直流電機(jī)PID調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要直流電機(jī)具有良好的啟動性能和調(diào)速特性，它的特點(diǎn)是啟動轉(zhuǎn)矩大，能在寬廣的范圍內(nèi)平滑、經(jīng)濟(jì)地調(diào)速，轉(zhuǎn)速控制容易，調(diào)速后效率很高。本文設(shè)計(jì)的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，主要由51單片機(jī)、電源、電機(jī)驅(qū)動電路、LCD液晶顯示器、霍爾測速電路以及獨(dú)立按鍵組成的電子產(chǎn)品。主要是以直流電機(jī)（所選電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為2000轉(zhuǎn)/分鐘）為被控對象，以MCU為控制器設(shè)計(jì)一個(gè)轉(zhuǎn)速反饋單閉環(huán)PID控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)誤差為零，最大超調(diào)量小于10%，電源采用78系列芯片實(shí)現(xiàn)+5V、+15V對電機(jī)的調(diào)速采用PWM波方式，PWM是脈沖寬度調(diào)制，通過獨(dú)立按鍵實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的啟停、調(diào)速、轉(zhuǎn)向的人工控制，LCD實(shí)現(xiàn)對測量數(shù)據(jù)（速度）的顯示。電機(jī)轉(zhuǎn)速利用霍爾傳感器檢測輸出方波，通過51單片機(jī)對1秒內(nèi)的方波脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)算出電機(jī)的速度，實(shí)現(xiàn)了直流電機(jī)的反饋控制。關(guān)鍵字：直流電機(jī)調(diào)速；PID控制器；電機(jī)的驅(qū)動電路；LCD顯示器；51單片機(jī)AbstractDCmotorhasagoodstartupperformanceandspeedcharacteristics,itischaracterizedbystartingtorque,maximumtorque,inawiderangeofsmooth,economicalspeed,speed,easycontrol,speedcontrolafterthehighefficiency.ThisdesignofDCmotorspeedcontrolsystem,mainlybythemicrocontroller51,powersupply,H-bridgedrivercircuits,LCDliquidcrystaldisplay,theHallvelocityandindependentkeycomponentcircuitsofelectronicproducts.Powersupplywith78serieschip+5V,+15VformotorspeedcontrolusingPWMwavemode,PWMisapulsewidthmodulation,dutycyclebychangingtheMCU51.Achievedthroughindependentbuttonsstartandstopthemotor,speedcontrol,turningthemanualcontrol,LCDrealizethemeasurementdata(speed)ofthedisplay.MotorspeedusingHallsensoroutputsquarewave,by51secondsto1microcontrollersquarewavepulsesarecountedtocalculatethespeedofthemotortoachieveaDCmotorfeedbackcontrol.Keywords:DCmotorspeedcontrol；Hbridgedrivercircuit；LCDdisplay目錄1緒論 11.1直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究意義 31.2直流電機(jī)調(diào)速的發(fā)展趨勢 51.3本文研究的內(nèi)容 62直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 102.1設(shè)計(jì)方案綜述 102.1.1H橋驅(qū)動電路設(shè)計(jì)方案 122.1.2調(diào)速設(shè)計(jì)方案 132.2硬件設(shè)計(jì) 142.2.1電源電路 142.2.2H橋驅(qū)動電路 162.2.3基于霍爾傳感器的測速模塊 162.3.4LCD顯示模塊 173直流調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 193.1PWM技術(shù)簡介 193.1.1PWM介紹 193.1.2PWM控制的基本原理 193.1.3PWM調(diào)速原理 213.2調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 223.2.1電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì) 223.2.2速度調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 233.2軟件設(shè)計(jì) 253.2.1系統(tǒng)總控制流程圖及說明 253.2.2PWM波軟件設(shè)計(jì) 263.2.2測速軟件設(shè)計(jì) 294基于matlab的仿真分析 304.1仿真步驟 304.2仿真分析 345結(jié)論 38致謝 39參考文獻(xiàn) 40附錄 。1緒論1.1直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的研究意義三十多年來，直流經(jīng)歷了重大的變革。首先，實(shí)現(xiàn)了整流器件的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了使用己久的直流發(fā)電機(jī)一電動機(jī)機(jī)組及水銀整流裝置，使直流電機(jī)拖動完成了一次大的飛躍。同時(shí)，控制電路己實(shí)現(xiàn)高集成化，小型化，高可靠性及低成本。以上技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅度提高，應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大。由于直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速精度高，調(diào)速范圍廣，所以，在對調(diào)速性能要求較高的場合，一般都采用直流電機(jī)拖動。直流調(diào)速技術(shù)迅速發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，在可逆、寬調(diào)速、高精度的電機(jī)拖動領(lǐng)域中一直居于壟斷地位。早期，直流傳動的控制系統(tǒng)采用模擬分立器件構(gòu)成，由于模擬器件有其固有的缺點(diǎn)，構(gòu)成系統(tǒng)的器件較多，使得模擬直流傳動系統(tǒng)的控制精度及可靠性較低。隨著單片機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，直流傳動控制系統(tǒng)己經(jīng)廣泛使用單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化控制。數(shù)字化調(diào)速系統(tǒng)與模擬系統(tǒng)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)。1.提高了調(diào)速性能由于測速采用數(shù)字化，能夠在很寬的范圍內(nèi)高精度測速，所以擴(kuò)大了調(diào)速范圍，提高了速度控制的精度。另一方面，一些模擬電路難以實(shí)現(xiàn)的控制規(guī)律和控制方法，例如各種最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、復(fù)合控制等都變得十分容易了，從而使系統(tǒng)的控制性能得到提高。2.提高了運(yùn)行的可靠性由于硬件高度集成化，所以零部件數(shù)量和觸點(diǎn)大大減少;很多功能都是由軟件(即程序)來完成的，使硬件得以簡化，所以采用單片機(jī)控制的電力拖動系統(tǒng)的故障率比模擬系統(tǒng)小。另外，數(shù)字電路的抗干擾性能強(qiáng)，不易受溫度等外界條件變化的影響，沒有工作點(diǎn)的溫漂等問題，所以運(yùn)行的可靠性高。3.易于維修由于單片機(jī)可以與計(jì)算機(jī)相連，而計(jì)算機(jī)具有存儲、顯示、記錄等功能，可以對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測、診斷、顯示和記錄，并對發(fā)生故障的時(shí)間、性質(zhì)和原因進(jìn)行分析和記錄，所以維修很方便，維修周期變短。由于單片機(jī)以數(shù)字信號工作，控制手段靈活方便，抗干擾能力強(qiáng)。所以，數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的控制精度和可靠性比模擬直流調(diào)速系統(tǒng)大大提高。而且通過系統(tǒng)總線，數(shù)字控制系統(tǒng)能與管理計(jì)算機(jī)、過程計(jì)算機(jī)、遠(yuǎn)程電控裝置進(jìn)行信息交換，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的分級自動化控制。所以，直流傳動控制采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，使直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)嶄新階段。1.2直流電機(jī)調(diào)速的發(fā)展趨勢(1)國外發(fā)展概況隨著各種微處理器的出現(xiàn)和發(fā)展，國外對直流電機(jī)數(shù)字控制調(diào)速系統(tǒng)的研究也在不斷的發(fā)展和完善，尤其在80年代在這方面的研究達(dá)到空前的繁榮。大型直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)一般采用晶閘管整流來實(shí)現(xiàn)，為了提高調(diào)速系統(tǒng)的性能，研究工作者對晶閘管觸發(fā)脈沖的控制算法作了大量研究:有的提出了內(nèi)?？刂频乃惴?有的提出了用I-P控制器取代PI調(diào)節(jié)器的方法;有的提出了自適應(yīng)PID算法和模糊PID算法，等等。近幾年來，國外各大公司紛紛推出以DSP（數(shù)字信號處理器）為基礎(chǔ)的內(nèi)核，配以電機(jī)控制所需的外圍功能電路，集成在單一芯片內(nèi)的稱為DSP單片電機(jī)控制器（如ADI的ADMC3××系列、TI的TMS320C240和Motorola的DSP56F8××系列），價(jià)格大大降低，體積縮小，結(jié)構(gòu)緊湊，使用便捷，可靠性提高。DSP的最大速度為20～40MIPS，單周期指令執(zhí)行時(shí)間快達(dá)幾十納秒，它和普通的單片機(jī)相比，處理數(shù)字運(yùn)算能力增強(qiáng)10～15倍，確保系統(tǒng)有更優(yōu)越的控制性能。數(shù)字控制使硬件簡化，柔性的控制算法使控制具有很大的靈活性，可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律，使現(xiàn)代控制理論在運(yùn)動控制系統(tǒng)中應(yīng)用成為現(xiàn)實(shí)，易于與上層系統(tǒng)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，便于故障診斷加強(qiáng)保護(hù)和監(jiān)視功能，使系統(tǒng)智能化（如有些變頻器具有自調(diào)整功能）。(2)國內(nèi)發(fā)展概況我國在電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的水平還遠(yuǎn)落后于于發(fā)達(dá)國家，在電機(jī)調(diào)速的很多裝備方面都還不夠成熟。全數(shù)字化調(diào)速系統(tǒng)在國內(nèi)并沒有得到廣泛的應(yīng)用。目前，國內(nèi)各大專院校、科研單位和廠家也都在開發(fā)數(shù)字直流調(diào)速裝置。因此國內(nèi)調(diào)速系統(tǒng)的研究也非?；钴S，但很多電機(jī)調(diào)速的市場還是被國外公司所占據(jù)。在國家十五計(jì)劃中，對電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)方面的研究投入將高達(dá)500億元，所以電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)在我國將有非常巨大的市場需求。基于目前國內(nèi)外的研究狀況，本設(shè)計(jì)主要研究的是用數(shù)字化調(diào)速系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模擬調(diào)速系統(tǒng)。雖然本設(shè)計(jì)研究的調(diào)速系統(tǒng)無法與國外先進(jìn)的調(diào)速系統(tǒng)相比擬，但相對國內(nèi)的現(xiàn)狀，本設(shè)計(jì)研究還是具有一定的實(shí)用價(jià)值的 1.3本文研究的內(nèi)容該系統(tǒng)以89C51單片機(jī)為核心，用PWM實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)調(diào)速，并介紹PWM的基本原理和占空比調(diào)節(jié)的方法。以小直流電機(jī)為控制對象，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的啟制動，正反轉(zhuǎn)，速度調(diào)節(jié)。要求通過單片機(jī)外圍的鍵盤按鍵實(shí)現(xiàn)速度、轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)，并在LCD上實(shí)時(shí)顯示相關(guān)參數(shù)。2PID控制器2.1PID控制器的定義：PID控制器（比例-積分-微分-控制器），由比例單元P、積分單元I和微分單元D組成。通過Kp，Ki和Kd三個(gè)參數(shù)的設(shè)定。PID控制器主要適用于基本線性和動態(tài)特性不隨時(shí)間變化的系統(tǒng)。在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、幾份、微分控制，簡稱PID控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、積分、微分計(jì)算量進(jìn)行控制。比例調(diào)節(jié)。比例調(diào)節(jié)是對偏差的一種既是反應(yīng)，偏差一旦出現(xiàn)，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生，控制作用，是輸出量朝著減小偏差的方向改變，控制作用得強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)。加大比例系數(shù)可以減小穩(wěn)態(tài)誤差，但是，過大時(shí)會使系統(tǒng)的動態(tài)質(zhì)量變壞，引起輸出量的震蕩，甚至閉環(huán)系統(tǒng)的不穩(wěn)定。積分調(diào)節(jié)。在積分調(diào)解中，控制器具有累計(jì)成分，消除穩(wěn)態(tài)誤差的作用。塔通過累計(jì)作用影響控制量，從而減小偏差，之大偏差為零。如果積分時(shí)間常數(shù)大，那么積分作用弱，反之為強(qiáng)。增大將減慢消除穩(wěn)態(tài)誤差的過程。引入積分環(huán)節(jié)會降低真?zhèn)€系統(tǒng)的快速性。微分調(diào)節(jié)。為了消除自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)震蕩甚至系統(tǒng)的不穩(wěn)定才引入微分環(huán)節(jié)。微分環(huán)節(jié)按照偏差變化的趨向進(jìn)行控制，使偏差消滅在萌芽狀態(tài)。微分作用將有助于較小超調(diào)量，克服振蕩，從而使系統(tǒng)趨于穩(wěn)定。根據(jù)上述的控制器的作用，對上述的直流伺服電動機(jī)的一階慣性系統(tǒng)，加入PID控制器之后，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3：圖3根據(jù)建立的PID控制器，得到系統(tǒng)的閉環(huán)傳遞函數(shù)：根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)，可以確定閉環(huán)零點(diǎn)為根軌跡增益為，閉環(huán)極點(diǎn)為0，-24.39。根據(jù)系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)，可以確定系統(tǒng)的根軌跡。開環(huán)傳遞函數(shù)中的開環(huán)零點(diǎn)位置，根軌跡增益由PID參數(shù)來決定。根據(jù)開環(huán)傳遞函數(shù)的零點(diǎn)位置大概確定系統(tǒng)的主導(dǎo)極點(diǎn)，通過對主導(dǎo)極點(diǎn)的分析來確定系統(tǒng)的性能。在工程中，常常使用主導(dǎo)極點(diǎn)的概念對高階系統(tǒng)進(jìn)行近似分析。系統(tǒng)的動態(tài)性能基本上由接近虛軸的閉環(huán)極點(diǎn)確定。系統(tǒng)地調(diào)節(jié)時(shí)間主要取決于最靠近虛軸的閉環(huán)復(fù)數(shù)極點(diǎn)的實(shí)部絕對值；如果實(shí)數(shù)極點(diǎn)距離虛軸最近，并且它的周圍沒有實(shí)數(shù)零點(diǎn)，則調(diào)節(jié)時(shí)間主要取決與該實(shí)數(shù)極點(diǎn)的模值。為了便于后面的計(jì)算，我們在本文中主要討論閉環(huán)實(shí)數(shù)主導(dǎo)極點(diǎn)的作用。閉環(huán)實(shí)數(shù)主導(dǎo)極點(diǎn)的作用，相當(dāng)于增大系統(tǒng)的阻尼，是峰值時(shí)間推遲后，超調(diào)量下降，。如果實(shí)數(shù)比共軛復(fù)數(shù)極點(diǎn)更接近原點(diǎn)坐標(biāo)，甚至可以使振蕩過程變?yōu)榉钦袷庍^程。實(shí)數(shù)極點(diǎn)越接近坐標(biāo)原點(diǎn)，意味著這種作用越強(qiáng)。下面我們討論根軌跡可能出現(xiàn)的形式，分析系統(tǒng)的性能指標(biāo)。當(dāng)共軛零點(diǎn)位于（0，-24.39）時(shí)。一種是兩個(gè)兩個(gè)實(shí)極點(diǎn)，位于實(shí)軸上，阻尼比大于1，閉環(huán)極點(diǎn)的模值小于24.39，調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間大于未調(diào)速系統(tǒng)；兩個(gè)共軛極點(diǎn)，負(fù)實(shí)部的模值小于24.39，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間大于未調(diào)速系統(tǒng)。當(dāng)實(shí)零點(diǎn)位于（0，-24.39）之間時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)的閉環(huán)極點(diǎn)位于實(shí)軸上，阻尼比大于1，并且，閉環(huán)極點(diǎn)的模值小于24.39，調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間一定大于未調(diào)速的系統(tǒng)。當(dāng)兩個(gè)實(shí)零點(diǎn)位于（0，-24.39）之間和-24.39左邊時(shí)，閉環(huán)極點(diǎn)一定位于實(shí)軸上，系統(tǒng)阻尼比大于1，并且一定有一個(gè)閉環(huán)極點(diǎn)的模值小于24.39，相當(dāng)于主導(dǎo)極點(diǎn)，調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間會大于未調(diào)速的系統(tǒng)。當(dāng)共軛零點(diǎn)實(shí)部位于-24.39左邊時(shí)，系統(tǒng)閉環(huán)極點(diǎn)有兩種可能。一種是兩個(gè)實(shí)極點(diǎn)位于實(shí)軸上，在-24.39的右邊，此時(shí)阻尼比大于1，閉環(huán)極點(diǎn)的模值小于24.39，調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間大于為調(diào)節(jié)的系統(tǒng)。另一種存在兩個(gè)共軛極點(diǎn)，其負(fù)實(shí)部的模值大于24.39，調(diào)節(jié)時(shí)間變小，系統(tǒng)快速性變好。當(dāng)實(shí)零點(diǎn)位于(0,-24.39)左邊時(shí)，閉環(huán)極點(diǎn)的位置有3種可能。第一種：兩個(gè)實(shí)極點(diǎn)位于-24.39的右邊，此時(shí)阻尼比大于1，閉環(huán)極點(diǎn)的模值小于71.43，調(diào)速控制后的系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間大于未控制的系統(tǒng)。第二種：兩個(gè)共軛極點(diǎn)，共軛極點(diǎn)的負(fù)實(shí)部的模值小于24.39，調(diào)速控制后系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間大于未調(diào)速系統(tǒng)。當(dāng)共軛極點(diǎn)的實(shí)部的模值大于24.39時(shí)，調(diào)速控制后系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間小于未調(diào)速系統(tǒng)。第三種：兩個(gè)實(shí)極點(diǎn)位于-24.39的左邊，實(shí)極點(diǎn)的模值大于24.39，調(diào)速控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間小于未調(diào)速的系統(tǒng)。由上述分析可以得到，選取合適的參數(shù)，是的閉環(huán)極點(diǎn)的負(fù)實(shí)部的模值大于于直流電機(jī)負(fù)實(shí)部的模值，就可以使得調(diào)速控制后的系統(tǒng)快速性優(yōu)于直流電機(jī)的快速性。我們選取第五種情況下的開環(huán)零點(diǎn)位置，其根軌跡如圖4，將系統(tǒng)的開環(huán)零點(diǎn)設(shè)置為，那么根據(jù)式子得到：圖4，所以只要給出的值，就可以確定PID的參數(shù)。按照試湊的方法，設(shè)置，那么求得，閉環(huán)極點(diǎn)為：，阻尼比約為0.866。加入PID控制器后系統(tǒng)階躍響應(yīng)見下頁圖5圖53直流調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)方案綜述方案一：PWM波調(diào)速采用由達(dá)林頓管組成的H型PWM電路（圖2.1）。用單片機(jī)控制達(dá)林頓管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，精確調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速。這種電路由于工作在管子的飽和截止模式下，效率非常高；H型電路保證了可以簡單地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和方向的控制；電子開關(guān)的速度很快，穩(wěn)定性也極佳，是一種廣泛采用的PWM調(diào)速技術(shù)[4]。我們采用了定頻調(diào)寬方式，因?yàn)椴捎眠@種方式，電動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比較穩(wěn)定，并且在采用單片機(jī)產(chǎn)生PWM脈沖的軟件實(shí)現(xiàn)上比較方便。且對于直流電機(jī)，采用軟件延時(shí)所產(chǎn)生的定時(shí)誤差在允許范圍。圖3.1PWM波調(diào)速電路其結(jié)構(gòu)圖如圖3.2所示：圖3.2電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)框圖方案二：晶閘管調(diào)速采用閘流管或汞弧整流器的離子拖動系統(tǒng)是最早應(yīng)用靜止式變流裝置供電的直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。1957年，晶閘管（俗稱“可控硅”）問世，到了60年代，已生產(chǎn)出成套的晶閘管整流裝置，并應(yīng)用于直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，即晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）。如圖2-3，VT是晶閘管可控整流器，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟(jì)性和可靠性上都有很大提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出較大的優(yōu)越性；晶閘管可控整流器的功率放大倍數(shù)在以上，其門極電流可以直接用晶體管來控制，不再像直流發(fā)電機(jī)那樣需要較大功率的放大器。在控制作用的快速性上，變流機(jī)組是秒級，而晶閘管整流器是毫秒級，這將大大提高系統(tǒng)的動態(tài)性能。因此，在60年代到70年代，晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）代替旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)（G-M系統(tǒng)），得到了廣泛的應(yīng)用[6]。但是由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，它不允許電流反向，給系統(tǒng)的可逆運(yùn)行造成困難；晶閘管對過電壓、過電流和過高的與都十分敏感，若超過允許值會在很短的時(shí)間內(nèi)損壞器件。另外，由諧波與無功功率引起電網(wǎng)電壓波形畸變，殃及附近的用電設(shè)備，造成“電力公害”，因此必須添置無功補(bǔ)償和諧波濾波裝置。圖3.3晶閘管可控整流器供電的直流調(diào)速系統(tǒng)（V-M系統(tǒng)）兼于方案一調(diào)速特性優(yōu)良、調(diào)整平滑、調(diào)速范圍廣、過載能力大，因此本設(shè)計(jì)采用方案一。3.1.1電機(jī)驅(qū)動電路設(shè)計(jì)方案圖3-4所示的電機(jī)驅(qū)動電路為H橋式驅(qū)動電路它包括4個(gè)三極管和一個(gè)電機(jī)，電路得名于“H橋驅(qū)動電路”是因?yàn)樗男螤羁崴谱帜窰。如圖3-4所示，要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須導(dǎo)通對角線上的一對三極管。根據(jù)不同三極管對的導(dǎo)通情況，電流可能會從左至右或從右至左流過電機(jī)，從而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向。圖3.4H橋驅(qū)動電路要使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，必須使對角線上的一對三極管導(dǎo)通。例如，如圖2-5所示，當(dāng)Q1管和Q4管導(dǎo)通時(shí)，電流就從電源正極經(jīng)Q1從左至右穿過電機(jī)，然后再經(jīng)Q4回到電源負(fù)極。按圖中電流箭頭所示，該流向的電流將驅(qū)動電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動。當(dāng)三極管Q1和Q4導(dǎo)通時(shí)，電流將從左至右流過電機(jī)，從而驅(qū)動電機(jī)按特定方向轉(zhuǎn)動（電機(jī)周圍的箭頭指示為順時(shí)針方向）。圖3.5H橋驅(qū)動電機(jī)順時(shí)針轉(zhuǎn)動圖2-6所示為另一對三極管Q2和Q3導(dǎo)通的情況，電流將從右至左流過電機(jī)。當(dāng)三極管Q2和Q3導(dǎo)通時(shí)，電流將從右至左流過電機(jī)，從而驅(qū)動電機(jī)沿另一方向轉(zhuǎn)動（電機(jī)周圍的箭頭表示為逆時(shí)針方向）。圖3.6H橋驅(qū)動電機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動3.1.2調(diào)速設(shè)計(jì)方案調(diào)速采用PWM（PulseWidthModulation）脈寬調(diào)制，工作原理：通過產(chǎn)生矩形波，改變占空比，以達(dá)到調(diào)整脈寬的目的。PWM的定義:脈寬調(diào)制(PWM)是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。模擬信號的值可以連續(xù)變化，其時(shí)間和幅度的分辨率都沒有限制。9V電池就是一種模擬器件，因?yàn)樗妮敵鲭妷翰⒉痪_地等于9V，而是隨時(shí)間發(fā)生變化，并可取任何實(shí)數(shù)值。與此類似，從電池吸收的電流也不限定在一組可能的取值范圍之內(nèi)。模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別在于后者的取值通常只能屬于預(yù)先確定的可能取值集合之內(nèi)，例如在{0V,5V}這一集合中取值。模擬電壓和電流可直接用來進(jìn)行控制，如對汽車收音機(jī)的音量進(jìn)行控制。在簡單的模擬收音機(jī)中，音量旋鈕被連接到一個(gè)可變電阻。擰動旋鈕時(shí)，電阻值變大或變?。涣鹘?jīng)這個(gè)電阻的電流也隨之增加或減少，從而改變了驅(qū)動揚(yáng)聲器的電流值，使音量相應(yīng)變大或變小。與收音機(jī)一樣，模擬電路的輸出與輸入成線性比例。盡管模擬控制看起來可能直觀而簡單，但它并不總是非常經(jīng)濟(jì)或可行的。其中一點(diǎn)就是，模擬電路容易隨時(shí)間漂移，因而難以調(diào)節(jié)。能夠解決這個(gè)問題的精密模擬電路可能非常龐大、笨重(如老式的家庭立體聲設(shè)備)和昂貴。模擬電路還有可能嚴(yán)重發(fā)熱，其功耗相對于工作元件兩端電壓與電流的乘積成正比。模擬電路還可能對噪聲很敏感，任何擾動或噪聲都肯定會改變電流值的大小。通過以數(shù)字方式控制模擬電路，可以大幅度降低系統(tǒng)的成本和功耗。此外，許多微控制器和DSP已經(jīng)在芯片上包含了PWM控制器，這使數(shù)字控制的實(shí)現(xiàn)變得更加容易了。3.2硬件設(shè)計(jì)3.2.1電源電路1）芯片介紹78XX,XX就代表它所輸出的電壓值，能降低電壓4-5V電子產(chǎn)品中常見到的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的78××系列和負(fù)電壓輸出的79××系列。故名思義，三端IC是指這種穩(wěn)壓用的集成電路只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。用78/79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源所需的外圍元件極少,電路內(nèi)部還有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路。該系列集成穩(wěn)壓IC型號中的78或79后面的數(shù)字代表該三端集成穩(wěn)壓電路的輸出電壓，如7806表示輸出電壓為正6V，7909表示輸出電壓為負(fù)9V。有時(shí)在數(shù)字78或79后面還有一個(gè)M或L，如78M12或79L24,用來區(qū)別輸出電流和封裝形式等，其中78L調(diào)系列的最大輸出電流為100mA，78M系列最大輸出電流為1A，78系列最大輸出電流為1.2）電路原理圖電源電路采用78系列芯片產(chǎn)生+5V、+15V。電路圖如圖2.7：IC采用集成穩(wěn)壓器7805和7815，C2、C3、C5、C6分別為輸入端和輸出端濾波電容，穩(wěn)壓二極管D1串接在7805穩(wěn)壓器2腳與地之間，可使輸出電壓U得到一定的提高，輸出電壓U為7805穩(wěn)壓器輸出電壓與穩(wěn)壓二極管D1穩(wěn)壓值之和。D2是輸出保護(hù)二極管，一旦輸出電壓低于D1穩(wěn)壓值時(shí)，D2導(dǎo)通，將輸出電流旁路。圖2.778系列的電源電路3.2.2電機(jī)的驅(qū)動電路基于三極管的使用機(jī)理和特性，在驅(qū)動電機(jī)中采用H橋功率驅(qū)動電路，H橋功率驅(qū)動電路可應(yīng)用于步進(jìn)電機(jī)、交流電機(jī)及直流電機(jī)等的驅(qū)動．永磁步進(jìn)電機(jī)或混合式步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組都必須用雙極性電源供電，也就是說繞組有時(shí)需正向電流，有時(shí)需反向電流，這樣繞組電源需用H橋驅(qū)動。直流電機(jī)控制使用H橋驅(qū)動電路（圖2.8），當(dāng)PWM1為低電平,通過對PWM2輸出占空比不同的矩形波使三極管Q1、Q6同時(shí)導(dǎo)通Q5截止，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)正向轉(zhuǎn)動以及轉(zhuǎn)速的控制；同理，當(dāng)PWM2為高電平,通過對PWM1輸出占空比不同的矩形波使三極管Q1、Q6同時(shí)導(dǎo)通，Q6截止，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)反向轉(zhuǎn)動以及轉(zhuǎn)速的控制。圖2.8H橋的電機(jī)驅(qū)動電路3.2.3基于霍爾傳感器的測速模塊1）霍爾傳感器的工作原理霍爾效應(yīng)：在一塊半導(dǎo)體薄片上，其長度為l，寬度為b，厚度為d,當(dāng)它被置于磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場中，如果在它相對的兩邊通以控制電流I，且磁場方向與電流方向正交，則在半導(dǎo)體另外兩邊將產(chǎn)生一個(gè)大小與控制電流I和磁感應(yīng)強(qiáng)度B乘積成正比的電勢UH，即UH=KHIB，其中kH為霍爾元件的靈敏度。該電勢稱為霍爾電勢，半導(dǎo)體薄片就是霍爾元件。工作原理：霍爾開關(guān)集成電路中的信號放大器將霍爾元件產(chǎn)生的幅值隨磁場強(qiáng)度變化的霍爾電壓UH放大后再經(jīng)信號變換器、驅(qū)動器進(jìn)行整形、放大后輸出幅值相等、頻率變化的方波信號。信號輸出端每輸出一個(gè)周期的方波，代表轉(zhuǎn)過了一個(gè)齒。單位時(shí)間內(nèi)輸出的脈沖數(shù)N，因此可求出單位時(shí)間內(nèi)的速度V＝NT。2）霍爾傳感器的電路原理圖當(dāng)電流流過霍爾傳感器時(shí)，產(chǎn)生的磁場聚集在磁環(huán)內(nèi)，通過磁環(huán)氣隙中霍爾元件進(jìn)行測量并放大輸出，其輸出電壓V精確的反映原邊電流。圖2.9霍爾傳感器的測速電路3.3.4LCD顯示模塊1）1602芯片介紹1602液晶模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經(jīng)存儲了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，比如大寫的英文字母“A”的代碼是01000001B（41H），顯示時(shí)模塊把地址41H中的點(diǎn)陣字符圖形顯示出來，我們就能看到字母“A”。因?yàn)?602識別的是ASCII碼，試驗(yàn)可以用ASCII碼直接賦值，在單片機(jī)編程中還可以用字符型常量或變量賦值，如'A’。1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：第1腳：VSS為電源地第2腳：VDD接5V電源正極第3腳：V0為液晶顯示器對比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對比度最弱，接地電源時(shí)對比度最高（對比度過高時(shí)會產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K的電位器調(diào)整對比度）。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平1時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時(shí)選擇指令寄存器。第5腳：RW為讀寫信號線，高電平(1)時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平(0)時(shí)進(jìn)行寫操作。第6腳：E(或EN)端為使能(enable)端。第7～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)端。第15～16腳：空腳或背燈電源。15腳背光正極，16腳背光負(fù)極。2）電路原理圖圖2.10LCD顯示電路3.3.5A\D轉(zhuǎn)換原理圖1-1-4ADC0809外部管腳圖本設(shè)計(jì)用ADC0809完成模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換。輸入模擬信號有A/D轉(zhuǎn)換單元可調(diào)電位器提供的0~5V，將其轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號讀入累加器，做為控制電機(jī)的給定轉(zhuǎn)速。4直流調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)4.1PWM技術(shù)簡介4.1.1PWM介紹脈沖寬度調(diào)制（PWM）是英文“PulseWidthModulation”的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制。它是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)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。一種模擬控制方式，根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定。脈沖寬度調(diào)制（PWM）是一種對模擬信號電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個(gè)具體模擬信號的電平進(jìn)行編碼。PWM信號仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有(ON)，要么完全無(OFF)。電壓或電流源是以一種通(ON)或斷(OFF)的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。PWM的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。噪聲只有在強(qiáng)到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或?qū)⑦壿?改變?yōu)檫壿?時(shí)，也才能對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。對噪聲抵抗能力的增強(qiáng)是PWM相對于模擬控制的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且這也是在某些時(shí)候?qū)WM用于通信的主要原因。從模擬信號轉(zhuǎn)向PWM可以極大地延長通信距離。在接收端，通過適當(dāng)?shù)腞C或LC網(wǎng)絡(luò)可以濾除調(diào)制高頻方波并將信號還原為模擬形式。4.1.2PWM控制的基本原理沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。沖量指窄脈沖的面積。效果基本相同，是指環(huán)節(jié)的輸出響應(yīng)波形基本相同。低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。圖3-1形狀不同而沖量相同的各種窄脈沖分別將如圖3-1所示的電壓窄脈沖加在一階慣性環(huán)節(jié)（R-L電路）上，如圖3-1a所示。其輸出電流i(t)對不同窄脈沖時(shí)的響應(yīng)波形如圖3-1b所示。從波形可以看出，在i(t)的上升段，i(t)的形狀也略有不同，但其下降段則幾乎完全相同。脈沖越窄，各i(t)響應(yīng)波形的差異也越小。如果周期性地施加上述脈沖，則響應(yīng)i(t)也是周期性的。用傅里葉級數(shù)分解后將可看出，各i(t)在低頻段的特性將非常接近，僅在高頻段有所不同。圖3-2沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波，正弦半波N等分，看成N個(gè)相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等；用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點(diǎn)重合，面積（沖量）相等，寬度按正弦規(guī)律變化。PWM控制的基本原理很早就已經(jīng)提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在上世紀(jì)80年代以前一直未能實(shí)現(xiàn)。直到進(jìn)入上世紀(jì)80年代，隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展，PWM控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)，微電子技術(shù)和自動控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論，非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用，PWM控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展。到目前為止，已出現(xiàn)了多種PWM控制技術(shù)。4.1.3PWM調(diào)速原理直流電動機(jī)轉(zhuǎn)速n=(U-IR)/Kφ其中U為電樞端電壓，I為電樞電流，R為電樞電路總電阻,φ為每極磁通量，K為電動機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)。直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制可分為勵(lì)磁控制法與電樞電壓控制法。勵(lì)磁控制法是控制磁通，其控制功率小，低速時(shí)受到磁飽和限制，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)磁線圈電感較大動態(tài)響應(yīng)較差，所以這種控制方法用得很少。大多數(shù)應(yīng)用場合都使用電樞電壓控制法。隨著電力電子技術(shù)的進(jìn)步，改變電樞電壓可通過多種途徑實(shí)現(xiàn)，其中PWM(脈寬調(diào)制)便是常用的改變電樞電壓的一種調(diào)速方法。PWM調(diào)速控制的基本原理是按一個(gè)固定頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)接通和斷開的時(shí)間比(占空比)來改變直流電機(jī)電樞上電壓的"占空比"，從而改變平均電壓，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。在脈寬調(diào)速系統(tǒng)中，當(dāng)電機(jī)通電時(shí)其速度增加，電機(jī)斷電時(shí)其速度減低。只要按照一定的規(guī)律改變通、斷電的時(shí)間，即可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。而且采用PWM技術(shù)構(gòu)成的無級調(diào)速系統(tǒng)．啟停時(shí)對直流系統(tǒng)無沖擊，并且具有啟動功耗小、運(yùn)行穩(wěn)定的特點(diǎn)。圖4.3電樞電壓“占空比”與平均電壓關(guān)系圖如圖4.3所示，在脈沖作用下，當(dāng)電機(jī)通電時(shí)，速度增加；電機(jī)斷電時(shí)，速度逐漸減少。只要按一定規(guī)律，改變通、斷電的時(shí)間，即可讓電機(jī)轉(zhuǎn)速得到控制。設(shè)電機(jī)始終接通電源時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速最大為Vmax，設(shè)占空比為D=t／T，則電機(jī)的平均速度為Vd=VmaxD式中，Vd--電機(jī)的平均速度；Vmax--電機(jī)全通電時(shí)的速度（最大）；D=t1/T--占空比。由公式可見，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D并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，在一般的應(yīng)用中，可以其近似地看成線性關(guān)系。本次設(shè)計(jì)中PWM信號是由單片機(jī)EM78P156輸出的，然后通過控制導(dǎo)通角實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)速度的控制。其電路圖如圖所示圖4.4單片機(jī)控制單元電路圖4.2調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)4.2.1電流調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)在按動態(tài)性能設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)，可以暫不考慮反電動勢變化的動態(tài)影響，即DE≈0。這時(shí)，電流環(huán)如下圖3.5所示。圖3.5電流環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖及其化簡如果把給定濾波和反饋濾波兩個(gè)環(huán)節(jié)都等效地移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)把給定信號改成U*i(s)/b，則電流環(huán)便等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)（圖3.6所示）。圖3.6等效單位負(fù)反饋系統(tǒng)4.2.2速度控制器的設(shè)計(jì)（1）電流環(huán)節(jié)的等效閉環(huán)傳遞函數(shù)電流環(huán)經(jīng)簡化后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，為此，需求出它的閉環(huán)傳遞函數(shù)Wcli(s).電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)為:式中。接入轉(zhuǎn)速環(huán)內(nèi)，電流環(huán)等效環(huán)節(jié)的輸入量應(yīng)為U*i(s),因此電流環(huán)在轉(zhuǎn)速環(huán)中應(yīng)等效為：（2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的選擇。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負(fù)載擾動作用點(diǎn)前面必有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中?，F(xiàn)在擾動作用點(diǎn)后加了一個(gè)積分環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)傳遞函數(shù)應(yīng)共有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型Ⅱ型系統(tǒng)，這樣的系統(tǒng)同時(shí)也滿足動態(tài)抗擾性能好的要求。其傳遞函數(shù)為：其中Kn轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超調(diào)時(shí)間常數(shù)；3.7用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)3.8等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處3.9校正后成為典型II型系統(tǒng)這樣，調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：令轉(zhuǎn)速開環(huán)增益KN為則有調(diào)速系統(tǒng)的開環(huán)傳遞函數(shù)為4．3軟件設(shè)計(jì)4.3.1系統(tǒng)總控制流程圖及說明圖4.10系統(tǒng)總控制流程圖如流程圖所示（1）單片機(jī)控制電機(jī)時(shí)，系統(tǒng)首先進(jìn)入中斷保護(hù)過程。中斷保護(hù)過程將完成如下5方面的工作：保存端口的狀態(tài)值。保存中斷前的片內(nèi)寄存器值。保存存儲器的尋址地址。保存主程序的執(zhí)行代碼斷點(diǎn)。初始化脈沖寬度、延時(shí)長度和狀態(tài)信息。（2）完成中斷保護(hù)后，系統(tǒng)將檢查脈沖寬度計(jì)時(shí)時(shí)間是否達(dá)到。脈沖寬度計(jì)時(shí)用于開啟可控硅，控制電機(jī)運(yùn)行。如果既定時(shí)間寬度的脈沖已完成（即判定結(jié)果為‘是’），則必須撤銷脈沖；如果既定時(shí)間寬度的脈沖已完成（即判定結(jié)果為‘否’），則不撤銷脈沖。（3）判斷電機(jī)是否正在運(yùn)行。如果電機(jī)沒有運(yùn)行，則恢復(fù)寄存器初始值，完成中斷，返回系統(tǒng)主程序；如果電機(jī)正在運(yùn)行，則繼續(xù)執(zhí)行。（4）判斷脈沖延時(shí)時(shí)間是否到達(dá)。如果延時(shí)到達(dá)，中斷將重新開啟脈沖，并給出脈沖初始值，重新決定是否開啟可控硅，控制電機(jī)運(yùn)行；如果延時(shí)不到，則恢復(fù)寄存器初始值，完成中斷，返回系統(tǒng)主系統(tǒng)。（5）完成中斷，返回系統(tǒng)主程序。4.3.2PWM波軟件設(shè)計(jì)Pwm波軟件設(shè)計(jì)的思想是：通過控制總中斷使能EA控制電機(jī)的開關(guān)，同時(shí)使能對霍爾傳感器輸出的方波在單位時(shí)間內(nèi)脈沖個(gè)數(shù)的計(jì)數(shù)。其中定時(shí)器T0,T1分別對脈沖的寬度、霍爾元件輸出的脈沖數(shù)對應(yīng)的1秒時(shí)間定時(shí)。對脈沖寬度的調(diào)整是通過改變高電平的定時(shí)長度，由變量high控制。變量change、sub_speed、add_speed分別實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)向、加速、減速。其程序流程圖如圖3.11所示。產(chǎn)生矩形波開始產(chǎn)生矩形波開始按鍵查詢OPEN是否按下時(shí)定時(shí)器T0開始計(jì)時(shí)Add_speed是否按下初始化是是增大矩形波占空比Sub_speed是否按下是減小矩形波占空比Swap或close是否按下改變轉(zhuǎn)向或關(guān)閉電機(jī)圖3.11PWM波軟件設(shè)計(jì)方框圖部分程序代碼如下：/***********通過按鍵實(shí)現(xiàn)對電機(jī)開關(guān)、調(diào)速、轉(zhuǎn)向的控制的程序*****************/voidmotor_control(){ if(open==1)EA=1;if(close==1)EA=0;if(swap==1){change=~change;while(swap!=0){}}if(sub_speed==1){high++;if(high==30)EA=0;while(sub_speed!=0){}}if(add_speed==1){high--;if(high==5)high=5;while(add_speed!=0){}}}4.3.3測速軟件設(shè)計(jì)開始開始初始化OPEN是否按下定時(shí)器T1開始計(jì)時(shí)對單位時(shí)間內(nèi)的脈沖計(jì)數(shù) N根據(jù)公式計(jì)算出電機(jī)的速度液晶顯示電機(jī)速度圖3.12軟件測速的方框圖/****T1中斷服務(wù)程序********單位時(shí)間（S）方波的個(gè)數(shù)*************/voidtime1_int(void)interrupt3{count_speed++;if(count_speed==20){count_speed=0;num_display=num_medium;num_medium=0;}}5基于matlab的仿真分析5.1仿真步驟直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)的控制電路包括：給定環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR、電流調(diào)節(jié)器ACR，速度、電流反饋環(huán)節(jié)、PWM信號發(fā)生器等。其中，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器各封裝在子模塊中，里面包含PI調(diào)節(jié)，限幅值等。1.控制電路mosfet，采用系統(tǒng)自動給定的參數(shù)，不需要做調(diào)整。數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換選擇inheriviabackpropagation.采用數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)化的原因是信號經(jīng)速度和電流調(diào)節(jié)器后由double型變?yōu)閎oolean型。2.currentcontroller采用relay環(huán)節(jié)，圖5.1currentcontroller參數(shù)設(shè)置Speedcontroller參數(shù)KP=1.6，KI=16.圖5.2speedcontroller參數(shù)設(shè)置3.平波電抗器L=1H，其值偏大。4.電動機(jī)的參數(shù)如圖所示。負(fù)載T=50n.m圖5.3dcmachine參數(shù)設(shè)置脈寬調(diào)速系統(tǒng)的模型為圖5.4：圖5.4脈寬調(diào)速系統(tǒng)的模型5.2仿真分析圖5.5仿真效果圖如圖所示，在0-2秒的時(shí)間內(nèi)，分三個(gè)階段：電流上升階段，恒流升速階段，轉(zhuǎn)速調(diào)整階段。4秒時(shí)給定速度有100變?yōu)?0rad/s,4-4.4秒時(shí)間內(nèi)，電動機(jī)轉(zhuǎn)速上升，電樞電流基本不變，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值時(shí)，電樞電流有大幅的下降，5-6秒時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)速基本恒定，電樞電流有一振蕩的環(huán)節(jié)。第8秒時(shí)，負(fù)載給定變化，由20變?yōu)?0n.m。這時(shí)由于系統(tǒng)中由有速度與電流調(diào)節(jié)器（PI調(diào)節(jié)器）的作用，使得電動機(jī)的轉(zhuǎn)速基本沒有變化，電樞電流由小幅的振蕩上升過程最后達(dá)到穩(wěn)定。當(dāng)負(fù)載T=50n.m時(shí)，仿真結(jié)果為：圖5.6負(fù)載為50n.m仿真效果圖當(dāng)負(fù)載為T=30n.m時(shí)，仿真結(jié)果為：圖5.7負(fù)載為