直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)(數(shù)字傳動)

1、直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的微機(jī)控制直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的微機(jī)控制直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：是最早出現(xiàn)的電機(jī)，也是最早實(shí)現(xiàn)調(diào)速的電機(jī)，直流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：是最早出現(xiàn)的電機(jī)，也是最早實(shí)現(xiàn)調(diào)速的電機(jī)，控制方法也在不斷的改進(jìn)中控制方法也在不斷的改進(jìn)中，使采用全控型的開關(guān)功率元件進(jìn)行脈，使采用全控型的開關(guān)功率元件進(jìn)行脈寬調(diào)制的方法成為主流。寬調(diào)制的方法成為主流。直流電動機(jī)電樞的直流電動機(jī)電樞的PWM調(diào)壓調(diào)速原理調(diào)壓調(diào)速原理 直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方法可分為兩類直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方法可分為兩類:對勵磁磁通進(jìn)行控制的對勵磁磁通進(jìn)行控制的勵磁控制勵磁控制法和對電樞電壓進(jìn)行控制的法和對電樞電壓進(jìn)行控制的電樞控制法電樞控制法。其中勵磁

2、控制法在低速時受磁極飽。其中勵磁控制法在低速時受磁極飽和的限制，在高速時受換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，并且勵磁線圈電和的限制，在高速時受換向火花和換向器結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，并且勵磁線圈電感較大，動態(tài)響應(yīng)較差，所以這種控制方法用得很少。現(xiàn)在，大多數(shù)應(yīng)用場感較大，動態(tài)響應(yīng)較差，所以這種控制方法用得很少。現(xiàn)在，大多數(shù)應(yīng)用場合都使用電樞控制法。本章我們要介紹的就是在勵磁恒定不變的情況下，如合都使用電樞控制法。本章我們要介紹的就是在勵磁恒定不變的情況下，如何通過調(diào)節(jié)電樞電壓來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。何通過調(diào)節(jié)電樞電壓來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 絕大多數(shù)直流電動機(jī)采用開關(guān)驅(qū)動方式。開關(guān)驅(qū)動方式是絕大多數(shù)直流電動機(jī)采用開關(guān)驅(qū)動方式。開

3、關(guān)驅(qū)動方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，通過脈寬調(diào)制使半導(dǎo)體功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，通過脈寬調(diào)制PWM來控制電動機(jī)電樞電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。來控制電動機(jī)電樞電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。 利用開關(guān)管對直流電動機(jī)進(jìn)行利用開關(guān)管對直流電動機(jī)進(jìn)行PWM調(diào)速控制的原理圖和調(diào)速控制的原理圖和輸人輸出電壓波形輸人輸出電壓波形。2電動機(jī)的電樞繞組兩端的電壓平均電壓電動機(jī)的電樞繞組兩端的電壓平均電壓3在在PWM調(diào)速時，占空比是一個重要參數(shù)。以下調(diào)速時，占空比是一個重要參數(shù)。以下3種方法都可以改變種方法都可以改變占空比的值。占空比的值。()定寬調(diào)頻法定寬調(diào)頻法這種方法是保持這種方法是保持t1不變，只改變不變，只改變t2，這樣使

4、周期，這樣使周期T(或頻率或頻率)也隨之改也隨之改變。變。(2)調(diào)寬調(diào)頻法調(diào)寬調(diào)頻法這種方法是保持這種方法是保持t2不變，而改變不變，而改變t1，這樣使周期，這樣使周期T(或頻率或頻率)也隨之改也隨之改變。變。(3)定頻調(diào)寬法定頻調(diào)寬法這種方法是使周期這種方法是使周期T(或頻率或頻率)保持不變，而同時改變保持不變，而同時改變t1，和，和t2PWM控制償號的產(chǎn)生方法有控制償號的產(chǎn)生方法有4種種1)分立電子元件組成的分立電子元件組成的PWM信號發(fā)生器信號發(fā)生器 這種方法是用分立的邏輯電子元件組成這種方法是用分立的邏輯電子元件組成PWM信號電路。信號電路。它是最早期的方式，現(xiàn)在已被淘汰了。它是最早期

5、的方式，現(xiàn)在已被淘汰了。2)軟件模擬法軟件模擬法 利用單片機(jī)的一個利用單片機(jī)的一個I/O引腳，通過軟件對該引腳不斷地引腳，通過軟件對該引腳不斷地輸出高低電平來實(shí)現(xiàn)輸出高低電平來實(shí)現(xiàn)PWM波輸出。這種方法要占用波輸出。這種方法要占用CPU大量時間，使單片機(jī)無法進(jìn)行其他工作，因此也逐漸被淘大量時間，使單片機(jī)無法進(jìn)行其他工作，因此也逐漸被淘汰。汰。 3)專用專用PWM集成電路集成電路 從從PWM控制技術(shù)出現(xiàn)之日起，就有芯片制造商生產(chǎn)專控制技術(shù)出現(xiàn)之日起，就有芯片制造商生產(chǎn)專用的用的PWM集成電路芯片集成電路芯片453）單極性PWM控制方式ur正半周正半周，V1保持通通，V2保持?jǐn)鄶?。?dāng)uruc時使V

6、4通，V3斷，uo=Ud 。當(dāng)uruc時使V4斷，V3通，uo=0 。ur負(fù)半周負(fù)半周，請同學(xué)們自己分析。圖6-5 單極性PWM控制方式波形urucuOwtOwtuouofuoUd-Ud表示uo的基波分量在ur和uc的交點(diǎn)時刻控制IGBT的通斷。4)單片機(jī)的單片機(jī)的PWM口口 新一代的單片機(jī)增加了許多功能，其中包括新一代的單片機(jī)增加了許多功能，其中包括PWM功能。功能。單片機(jī)通過初始化設(shè)置，使其能自動地發(fā)出單片機(jī)通過初始化設(shè)置，使其能自動地發(fā)出PWM脈沖波。脈沖波。只有在改變占空比時才進(jìn)行干預(yù)。只有在改變占空比時才進(jìn)行干預(yù)。6直流電動機(jī)的不可逆直流電動機(jī)的不可逆PWM系統(tǒng)系統(tǒng) 直流電動機(jī)直流電

7、動機(jī)PWM控制系統(tǒng)有可逆和不可逆系統(tǒng)之分。控制系統(tǒng)有可逆和不可逆系統(tǒng)之分。可逆系統(tǒng)是指電動機(jī)可以正反兩個方向旋轉(zhuǎn)可逆系統(tǒng)是指電動機(jī)可以正反兩個方向旋轉(zhuǎn);不可逆系統(tǒng)不可逆系統(tǒng)是指電動機(jī)只能單向旋轉(zhuǎn)。是指電動機(jī)只能單向旋轉(zhuǎn)。 對于可逆系統(tǒng)，又可分為單極性驅(qū)動和雙極性驅(qū)動兩對于可逆系統(tǒng)，又可分為單極性驅(qū)動和雙極性驅(qū)動兩種方式。單極性驅(qū)動是指在一個種方式。單極性驅(qū)動是指在一個PWM周期里，作用在電周期里，作用在電樞兩端的脈沖電壓是單一極性的樞兩端的脈沖電壓是單一極性的;雙極性驅(qū)動則是指在一雙極性驅(qū)動則是指在一個個PWM周期里，作用在電樞兩端的脈沖電壓是正負(fù)交替周期里，作用在電樞兩端的脈沖電壓是正負(fù)交替

8、的。的。7891011有制動的不可逆PWM系統(tǒng) 無制動的不可逆PWM系統(tǒng)，由于電流不能反向流動，因此不能產(chǎn)生制動作用，其性能受影響。為了產(chǎn)生制動作用，必須增加一個開關(guān)管，為反向電流提供通路。圖6-5就是按照這樣的思路設(shè)計(jì)的有制動的不可逆，PWM系統(tǒng)。系統(tǒng)增加了一個開關(guān)管，只在制動時起作用，這樣系統(tǒng)就能在2個象限上工作。1213 開關(guān)管V1,V2的PWM信號電平方向相反,在每個PWM周期的0-t1區(qū)間，V1導(dǎo)通，V2截止，電流的路線和方向?yàn)閳D中的虛線1。電動機(jī)工作在電動狀態(tài)。在每個PWM周期的t1-t2區(qū)間， V1截止，電源被切斷，電樞繞組的自感電動勢使電流經(jīng)過續(xù)流二極管從形成回路，如圖中的虛線

9、2，此時雖然開關(guān)管從的控制信號為高電平，由于續(xù)流二極管的鉗位作用，使V2截止 制動時。由于控制信號的PWM占空比不斷減小，使電樞電壓平均值小于電動機(jī)的反電動勢，電樞中的電流反向流動，產(chǎn)生制動轉(zhuǎn)矩，在每個PWM周期的0-t1區(qū)間，電樞繞組的自感電動勢與反電動勢之和大于電源電壓，電流經(jīng)過續(xù)流二極管將能量回饋給電源，電流的路線和方向?yàn)閳D中的虛線4，電動機(jī)工作在再生發(fā)電制動狀態(tài)。在每個PMM周期t1-t2區(qū)間，v2在控制信號作用下導(dǎo)通，電流經(jīng)過v2形成回路，電流的路線和方向?yàn)閳D中的虛線3，電動機(jī)處于耗能制動狀態(tài) 1516174.1 4.1 微機(jī)控制直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)微機(jī)控制直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)

10、系統(tǒng)內(nèi)環(huán)是電流反饋及控制環(huán)，外環(huán)是電動機(jī)轉(zhuǎn)速反饋及系統(tǒng)內(nèi)環(huán)是電流反饋及控制環(huán)，外環(huán)是電動機(jī)轉(zhuǎn)速反饋及控制環(huán)，內(nèi)環(huán)和外環(huán)的調(diào)節(jié)都是由控制環(huán)，內(nèi)環(huán)和外環(huán)的調(diào)節(jié)都是由80318031單片微機(jī)軟件完成。單片微機(jī)軟件完成。184.2 4.2 調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)實(shí)例：系統(tǒng)的主電路是晶閘管三相全控橋，直設(shè)計(jì)實(shí)例：系統(tǒng)的主電路是晶閘管三相全控橋，直流電動機(jī)為流電動機(jī)為3kw3kw、220v220v、17.5A17.5A、1500rpm1500rpm。 晶閘管觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生和移相由微機(jī)控制電路晶閘管觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生和移相由微機(jī)控制電路輸出，經(jīng)功放電路送至晶閘管的門極。輸出，經(jīng)功放電路送至晶閘

11、管的門極。 轉(zhuǎn)速的檢測采用數(shù)字測速器，它是用微機(jī)讀取轉(zhuǎn)速的檢測采用數(shù)字測速器，它是用微機(jī)讀取與電動機(jī)聯(lián)軸的光電編碼器輸出的脈沖數(shù)，經(jīng)微機(jī)與電動機(jī)聯(lián)軸的光電編碼器輸出的脈沖數(shù)，經(jīng)微機(jī)計(jì)算后得出轉(zhuǎn)速值。計(jì)算后得出轉(zhuǎn)速值。 為了提高微機(jī)的運(yùn)算速度，為了提高微機(jī)的運(yùn)算速度，80318031單片機(jī)使用單片機(jī)使用12MHz12MHz的晶振頻率。整個系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖所示。的晶振頻率。整個系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖所示。19系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖一、轉(zhuǎn)速的檢測一、轉(zhuǎn)速的檢測1 1、用測速發(fā)電機(jī)測速、用測速發(fā)電機(jī)測速 用用直流測速發(fā)電機(jī)測速是比較簡單的。只要經(jīng)過適當(dāng)?shù)臑V直流測速發(fā)電機(jī)測速是比較簡單的。只要經(jīng)

12、過適當(dāng)?shù)臑V波電路濾去雜波，再經(jīng)過模數(shù)波電路濾去雜波，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，就可輸入計(jì)算機(jī)?？紤]到轉(zhuǎn)換，就可輸入計(jì)算機(jī)?？紤]到轉(zhuǎn)速有轉(zhuǎn)速有正有負(fù)，測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓也有正有負(fù)，設(shè)計(jì)模正有負(fù)，測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓也有正有負(fù)，設(shè)計(jì)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路時，應(yīng)當(dāng)考慮負(fù)電壓的轉(zhuǎn)換問題。數(shù)轉(zhuǎn)換電路時，應(yīng)當(dāng)考慮負(fù)電壓的轉(zhuǎn)換問題。21 2 2、用微機(jī)中的定時、用微機(jī)中的定時/ /計(jì)數(shù)器測速計(jì)數(shù)器測速 除了用測速發(fā)電機(jī)測速外，也可用微機(jī)中的定時除了用測速發(fā)電機(jī)測速外，也可用微機(jī)中的定時/ /計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器配合增量式光電碼盤的輸出信配合增量式光電碼盤的輸出信號而測號而測出轉(zhuǎn)速。出轉(zhuǎn)速。具體的方法有具體的方法有：（1 1）M M法

13、測速法測速 M M法測速是在規(guī)定的檢測時間內(nèi)，對光電碼盤輸出的脈沖法測速是在規(guī)定的檢測時間內(nèi)，對光電碼盤輸出的脈沖個數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。個數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。 實(shí)際上在實(shí)際上在規(guī)定時間內(nèi)規(guī)定時間內(nèi)的脈沖個數(shù)一般不是整數(shù)，而用微機(jī)的脈沖個數(shù)一般不是整數(shù)，而用微機(jī)中的定時中的定時/ /計(jì)數(shù)器測得的脈沖個計(jì)數(shù)器測得的脈沖個數(shù)只能是整數(shù)部分，因而存在數(shù)只能是整數(shù)部分，因而存在著量化誤差著量化誤差。M M法測速適合于測量高轉(zhuǎn)速，因?yàn)樵诜y速適合于測量高轉(zhuǎn)速，因?yàn)樵赑 P及及TcTc相同的相同的條件下，高轉(zhuǎn)速時條件下，高轉(zhuǎn)速時m1m1較大、量化誤差較小。較大、量化誤差較小。22（2 2）T T法測速法測速 T T法測速是

14、在碼盤輸出的法測速是在碼盤輸出的一一個脈沖周期內(nèi)對高頻時鐘脈沖個脈沖周期內(nèi)對高頻時鐘脈沖的個數(shù)的個數(shù)m m2 2進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速為 為了減小量化誤差，為了減小量化誤差，m2m2不能太小，所以不能太小，所以T T法在測量低轉(zhuǎn)速時法在測量低轉(zhuǎn)速時精度較高。當(dāng)然，轉(zhuǎn)速也不宜很低，以免精度較高。當(dāng)然，轉(zhuǎn)速也不宜很低，以免碼盤發(fā)出一個脈沖的碼盤發(fā)出一個脈沖的周期太長，影響測量的快速性。為了提高測量的快速周期太長，影響測量的快速性。為了提高測量的快速性，應(yīng)當(dāng)性，應(yīng)當(dāng)選用選用P P值較大的光電碼盤。值較大的光電碼盤。23（3 3）M/M/T T法測速法測速 如圖所示，是在稍大于規(guī)定時如圖所示，是

15、在稍大于規(guī)定時間間TcTc的某一時間的某一時間TdTd內(nèi)，分別內(nèi)，分別對光電碼盤輸出的脈沖個數(shù)對光電碼盤輸出的脈沖個數(shù)m1m1和高頻時鐘脈沖個數(shù)和高頻時鐘脈沖個數(shù)m2m2進(jìn)行計(jì)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。于是可求出轉(zhuǎn)速：于是可求出轉(zhuǎn)速： Td的開始和結(jié)束都應(yīng)當(dāng)正好是光電碼盤脈沖的上跳沿，的開始和結(jié)束都應(yīng)當(dāng)正好是光電碼盤脈沖的上跳沿，這樣就可保證檢測的精度。這樣就可保證檢測的精度。24二、高精度數(shù)字測速電路二、高精度數(shù)字測速電路 轉(zhuǎn)速檢測的精度和快速性對電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的靜、動態(tài)性轉(zhuǎn)速檢測的精度和快速性對電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的靜、動態(tài)性能影響極大。為了在較寬的速度范圍內(nèi)獲得高精度和快速的能影響極大。為了在較寬的速度范圍內(nèi)獲

16、得高精度和快速的數(shù)字測速，本例使用每轉(zhuǎn)數(shù)字測速，本例使用每轉(zhuǎn)1024線的光電編碼器作轉(zhuǎn)速傳感器，線的光電編碼器作轉(zhuǎn)速傳感器，它產(chǎn)生的測速脈沖頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速有固定的比例關(guān)系，微機(jī)它產(chǎn)生的測速脈沖頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速有固定的比例關(guān)系，微機(jī)對該頻率信號采用對該頻率信號采用M/T法測速處理。法測速處理。25數(shù)字測速硬件電路數(shù)字測速硬件電路 數(shù)字測速硬件電路如圖所示：圖中數(shù)字測速硬件電路如圖所示：圖中82538253的的0 0號、號、1 1號計(jì)數(shù)號計(jì)數(shù)器分別對器分別對m1m1和和m2m2進(jìn)行計(jì)數(shù)，進(jìn)行計(jì)數(shù)，D D觸發(fā)器觸發(fā)器F1F1用來使用來使m2m2的計(jì)數(shù)與測速的計(jì)數(shù)與測速脈沖計(jì)數(shù)同步，由于脈沖計(jì)數(shù)同步，由

17、于82538253為下降沿計(jì)數(shù)，故使用反相器為下降沿計(jì)數(shù)，故使用反相器G G，啟，啟動測速和停止測速信號由動測速和停止測速信號由80318031單片機(jī)的軟件向單片機(jī)的軟件向P1.2P1.2口輸出，口輸出，P1.3P1.3口用于測速電路軟件輸出復(fù)位脈沖信號?？谟糜跍y速電路軟件輸出復(fù)位脈沖信號。26系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖三、電流的檢測三、電流的檢測27四、高分辨率數(shù)字移相觸發(fā)脈沖輸出電路四、高分辨率數(shù)字移相觸發(fā)脈沖輸出電路 1 1、同步電路、同步電路 要提高調(diào)速系統(tǒng)的控制精度，首先必須保證數(shù)字觸發(fā)的移要提高調(diào)速系統(tǒng)的控制精度，首先必須保證數(shù)字觸發(fā)的移相精度相精度并嚴(yán)格與三相電源保持并嚴(yán)格

18、與三相電源保持同步同步。282930 2 2、定時控制移相角、定時控制移相角 移相角的定時是通過移相角的定時是通過82538253的的2 2號定時器完成的。當(dāng)號定時器完成的。當(dāng)80318031單單片機(jī)接受片機(jī)接受INT0INT0中斷并將經(jīng)過中斷并將經(jīng)過PIPI運(yùn)算得到的移相角時間存入運(yùn)算得到的移相角時間存入82538253定時器后，定時器開始工作。每次延時結(jié)束后，按照圖所示三定時器后，定時器開始工作。每次延時結(jié)束后，按照圖所示三相全控橋電路，晶閘管組導(dǎo)通順序如下：相全控橋電路，晶閘管組導(dǎo)通順序如下： K6K1 K6K1K1K2K1K2K2K3K2K3K3K4K3K4K4K5K4K5K5K6K5

19、K6K6K1K6K131 利用利用81558155芯片芯片PAPA口的開關(guān)量輸出，實(shí)現(xiàn)對主電路三相全控口的開關(guān)量輸出，實(shí)現(xiàn)對主電路三相全控橋橋6 6個晶閘管的控制。為便于編程序，將上述雙脈沖觸發(fā)的通個晶閘管的控制。為便于編程序，將上述雙脈沖觸發(fā)的通電情況與電情況與SlSl、S2S2、S3S3電源狀態(tài)字碼的關(guān)系用表表示。表中第二電源狀態(tài)字碼的關(guān)系用表表示。表中第二欄中的欄中的“1 1”表示觸發(fā)對應(yīng)的晶間管，表示觸發(fā)對應(yīng)的晶間管，“O O”表示不觸發(fā)。觸發(fā)信表示不觸發(fā)。觸發(fā)信號均由號均由81558155芯片的芯片的PAPA口輸出，也用字碼值表示。口輸出，也用字碼值表示。3233 當(dāng)同步脈沖信號到來

20、時，在中斷服務(wù)程序中，微機(jī)首先當(dāng)同步脈沖信號到來時，在中斷服務(wù)程序中，微機(jī)首先對對電源狀態(tài)字碼電源狀態(tài)字碼S S1S2S31S2S3讀數(shù)，并將讀數(shù)所對應(yīng)的表中的那一行讀數(shù)，并將讀數(shù)所對應(yīng)的表中的那一行作為基本行作為基本行M M，然后根據(jù)然后根據(jù)PIPI運(yùn)算得出的運(yùn)算得出的移相角，移相角，求出其所在的求出其所在的段標(biāo)號段標(biāo)號S S的值，于是的值，于是PAPA口實(shí)際輸出的觸發(fā)字碼所在的行應(yīng)為基口實(shí)際輸出的觸發(fā)字碼所在的行應(yīng)為基本行本行M M上移上移S S行；寫入定時器的延時角則為行；寫入定時器的延時角則為：a=aa=a-60-60* *S S。這樣就。這樣就能實(shí)現(xiàn)能實(shí)現(xiàn)2020 =a=a=1601

21、60大范圍內(nèi)移相。大范圍內(nèi)移相。 最小最小a a值取值取2020，主要是考慮同步脈沖到來時，在主要是考慮同步脈沖到來時，在I INTNT0 0中斷中斷服務(wù)程序里，首先要讀服務(wù)程序里，首先要讀S S1S2S31S2S3電源狀態(tài)字碼，再將上一次電源狀態(tài)字碼，再將上一次P PI I運(yùn)運(yùn)算得到算得到的的移相移相角角時間寫入時間寫入82538253定時器后，定時器才開始定時。定時器后，定時器才開始定時。完成上述兩項(xiàng)工作需要完成上述兩項(xiàng)工作需要一一定時間定時間。34 數(shù)字移相觸發(fā)器分辨率和定時器移相角時間數(shù)字移相觸發(fā)器分辨率和定時器移相角時間量量化值的計(jì)算化值的計(jì)算如下：如下： 當(dāng)選定當(dāng)選定8253825

22、3的時鐘頻率為其最高允許值的時鐘頻率為其最高允許值2M2MHzHz時，由于工頻時，由于工頻電源電源6060度度相角相角( (相鄰兩同步脈沖間隔相鄰兩同步脈沖間隔) )對應(yīng)的時間為對應(yīng)的時間為3 3.33ms.33ms，觸，觸發(fā)器的分辨率為：發(fā)器的分辨率為： 定時器移相角時間常數(shù)的量化值為：定時器移相角時間常數(shù)的量化值為：35 3 3、觸發(fā)脈沖輸出電路、觸發(fā)脈沖輸出電路 觸發(fā)器輸出電路用兩片觸發(fā)器輸出電路用兩片74LSl7574LSl75四四D D觸發(fā)器作為移相觸發(fā)脈觸發(fā)器作為移相觸發(fā)脈沖輸出的控制門，觸發(fā)脈沖的寬度由沖輸出的控制門，觸發(fā)脈沖的寬度由74LSl2374LSl23單穩(wěn)電路控制。單穩(wěn)

23、電路控制。取脈寬取脈寬0.135ms0.135ms，約折合，約折合1818電角度，可以足夠滿足晶閘管門極電角度，可以足夠滿足晶閘管門極觸發(fā)的要求。觸發(fā)的要求。36374.3 4.3 調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 該系統(tǒng)用該系統(tǒng)用80318031單片機(jī)代替了直流電動機(jī)雙環(huán)調(diào)速裝置中的單片機(jī)代替了直流電動機(jī)雙環(huán)調(diào)速裝置中的電流和轉(zhuǎn)速控制器以及電流和轉(zhuǎn)速控制器以及6 6路觸發(fā)脈沖發(fā)生電路。整個控制程路觸發(fā)脈沖發(fā)生電路。整個控制程序包括：主程序、外中斷服務(wù)程序序包括：主程序、外中斷服務(wù)程序PIPI運(yùn)算程序及各種輔助程運(yùn)算程序及各種輔助程序組成。序組成。 主程序主要功能是：上電初始化，設(shè)堆棧指針

24、，主程序主要功能是：上電初始化，設(shè)堆棧指針，80318031和主和主要芯片初始化，查詢傳感器陣列的狀態(tài)并按查到的命令鍵設(shè)要芯片初始化，查詢傳感器陣列的狀態(tài)并按查到的命令鍵設(shè)置相應(yīng)的控制命令標(biāo)志位，故障檢測報(bào)警以及等待同步脈沖置相應(yīng)的控制命令標(biāo)志位，故障檢測報(bào)警以及等待同步脈沖外中斷等。外中斷等。 同步外中斷由同步脈沖信號每隔同步外中斷由同步脈沖信號每隔3.33ms3.33ms向向CPUCPU發(fā)出一次申發(fā)出一次申請。同步外中斷服務(wù)程序的主要功能是：轉(zhuǎn)速反饋信號采請。同步外中斷服務(wù)程序的主要功能是：轉(zhuǎn)速反饋信號采樣，按控制命令標(biāo)志位對應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)對轉(zhuǎn)速環(huán)進(jìn)行樣，按控制命令標(biāo)志位對應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)對轉(zhuǎn)速

25、環(huán)進(jìn)行PIPI運(yùn)算，運(yùn)算，電流反饋信號采樣，按控制命令標(biāo)志位對應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)對電電流反饋信號采樣，按控制命令標(biāo)志位對應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)對電流環(huán)進(jìn)行流環(huán)進(jìn)行PIPI運(yùn)算，控制移相角的時間值量化，讀電源狀運(yùn)算，控制移相角的時間值量化，讀電源狀態(tài)字碼態(tài)字碼S1S2S3S1S2S3，及判定下一拍應(yīng)送觸發(fā)脈沖的晶閘管的字碼，及判定下一拍應(yīng)送觸發(fā)脈沖的晶閘管的字碼等等。等等。38 同步外中斷由同步脈沖信號每隔同步外中斷由同步脈沖信號每隔3.33ms3.33ms向向CPUCPU發(fā)出一次發(fā)出一次申請。同步外中斷服務(wù)程序的主要功能是：轉(zhuǎn)速反饋信號采申請。同步外中斷服務(wù)程序的主要功能是：轉(zhuǎn)速反饋信號采樣，按控制命令標(biāo)志位

26、對應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)對轉(zhuǎn)速環(huán)進(jìn)行樣，按控制命令標(biāo)志位對應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)對轉(zhuǎn)速環(huán)進(jìn)行PIPI運(yùn)算，運(yùn)算，電流反饋信號采樣，按控制命令標(biāo)志位對應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)對電電流反饋信號采樣，按控制命令標(biāo)志位對應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)對電流環(huán)進(jìn)行流環(huán)進(jìn)行PIPI運(yùn)算，控制移相角的時間值量化，讀電源狀運(yùn)算，控制移相角的時間值量化，讀電源狀態(tài)字碼態(tài)字碼S1S2S3S1S2S3，及判定下一拍應(yīng)送觸發(fā)脈沖的晶閘管的字碼，及判定下一拍應(yīng)送觸發(fā)脈沖的晶閘管的字碼等等。等等。 電流環(huán)的采樣間隔為電流環(huán)的采樣間隔為3.33ms3.33ms，電流環(huán)每運(yùn)算，電流環(huán)每運(yùn)算3 3次，轉(zhuǎn)速次，轉(zhuǎn)速環(huán)就要進(jìn)行一次采樣和運(yùn)算。因?yàn)檗D(zhuǎn)速的采樣是用軟件控制環(huán)就要進(jìn)行一

27、次采樣和運(yùn)算。因?yàn)檗D(zhuǎn)速的采樣是用軟件控制mlml和和m2m2的計(jì)數(shù)，所以轉(zhuǎn)速環(huán)的采樣周期等于的計(jì)數(shù)，所以轉(zhuǎn)速環(huán)的采樣周期等于10ms10ms。39MLddURd+-EnTLidddddddudtdiLRieedmmdCundtdnTdtndTT224.4 4.4 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真40uLxxGDCLCLRxxdMdedd01021221nxixd21,duu ny 21210 xxxy傳遞函數(shù)形式？傳遞函數(shù)形式？41kWPnom150min/1000rnnomAInom70005. 0aR08. 0dRmHLd26m22125mkgGD42)/(185. 010

28、0005. 07002201mimrVnRIUCnomanomnomemAkgCCeM.18. 003. 1185. 003. 1sRLTddd025. 008. 01023sCCRGDTemdm8 . 0182. 018. 037508. 012537524318 . 002. 041. 518 . 08 . 0025. 0185. 0111)(222sssssTsTTCXXsWmmderc50405 .27018 . 002. 041. 5)(22sssssW44uxxxx01021012518. 0102185. 010208. 03213321uxxxx0500000144. 05 .

29、924021212110 xxy45duu ny nxixd21,uxxxx0500000144. 05 .924021212110 xxy464748查看此模型方法是通過選擇電機(jī)模型，在右鍵彈出式菜查看此模型方法是通過選擇電機(jī)模型，在右鍵彈出式菜單中，點(diǎn)擊單中，點(diǎn)擊Look under mask，即可實(shí)現(xiàn)。，即可實(shí)現(xiàn)。 491、直流調(diào)速系統(tǒng)控制方案、直流調(diào)速系統(tǒng)控制方案根據(jù)根據(jù)電電動機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式：動機(jī)的轉(zhuǎn)速表達(dá)式：edddCRiun可以看出，直流電動機(jī)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速有以下三種方法：可以看出，直流電動機(jī)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速有以下三種方法：（1）調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速；）調(diào)節(jié)電樞電壓調(diào)速；（2）改變電動機(jī)勵磁調(diào)速；）

30、改變電動機(jī)勵磁調(diào)速；（3）改變電樞回路電阻調(diào)速。）改變電樞回路電阻調(diào)速。5051ASRACRMLTG*iUnU*nUctUiUn3 52ASRACR)(*sUinU)(*sUnctUiU11sTfn1sTfn11sTfi1sTkSs1/1sTRl_sTRmeC11sTfi)(SIdLE電流環(huán)_53%5i%5nnom54100005. 0700220nomanomnomenRIUC03. 1185. 003. 1eMCC08. 01023dddRLT182. 018. 037508. 01253752emdmCCRGDT5062121mfTs5510220*05. 1*05. 10kmnomkm

31、dsUUUUK002. 0fiTVUnm10*VUkm107005 . 15 . 1nomdmIIVUim10105010dmimIU100010*nomnmnUsTfn01. 056ASRACR)(*sUinU)(*sUnctUiU101. 01s101. 001. 0s11sTfi10017. 023s1025. 008. 0/1s_s8 . 008. 0185. 011002. 00095. 0s)(SIdLEn(s)_系統(tǒng)I動態(tài)結(jié)構(gòu)圖 57ssKWiiiACR1sTTTfisi0037. 0002. 00017. 0sTdi025. 024. 10037. 0230095. 0208.

32、 0025. 02isdiTKRTK58ssKWnnnASR1sTTTfnin0174. 001. 00037. 022sTnn087. 00174. 0556 .600174. 008. 001. 0528 . 0185. 00095. 0621nmenTRTChhK5960616263專用直流電動機(jī)驅(qū)動芯片LMD18200 直流電動機(jī)雙極性驅(qū)動下的直流電動機(jī)雙極性驅(qū)動下的直通現(xiàn)象直通現(xiàn)象 采取的辦法：增加采取的辦法：增加死區(qū)死區(qū)時間時間 時間：根據(jù)開關(guān)管的種類定時間：根據(jù)開關(guān)管的種類定 一般為一般為5-20us 單片機(jī)的專用單片機(jī)的專用PWM口，沒有死區(qū)設(shè)口，沒有死區(qū)設(shè)置置 功能，必須增加

33、專用芯片，功能，必須增加專用芯片， 單片機(jī)的專用單片機(jī)的專用PWM口，沒有死區(qū)設(shè)置功能，必須增加?？?，沒有死區(qū)設(shè)置功能，必須增加專用芯片用芯片 一種方法：一種方式是采用一專用一種方法：一種方式是采用一專用PWM信號發(fā)生器集成信號發(fā)生器集成電路，電路，SG1731,UC3637等，這類芯片都有等，這類芯片都有PWM波發(fā)生電波發(fā)生電路、死區(qū)電路，保護(hù)電路，但它們大多采用摸擬電壓控制路、死區(qū)電路，保護(hù)電路，但它們大多采用摸擬電壓控制。如果使用單片機(jī)控制，必須先通過。如果使用單片機(jī)控制，必須先通過A/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。 另一種方式仍使用單片機(jī)的另一種方式仍使用單片機(jī)的PWM口，外接含有死區(qū)功能口，外接含有

34、死區(qū)功能和驅(qū)動功能的專用集成電路，這對于小型直流電動機(jī)的控和驅(qū)動功能的專用集成電路，這對于小型直流電動機(jī)的控制，其電路非常簡單。制，其電路非常簡單。 介紹一種典型芯片介紹一種典型芯片LMD18200的性能和應(yīng)用。的性能和應(yīng)用。是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的產(chǎn)品，專用于直流電動機(jī)驅(qū)動的集成電路芯片。它有11個引腳.采用T-220封裝。其功能如下:1.額定電流3A，峰值電流6A，電源電壓55V2.額定輸出電流2A,輸出電壓30V3.可通過輸入的PWM信號實(shí)現(xiàn)PWM控制;4.可通過輸人的方向控制信號實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向控制;5.可以接受TTL或CMOS以及與它們兼容的輸入控制信號;6.可以實(shí)現(xiàn)直流電動機(jī)的雙極性和單

35、極性控制;7.內(nèi)設(shè)過熱報(bào)警輸出和自動關(guān)斷保護(hù)電路;8.內(nèi)設(shè)防橋臂直通的電路。6869 輸入控制信號引腳包括:轉(zhuǎn)向控制引腳3，使能控制引腳4(低電平有效)、PWM輸人引腳5. 提供雙極性驅(qū)動方式和單極性驅(qū)動方式。圖中是這兩種方式下的輸人接法和理想波形。70雙極性驅(qū)動71單極性驅(qū)動7273該應(yīng)用電路是Motorola 68332CPU與LMD18200接口例子，它們組成了一個單極性驅(qū)動直流電機(jī)的閉環(huán)控制電路。在這個電路中，PWM控制信號是通過引腳5輸入的，而轉(zhuǎn)向信號則通過引腳3輸入。根據(jù)PWM控制信號的占空比來決定直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。采用一個增量型光電編碼器來反饋電動機(jī)的實(shí)際位置，輸出AB兩相，檢測電機(jī)轉(zhuǎn)速和位置，形成閉環(huán)位置反饋，從而達(dá)到精 確 控 制 電 機(jī) 。74直流電動機(jī)單極性驅(qū)動可逆PWM系統(tǒng)雙