進(jìn)電機(jī)參數(shù)設(shè)置點(diǎn)擊步進(jìn)電機(jī)，打開(kāi)參數(shù)設(shè)置對(duì)話(huà)框，把步距角Step Angle修改為15（按四相四排方式計(jì)算）。圖：5.步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)ULN2803是達(dá)林頓管輸出器件，在電路中能起到大電流輸出和高壓輸出作用。其管腳如圖： 圖：四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.按圖搭接電路。 圖：2

28、.編制單片機(jī)控制程序。定時(shí)器T0用來(lái)產(chǎn)生控制脈沖，外部中斷0和1用來(lái)進(jìn)行加減速控制。#include unsigned int THTL;unsigned char TH;unsigned char TL;unsigned code pai=0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09; /0001 0011 0010 0110 0100 1100 1000 1001 四相8拍unsigned char paishu=0;/拍計(jì)數(shù) unsigned char sudu=180; /速度1-254,該數(shù)值越大，則速度越小。unsigned char sudush

29、u=0;/速度計(jì)數(shù) void main()THTL=65536-2000; /振蕩頻率12MHz,檔差2ms/拍TH=THTL/256; TL=THTL%256; TMOD=0x01; /定時(shí)器0工作方式1 TH0=TH; /定時(shí)常數(shù) TL0=TL; EA=1;/開(kāi)中斷 ET0=1;EX0=1; EX1=1; TR0=1;/開(kāi)定時(shí)器IT0=1; /下降沿外部中斷方式IT1=1; while(1)P2=sudu; /P2口顯示速度數(shù)void timer0() interrupt 1/定時(shí)器0中斷程序，產(chǎn)生控制脈沖 TH0=TH;TL0=TL; /設(shè)定時(shí)每隔1ms中斷一次sudushu+; if

30、(sudushusudu) /定時(shí)計(jì)次 sudushu=0; paishu+; if (paishu7) paishu=0; P1=paipaishu; /換拍 void bt0()interrupt 0 /外部中斷0程序（減速按鍵） if (sudu1) sudu-;3.運(yùn)行程序，用示波器觀(guān)察控制脈沖波形。 圖：4.進(jìn)行加減速操作，觀(guān)察轉(zhuǎn)速變化和控制波形變化情況。5.簡(jiǎn)單修改程序，進(jìn)行四相4拍控制操作。五、實(shí)驗(yàn)要求復(fù)習(xí)步進(jìn)電機(jī)工作原理及控制方法，編制單片機(jī)控制程序。實(shí)驗(yàn)七：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制Proteus仿真一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?.學(xué)習(xí)無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)控制方法。二.實(shí)驗(yàn)屬性及設(shè)備：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，使用電

31、腦及相關(guān)專(zhuān)業(yè)軟件。三.實(shí)驗(yàn)原理：1.無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)與直流電動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)原理類(lèi)似。直流電動(dòng)機(jī)使用換向器，使轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)一直滯后定子磁場(chǎng)90。 圖6-1 直流電動(dòng)機(jī)工作原理2. 常用的三相Y接無(wú)刷直流電機(jī)為例，三相繞組連接如圖6-2a，一相繞組由兩部分組成，空間位置相差180電角度，這里按凸極式定子磁極進(jìn)行說(shuō)明，具體結(jié)構(gòu)如圖6-2(b)。a. 定子繞組連接圖 b. 定子結(jié)構(gòu)圖圖6-2：無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)定子結(jié)構(gòu)和繞組連接當(dāng)A+C-通電時(shí)，定子磁動(dòng)勢(shì)如圖6-3所示。三相繞組共有6種通電方式，即定子磁動(dòng)勢(shì)可有六種位置（相鄰位置的磁動(dòng)勢(shì)相差60電角度）。這樣，定子磁動(dòng)勢(shì)不能保證一直超前轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)90，但可通過(guò)換相，

32、使定子磁動(dòng)勢(shì)一直超前轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)9030（約90），也即，當(dāng)A+C-通電瞬間，定子磁動(dòng)勢(shì)超前轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)120，這時(shí)，定子磁場(chǎng)靜止，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)滯后角度逐漸減小。當(dāng)?shù)竭_(dá)90位置位置后，轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，使滯后角度繼續(xù)減小，當(dāng)該角度達(dá)到60時(shí)，開(kāi)始換相，假定電機(jī)正轉(zhuǎn)（逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正），則使A+B-導(dǎo)通，換相瞬間定子磁動(dòng)勢(shì)仍超前轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)120，如圖6-4所示。這樣周而復(fù)始，使轉(zhuǎn)子連續(xù)旋轉(zhuǎn)。定子磁動(dòng)勢(shì)圖6-3：定子磁動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)定子磁動(dòng)勢(shì)圖6-4：定轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)變化圖 根據(jù)上述原理，需使用位置檢測(cè)傳感器（霍爾傳感器或光電式傳感器等）檢測(cè)出轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)的6個(gè)特殊位置，如圖6-5所示。以霍爾傳感器為例，在定子上安裝3個(gè)（sa、sb、sc），空間位置相距120，如圖6-5所示。當(dāng)傳感器處于轉(zhuǎn)子N極下時(shí)，電平信號(hào)（處理后）為1，否則為0。則定子磁動(dòng)勢(shì)及定子換相關(guān)系如圖6-5和表6-1所示。 圖6-5：轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)與傳感器位置關(guān)系 表6-1：轉(zhuǎn)子位置與傳感器編碼表轉(zhuǎn)子磁動(dòng)勢(shì)位置123456傳感器編碼01XX101X010XX010X1正轉(zhuǎn)時(shí)X變化100110011001正轉(zhuǎn)切換相A+B-C+B-C+A-B+A-B+C-A+C-反轉(zhuǎn)時(shí)X變化011001100110反轉(zhuǎn)切換相C+A-B+A-B+C-A+C-A+B-C+B-3.無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)三相無(wú)刷