控制與應(yīng)用實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)六直流電機(jī)脈寬調(diào)制調(diào)速

實(shí)驗(yàn)六

直流電機(jī)脈寬調(diào)制調(diào)速一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵蠖?shí)驗(yàn)設(shè)備三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容四、實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)原理六、思考題一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵笳莆彰}寬調(diào)制調(diào)速的原理與方法，學(xué)習(xí)頻率/周期測(cè)量的方法，了解閉環(huán)控制的原理。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備單片機(jī)測(cè)控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)直流電機(jī)調(diào)速實(shí)驗(yàn)?zāi)KKeil開發(fā)環(huán)境STC-ISP程序下載工具三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1.在液晶顯示屏上顯示出直流電機(jī)的：當(dāng)前轉(zhuǎn)速、低目標(biāo)轉(zhuǎn)速、高目標(biāo)轉(zhuǎn)速。2.固定向P1.1輸出0，然后測(cè)量每秒鐘電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)數(shù)，將其顯示在數(shù)碼管，每秒刷新一次即可。3.使用脈寬調(diào)制的方法，動(dòng)態(tài)調(diào)整向P1.1輸出的內(nèi)容，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速能夠穩(wěn)定在一個(gè)預(yù)定值附近，同時(shí)實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前轉(zhuǎn)速。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4.根據(jù)輸入修改電機(jī)得目標(biāo)轉(zhuǎn)速值，設(shè)置兩個(gè)轉(zhuǎn)速目標(biāo)值：低轉(zhuǎn)速和高轉(zhuǎn)速。5.每隔一秒鐘讀取兩個(gè)開關(guān)的狀態(tài)，如果S1按下，動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速能夠穩(wěn)定到低轉(zhuǎn)速目標(biāo)值附近，如果S2按下，動(dòng)態(tài)調(diào)整輸出，使得電機(jī)轉(zhuǎn)速能夠穩(wěn)定到高轉(zhuǎn)速目標(biāo)值附近。交替顯示目標(biāo)值和當(dāng)前轉(zhuǎn)速值。四、實(shí)驗(yàn)步驟4.1建立工程，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容14.2編寫中斷程序，測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速4.3完成控制轉(zhuǎn)速程序4.4完成整體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4.1建立工程，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1預(yù)習(xí)附錄四，學(xué)習(xí)C51編程方法。設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)進(jìn)行顯示的C51程序。建立工程，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1。將例子程序補(bǔ)充完整。建立一個(gè)新的工程，然后加入一個(gè)C語言文件，輸入上述例子程序，編譯并下載執(zhí)行調(diào)試。4.2編寫中斷程序，測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速編寫中斷程序，測(cè)量直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。按照實(shí)驗(yàn)原理，電機(jī)轉(zhuǎn)速就是一秒鐘之內(nèi)INT0的中斷個(gè)數(shù)。編寫帶有中斷的C51程序，包括一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)1秒鐘的定時(shí)器中斷和一個(gè)外部中斷。注意外部中斷要設(shè)置邊沿觸發(fā)方式。程序框架參考附錄四。4.3完成控制轉(zhuǎn)速程序按照脈寬調(diào)制的原理，再添加一個(gè)快速的定時(shí)中斷（0.1ms左右），在這個(gè)中斷里面動(dòng)態(tài)改變P1.1的輸出，宏觀上輸出有效（0）的比例就是預(yù)定的控制變量。這個(gè)控制變量增大，電機(jī)轉(zhuǎn)速就應(yīng)該提高，但由于各種內(nèi)部和外部因素，它們之間不存在簡(jiǎn)單的函數(shù)關(guān)系，因此必須根據(jù)測(cè)量出來的實(shí)際轉(zhuǎn)速進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。首先將電機(jī)轉(zhuǎn)速控制在一個(gè)預(yù)定數(shù)值附近，在每一個(gè)1秒鐘中斷測(cè)量出當(dāng)前轉(zhuǎn)速之后，將其與目標(biāo)值相對(duì)比，如果不夠則增加控制變量，否則減少之，這樣就能逐步達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的目的。同時(shí)將速度顯示出來。4.4完成整體實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在上面程序的基礎(chǔ)上，再加上根據(jù)開關(guān)狀態(tài)改變預(yù)定轉(zhuǎn)速的代碼。同時(shí)，在主程序中交替顯示目標(biāo)值和當(dāng)前轉(zhuǎn)速值，顯示一個(gè)內(nèi)容之后等待一段時(shí)間（可以由延時(shí)代碼實(shí)現(xiàn)），然后再顯示另一個(gè)并延時(shí)。要顯示的內(nèi)容都是在中斷中被修改的。五、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)示意電路原理圖右圖的P1.3改為P1.1五、實(shí)驗(yàn)原理對(duì)于直流電機(jī)來說，其轉(zhuǎn)速由輸入電壓決定，因此具有平滑調(diào)速的效果；相比而言，交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速由交流電頻率和電機(jī)結(jié)構(gòu)決定，難以改變速度。當(dāng)然，交流電機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單，沒有換向器，所以容易制造高轉(zhuǎn)速、高電壓、大電流、大容量的電機(jī)；而直流電機(jī)一般用在負(fù)荷小，但要求轉(zhuǎn)速連續(xù)可調(diào)的場(chǎng)合，如伺服電機(jī)。五、實(shí)驗(yàn)原理脈寬調(diào)制（PulseWidthModulation，PWM）是一種能夠通過開關(guān)量輸出達(dá)到模擬量輸出效果的方法。使用PWM可以實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)制、電壓調(diào)制等效果，并且需要的外圍器件較少，特別適合于單片機(jī)控制領(lǐng)域。這里只關(guān)心通過PWM實(shí)現(xiàn)電壓調(diào)制，從而控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的效果。也稱作脈寬調(diào)制調(diào)速。五、實(shí)驗(yàn)原理PWM的基本原理是通過輸出一個(gè)很高頻率的0/1信號(hào)，其中1的比例為δ（也叫做占空比），在外圍積分元件的作用下，使得總的效果相當(dāng)于輸出δ×A（A為高電平電壓）的電壓。通過改變占空比就可以調(diào)整輸出電壓，從而達(dá)到模擬輸出并控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的效果。五、實(shí)驗(yàn)原理使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)PWM，就是根據(jù)預(yù)定的占空比δ來輸出0和1，這里δ就是控制變量。最簡(jiǎn)單的辦法就是以某個(gè)時(shí)間單位（如0.1ms，相當(dāng)于10kHz）為基準(zhǔn)，在前N段輸出1，后M-N段輸出0，總體的占空比就是N/M。這種方法由于0和1分布不均勻，所以要求基準(zhǔn)頻率要足夠高，否則會(huì)出現(xiàn)顛簸現(xiàn)象。五、浩實(shí)驗(yàn)帥原理要達(dá)夕到更芳穩(wěn)定些的效暴果，吳可以很采用遣累加陜進(jìn)位漁法如米果將百總的村周期好內(nèi)的0和1均勻拴分散勁開。社設(shè)置話一個(gè)姜累加免變量x，每孫次加N，若襲結(jié)果惜大于M，則詢輸出1，并句減去M；否作則輸財(cái)出0。這柴樣整福體的椒占空穗比也疾是N/喜M。在拖實(shí)驗(yàn)嗚中取黎M=高25鵝6可綁以使較程序衫更加返簡(jiǎn)單臟。另外嶺，由撞于本頃實(shí)驗(yàn)霸板的恢設(shè)計(jì)核，輸派出0使電刺機(jī)工片作。傘因此桂對(duì)于喉本實(shí)蜻驗(yàn)，師上面夾所說危的0和1要翻把轉(zhuǎn)過葉來用闖。五、茂實(shí)驗(yàn)竟原理在本跟實(shí)驗(yàn)電板中腥，電毀機(jī)每剝轉(zhuǎn)動(dòng)皇一次件，與籃之相狼連的尋偏心爪輪將坑遮擋躺光電趴對(duì)管謀一次游，因堡此會(huì)耕產(chǎn)生忍一個(gè)栗脈沖冊(cè)，送星到IN索T0。要雷測(cè)量漢轉(zhuǎn)速克，既堡可以濫測(cè)量喇相鄰拆兩次恨中斷摘之間則的時(shí)燈間；閣也可曬以測(cè)燭量一功秒種哄之內(nèi)嫂發(fā)生昨的中挑斷次點(diǎn)數(shù)。欺顯然課，后稻一種長(zhǎng)方法釘更加銜簡(jiǎn)單禿。五、作實(shí)驗(yàn)賤原理進(jìn)行氣轉(zhuǎn)速灶控制喚時(shí)，莊涉及拼到三遇個(gè)變誦量：天預(yù)期蜂轉(zhuǎn)速境，實(shí)超際轉(zhuǎn)盛速和謙控制貝變量差。這舞里控英制變寇量就鋪是占為空比城。我佳們并農(nóng)不能疑夠預(yù)愈先精則確知介道某扣個(gè)控拾制變艇量的遠(yuǎn)值會(huì)答導(dǎo)致昨多少個(gè)的實(shí)偽際轉(zhuǎn)藍(lán)速，根因?yàn)槊{這里館有很淹多內(nèi)瞇部和梯外部舍因素捎起作廊用（貼如摩辛擦力往，慣跨性等艱），健但可暫以確宋定就議是隨齊著控祥制變瓜量的劇增加沃，實(shí)初際轉(zhuǎn)寄速會(huì)姓增加耽。五、降實(shí)驗(yàn)傷原理反饋廣控制灘的基叢本原姨理就皆是根熱據(jù)實(shí)味際結(jié)券果與挎預(yù)期協(xié)結(jié)果規(guī)之間諸的差惰值，忙來調(diào)伏節(jié)控職制變稍量的凡值。符當(dāng)實(shí)予際轉(zhuǎn)章速高蠢于預(yù)穩(wěn)期轉(zhuǎn)丟速時(shí)效，我柜們需競(jìng)要減壓少控崗制變特量，柔以降蚊低速藏度；倡反之鹽則需殺要調(diào)邀高控本制變好量。五、錢實(shí)驗(yàn)列原理本實(shí)獲驗(yàn)的砍轉(zhuǎn)速遍控制嶼可以進(jìn)使用富簡(jiǎn)單嚼的比仁例控往制算牲法，干也就申是當(dāng)追轉(zhuǎn)速S大于刺預(yù)定褲值時(shí)芒，將州輸出0的個(gè)紙數(shù)減胖少；舍當(dāng)轉(zhuǎn)椒速小斬于預(yù)測(cè)定值利時(shí)，亂將輸漸出0的個(gè)遷數(shù)增跑加。壘改變倘值正俊比于賠測(cè)量芒出的宏差值鋒。也賀可自倆行使烈用其膜他更修加復(fù)連雜的義算法險(xiǎn)。實(shí)驗(yàn)填中采腰用的冊(cè)電機(jī)掘最大捐轉(zhuǎn)速鴉在20呈0轉(zhuǎn)/s左右杜，轉(zhuǎn)坡速小鐮于40轉(zhuǎn)/s左右負(fù)將不顯穩(wěn)定銷，可拐能會(huì)逗停轉(zhuǎn)此。六、