運動控制實驗報告分解

1、運動控制系統(tǒng)實驗報告實 驗 項 目實驗一 晶閘管直流開環(huán)調速系統(tǒng)的安裝2實驗二 晶閘管直流調速系統(tǒng)主要單元調試5實驗三 單閉環(huán)不可逆直流調速系統(tǒng)9實驗四 雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調速系統(tǒng)13綜合設計1 單片機PWM直流電機開環(huán)調速系統(tǒng)17綜合設計2 舵機控制系統(tǒng)設計23實驗一 晶閘管直流開環(huán)調速系統(tǒng)的安裝班級 學號 姓名 得分 一實驗目的1熟悉晶閘管直流調速系統(tǒng)的結構和原理；2掌握直流調速系統(tǒng)的安裝調試步驟和方法；3. 觀測同步信號和觸發(fā)脈沖的波形；4. 分析控制電壓和轉速的關系。二實驗內容1晶閘管主回路的安裝2給定信號的連接3用示波器觀測觸發(fā)信號4測量控制電壓和單機轉速三實驗設備及儀器1教學實

2、驗臺主控制屏。2NMCL33組件3NMCL31組件4雙蹤示波器5萬用表四實驗方法和步驟1 連接晶閘管整流電路和直流電動機的主電路圖1 晶振管整流電源和電動機的主電路2 連接給定信號和觸發(fā)控制電路3 用示波器觀測同步信號和觸發(fā)脈沖步驟1：用示波器的兩個通道同時測量兩相交流電的同步信號 記錄三相交流電的波形，分析UVW的相位差。步驟2：用示波器的兩個通道觀測相鄰的兩個觸發(fā)脈沖信號 記錄兩個觸發(fā)脈沖的波形，并分析相位差步驟3：用示波器的兩個通道同時觀測同步信號和觸發(fā)脈沖信號 調節(jié)控制電壓Uct，觀測觸發(fā)脈沖和同步信號之間的延遲時間有何變化。4 測量電機的轉速和控制電壓之間的關系調節(jié)給定電位器，使電動

3、機從靜止開始加速到1500rpm，同時用萬用表測量控制電壓，作圖分析控制電壓和轉速之間的關系。 五. 實驗數(shù)據和結果分析1 實驗測得UVW三相交流電的同步波形如下。、從同步信號波形可以看出：UVW三相交流電 2.s相鄰兩個觸發(fā)脈沖的波形如下：從觸發(fā)信號波形可以看出： 3同步信號和觸發(fā)信號的變換規(guī)律電機轉速最低時電機轉速中等時電機轉速最高時從上述幾個波形圖可以看出 4轉速和控制電壓的關系轉速0200400600800100120014001500Uc根據表格數(shù)據，作圖如下:從曲線可以看出，轉速和控制電壓之間的關系為 六. 實驗總結實驗二 晶閘管直流調速系統(tǒng)主要單元調試一實驗目的1熟悉直流調速系統(tǒng)

4、主要單元部件的工作原理。2掌握直流調速系統(tǒng)主要單元部件的調試步驟和方法。二實驗設備及儀器1教學實驗臺主控制屏。2NMCL31A組件3NMCL18組件4雙蹤示波器5萬用表三實驗方法1速度調節(jié)器（ASR）的調試 按圖2-1接線，DZS(零速封鎖器)的扭子開關扳向“解除”。 圖2-1 速度調節(jié)器的連線（1）調整輸出正、負限幅值 “5”、“6”端 接可調電容，使ASR調節(jié)器為PI調節(jié)器，加入一定的輸入電壓（由NMCL31的給定提供，以下同），調整正、負限幅電位器RP1、RP2，使輸出正負值等于7V。（2）測定輸入輸出特性 將反饋網絡中的電容短接（“5”、“6”端短接），使ASR調節(jié)器為P調節(jié)器，向調節(jié)

5、器輸入端逐漸加入正負電壓，測出相應的輸出電壓，直至輸出限幅值，并畫出曲線。（3）觀察PI特性： 拆除“5”、“6”端短接線，突加給定電壓，測量輸出電壓的變化。2電流調節(jié)器（ACR）的調試 按圖2-1接線。圖2-2 電流調節(jié)器的連線（1）調整輸出正,負限幅值 “9”、“10”端 接可調電容，使調節(jié)器為PI調節(jié)器，加入一定的輸入電壓，調整正，負限幅電位器，使輸出正負最大值大于6V。（2）測定輸入輸出特性 將反饋網絡中的電容短接（“9”、“10”端短接），使調節(jié)器為P調節(jié)器，向調節(jié)器輸入端逐漸加入正負電壓，測出相應的輸出電壓，直至輸出限幅值，并畫出曲線。（3）觀察PI特性：拆除“9”、“10”端短接

6、線，突加給定電壓，觀察輸出電壓的變化規(guī)律。3電平檢測器的調試3.1測定轉矩極性鑒別器（DPT）的環(huán)寬要求環(huán)寬為0.40.6伏，記錄高電平值 ，調節(jié)RP使環(huán)寬對稱縱坐標。具體方法：圖2-3 測定轉矩極性鑒別器（a）調節(jié)給定Ug，使DPT的“1”腳得到約0.3V電壓，調節(jié)電位器RP，使“2”端輸出從“1”變?yōu)椤?”。（b）調節(jié)負給定，從0V起調，當DPT的“2”端從“0”變?yōu)椤?”時，檢測DPZ的“1”端應為-0.3V左右，否則應調整電位器，使“2”端電平變化時，“1”端電壓大小基本相等。3.2 測定零電流檢測器（DPZ）的環(huán)寬要求環(huán)寬也為0.40.6伏，調節(jié)RP，使回環(huán)向縱坐標右側偏離0.10.

7、2伏。具體方法：圖2.4 零電流檢測器接線圖（a）調節(jié)給定Ug，使DPZ的“1”端為0.7V左右，調整電位器RP，使“2”端輸出從“1”變?yōu)椤?”。（b）減小給定，當“2”端電壓從“0”變?yōu)椤?”時，“1”端電壓在0.10.2V范圍內，否則應繼續(xù)調整電位器RP。（3）按測得數(shù)據，畫出兩個電平檢測器的回環(huán)。4反號器（AR）的調試 測定輸入輸出比例，輸入端加+5V電壓，調節(jié)RP，使輸出端為-5V。5邏輯控制器（DLC）的調試測試邏輯功能，列出真值表，真值表應符合下表：輸入UM110001UI100100輸出Uz(Ublf)000111UF(Ublr)111000調試時的階躍信號可從給定器得到。圖

8、2.5 邏輯控制器接線圖調試方法：（a）給定電壓順時針到底，Ug輸出約為12V。（b）此時上下?lián)軇覰MCL31中G（給定）部分S2開關，Ublf、Ublr的輸出應為高、低電平變化，同時用示波器觀察DLC的“5”，應出現(xiàn)脈沖，用萬用表測量，“3”與“Ublf”，“4”與“Ublr”等電位。（c）把+15V與DLC的“2”連線斷開，DLC的“2”接地，此時撥動開關S2，Ublr、Ublf輸出無變化。四. 實驗結果與分析4.1 速度調節(jié)器的測試結果經過調試，速度調節(jié)器的最高輸出電壓為 V, 最低輸出電壓為 V。改變輸入電壓，可知輸入輸出之間的電壓關系。測量結構如下表所示：表2-1 速度調節(jié)器的輸入輸

9、出特性輸入電壓（V）輸出電壓（V）根據上表中的數(shù)據繪制速度調節(jié)器的輸入輸出特性曲線如下：圖2.4 速度調節(jié)器的輸入輸出特性曲線4.2 電流調節(jié)器的測試結果經過調試，電流調節(jié)器的最高輸出電壓為 V, 最低輸出電壓為 V。改變輸入電壓，可知輸入輸出之間的電壓關系。測量結果如下表所示：表2-2 電流調節(jié)器的輸入輸出特性輸入電壓（V）輸出電壓（V）根據表中的數(shù)據繪制電流調節(jié)器的輸入輸出特性曲線如下：圖2.4 電流調節(jié)器的輸入輸出特性曲線四. 實驗總結實驗三 單閉環(huán)不可逆直流調速系統(tǒng)班級 學號 姓名 得分 一實驗目的1研究晶閘管直流電動機調速系統(tǒng)在反饋控制下的工作。2研究直流調速系統(tǒng)中速度調節(jié)器ASR的

10、工作及其對系統(tǒng)靜特性的影響。3學習反饋控制系統(tǒng)的調試技術。二預習要求1了解速度調節(jié)器在比例工作與比例積分工作時的輸入輸出特性。2弄清不可逆單閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的工作原理。三實驗設備及儀表1教學實驗臺主控制屏。2NMCL33組件3NMEL03組件4NMCL18組件5電機導軌及測速發(fā)電機（或光電編碼器）、直流發(fā)電機M016直流電動機M037雙蹤示波器8萬用表四注意事項1直流電動機工作前，必須先加上直流激磁。2接入ASR構成轉速負反饋時，為了防止振蕩，可預先把ASR的RP3電位器逆時針旋到底，使調節(jié)器放大倍數(shù)最小，同時，ASR的“5”、“6”端接入可調電容（預置7F）。3測取靜特性時，須注意主電路電流

11、不許超過電機的額定值（1A）。4三相主電源連線時需注意，不可換錯相序。5系統(tǒng)開環(huán)連接時，不允許突加給定信號Ug起動電機。6改變接線時，必須先按下主控制屏總電源開關的“斷開”紅色按鈕，同時使系統(tǒng)的給定為零。7雙蹤示波器的兩個探頭地線通過示波器外殼短接，故在使用時，必須使兩探頭的地線同電位（只用一根地線即可），以免造成短路事故。五實驗內容1移相觸發(fā)電路的調試（主電路未通電）（a）用示波器觀察NMCL33的雙脈沖觀察孔，應有雙脈沖，且間隔均勻，幅值相同；觀察每個晶閘管的控制極、陰極電壓波形，應有幅值為1V2V的雙脈沖。（b）觸發(fā)電路輸出脈沖應在3090范圍內可調。可通過對偏移電壓調節(jié)單位器及ASR輸

12、出電壓的調整實現(xiàn)。例如：使ASR輸出為0V，調節(jié)偏移電壓，實現(xiàn)=90；再保持偏移電壓不變，調節(jié)ASR的限幅電位器RP1，使=30。2求取調速系統(tǒng)在無轉速負反饋時的開環(huán)工作機械特性。a斷開ASR的“3”至Uct的連接線，G（給定）直接加至Uct，且Ug調至零，直流電機勵磁電源開關閉合。bNMCL-32的“三相交流電源”開關撥向“直流調速”。合上主電源，即按下主控制屏綠色“閉合”開關按鈕，這時候主控制屏U、V、W端有電壓輸出。c調節(jié)給定電壓Ug，使直流電機空載轉速n0=1500轉/分，調節(jié)直流發(fā)電機負載電阻，在空載至額定負載的范圍內測取78點，讀取整流裝置輸出電壓Ud，輸出電流id以及被測電動機轉

13、速n。表1 調速系統(tǒng)在無轉速負反饋時的開環(huán)工作機械特性數(shù)據id（A）Ud（V）n（r/min）3帶轉速負反饋有靜差工作的系統(tǒng)靜特性a斷開G（給定）和Uct的連接線，ASR的輸出接至Uct，把ASR的“5”、“6”點短接。b合上主控制屏的綠色按鈕開關。c調節(jié)給定電壓Ug至2V，調整轉速變換器RP電位器，使被測電動機空載轉速n0=1500轉/分，調節(jié)ASR的調節(jié)電容以及反饋電位器RP3，使電機穩(wěn)定運行。調節(jié)直流發(fā)電機負載電阻，在空載至額定負載范圍內測取78點，讀取Ud、id、n。表2帶轉速負反饋有靜差工作的系統(tǒng)靜特性數(shù)據id（A）Ud（V）n（r/min）4測取調速系統(tǒng)在帶轉速負反饋時的無靜差閉環(huán)

14、工作的靜特性a斷開ASR的“5”、“6”短接線，“5”、“6”端接可調電容，可預置7F，使ASR成為PI（比例積分）調節(jié)器。b調節(jié)給定電壓Ug，使電機空載轉速n0=1500轉/分。在額定至空載范圍內測取78個點。表3 調速系統(tǒng)在帶轉速負反饋時的無靜差閉環(huán)工作的靜特性數(shù)據id（A）Ud（V）n（r/min）六實驗報告繪制實驗所得靜特性，并進行分析、比較回答以下問題。1系統(tǒng)在開環(huán)、有靜差閉環(huán)與無靜差閉環(huán)工作時，速度調節(jié)器ASR各工作在什么狀態(tài)？實驗時應如何接線？2要得到相同的空載轉速n0，亦即要得到整流裝置相同的輸出電壓U，對于有反饋與無反饋調速系統(tǒng)哪個情況下給定電壓要大些？為什么？3在有轉速負反

15、饋的調速系統(tǒng)中，為得到相同的空載轉速n0，轉速反饋的強度對Ug有什么影響？為什么？4如何確定轉速反饋的極性與把轉速反饋正確地接入系統(tǒng)中？又如何調節(jié)轉速反饋的強度，在線路中調節(jié)什么元件能實現(xiàn)？根據表1繪制調速系統(tǒng)在無轉速負反饋時的開環(huán)工作機械特性曲線如下：根據表2繪制帶轉速負反饋有靜差工作的系統(tǒng)靜特性曲線如下：根據表3繪制調速系統(tǒng)在帶轉速負反饋時的無靜差閉環(huán)工作的靜特性曲線如下：實驗四 雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調速系統(tǒng)一實驗目的1了解雙閉環(huán)不可逆直流調速系統(tǒng)的原理，組成及各主要單元部件的原理。2熟悉電力電子及教學實驗臺主控制屏的結構及調試方法。3熟悉NMCL-18，NMCL-33的結構及調試方法4

16、掌握雙閉環(huán)不可逆直流調速系統(tǒng)的調試步驟，方法及參數(shù)的整定。二實驗內容1各控制單元調試2測定電流反饋系數(shù)。3測定開環(huán)機械特性及閉環(huán)靜特性。4閉環(huán)控制特性的測定。5觀察，記錄系統(tǒng)動態(tài)波形。三實驗系統(tǒng)組成及工作原理雙閉環(huán)晶閘管不可逆直流調速系統(tǒng)由電流和轉速兩個調節(jié)器綜合調節(jié)，由于調速系統(tǒng)調節(jié)的主要量為轉速，故轉速環(huán)作為主環(huán)放在外面，電流環(huán)作為付環(huán)放在里面，這樣可抑制電網電壓波動對轉速的影響，實驗系統(tǒng)的控制回路如圖1-8b所示，主回路可參考圖1-8a所示。系統(tǒng)工作時，先給電動機加勵磁，改變給定電壓的大小即可方便地改變電機的轉速。ASR,ACR均有限幅環(huán)節(jié)，ASR的輸出作為ACR的給定，利用ASR的輸出

17、限幅可達到限制起動電流的目的, ACR的輸出作為移相觸發(fā)電路的控制電壓，利用ACR的輸出限幅可達到限制amin和bmin的目的。當加入給定Ug后，ASR即飽和輸出，使電動機以限定的最大起動電流加速起動，直到電機轉速達到給定轉速（即Ug=Ufn），并出現(xiàn)超調后，ASR退出飽和，最后穩(wěn)定運行在略低于給定轉速的數(shù)值上。四實驗設備及儀器1教學實驗臺主控制屏。2NMCL33組件3NMEL03組件4NMCL18組件5電機導軌及測速發(fā)電機（或光電編碼器）、直流發(fā)電機M016直流電動機M037雙蹤示波器8萬用表五注意事項1三相主電源連線時需注意，不可換錯相序。2系統(tǒng)開環(huán)連接時，不允許突加給定信號Ug起動電機3

18、改變接線時，必須先按下主控制屏總電源開關的“斷開”紅色按鈕，同時使系統(tǒng)的給定為零。4進行閉環(huán)調試時，若電機轉速達最高速且不可調，注意轉速反饋的極性是否接錯。5雙蹤示波器的兩個探頭地線通過示波器外殼短接，故在使用時，必須使兩探頭的地線同電位（只用一根地線即可），以免造成短路事故。六. 實驗方法和步驟1按圖接線，未上主電源之前，檢查晶閘管的脈沖是否正常。（1）用示波器觀察雙脈沖觀察孔，應有間隔均勻，幅度相同的雙脈沖（2）檢查相序，用示波器觀察“1”，“2”脈沖觀察孔，“1”脈沖超前“2”脈沖600，則相序正確，否則，應調整輸入電源。（3）將控制一組橋觸發(fā)脈沖通斷的六個直鍵開關彈出，用示波器觀察每只

19、晶閘管的控制極，陰極，應有幅度為1V2V的脈沖。2雙閉環(huán)調速系統(tǒng)調試原則（1）先部件，后系統(tǒng)。即先將各單元的特性調好，然后才能組成系統(tǒng)。（2）先開環(huán)，后閉環(huán)，即使系統(tǒng)能正常開環(huán)運行，然后在確定電流和轉速均為負反饋時組成閉環(huán)系統(tǒng)。（3）先內環(huán)，后外環(huán)。即先調試電流內環(huán)，然后調轉速外環(huán)。3開環(huán)外特性的測定（1）控制電壓Uct由給定器Ug直接接入。主回路按圖1-8a接線，直流發(fā)電機所接負載電阻RG斷開，短接限流電阻RD。（2）使Ug=0，調節(jié)偏移電壓電位器，使稍大于90。（3）NMCL-32的“三相交流電源”開關撥向“直流調速”。合上主電源，即按下主控制屏綠色“閉合”開關按鈕，這時候主控制屏U、V、

20、W端有電壓輸出。（4）逐漸增加給定電壓Ug，使電機起動、升速，調節(jié)Ug使電機空載轉速n0=1500r/min，再調節(jié)直流發(fā)電機的負載電阻RG，改變負載，在直流電機空載至額定負載范圍，測取78點，讀取電機轉速n，電機電樞電流Id，即可測出系統(tǒng)的開環(huán)外特性n=f (Id)。n(r/min)I(A)注意，若給定電壓Ug為0時，電機緩慢轉動，則表明太小，需后移4單元部件調試ASR調試方法與實驗二相同。ACR調試：使調節(jié)器為PI調節(jié)器，加入一定的輸入電壓，調整正，負限幅電位器，使脈沖前移a300,使脈沖后移b=300，反饋電位器RP3逆時針旋到底，使放大倍數(shù)最小。5系統(tǒng)調試將Ublf接地，Ublr懸空，

21、即使用一組橋六個晶閘管。（1）電流環(huán)調試電動機不加勵磁（a）系統(tǒng)開環(huán)，即控制電壓Uct由給定器Ug直接接入，主回路接入電阻RD并調至最大（RD由NMEL03的兩只900電阻并聯(lián)）。逐漸增加給定電壓，用示波器觀察晶閘管整流橋兩端電壓波形。在一個周期內，電壓波形應有6個對稱波頭平滑變化 。（b）增加給定電壓，減小主回路串接電阻Rd，直至Id=1.1Ied，再調節(jié)NMCL-33掛箱上的電流反饋電位器RP，使電流反饋電壓Ufi近似等于速度調節(jié)器ASR的輸出限幅值（ASR的輸出限幅可調為5V）。（c）NMCL31的G（給定）輸出電壓Ug接至ACR的“3”端，ACR的輸出“7”端接至Uct，即系統(tǒng)接入已接

22、成PI調節(jié)的ACR組成電流單閉環(huán)系統(tǒng)。ASR的“9”、“10”端接可調電容，可預置7F，同時，反饋電位器RP3逆時針旋到底，使放大倍數(shù)最小。逐漸增加給定電壓Ug，使之等于ASR輸出限幅值（+5V），觀察主電路電流是否小于或等于1.1Ied，如Id過大，則應調整電流反饋電位器，使Ufi增加，直至Id1.1Ied；如IdIed，則可將Rd減小直至切除，此時應增加有限，小于過電流保護整定值，這說明系統(tǒng)已具有限流保護功能。測定并計算電流反饋系數(shù)（2）速度變換器的調試電動機加額定勵磁，短接限流電阻RD。（a）系統(tǒng)開環(huán)，即給定電壓Ug直接接至Uct，Ug作為輸入給定，逐漸加正給定，當轉速n=1500r/m

23、in時，調節(jié)FBS（速度變換器）中速度反饋電位器RP，使速度反饋電壓為+5V左右，計算速度反饋系數(shù)。（b）速度反饋極性判斷： 系統(tǒng)中接入ASR構成轉速單閉環(huán)系統(tǒng)，即給定電壓Ug接至ASR的第2端，ASR的第3端接至Uct。調節(jié)Ug（Ug為負電壓），若稍加給定，電機轉速即達最高速且調節(jié)Ug不可控，則表明單閉環(huán)系統(tǒng)速度反饋極性有誤。但若接成轉速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，由于給定極性改變，故速度反饋極性可不變。6系統(tǒng)特性測試將ASR,ACR均接成PI調節(jié)器接入系統(tǒng)，形成雙閉環(huán)不可逆系統(tǒng)。ASR的調試：（a）反饋電位器RP3逆時針旋到底，使放大倍數(shù)最小； （b）“5”、“6”端接入可調電容，預置57F； （c）

24、調節(jié)RP1、RP2使輸出限幅為5V。（1）機械特性n=f（Id）的測定（a）調節(jié)轉速給定電壓Ug，使電機空載轉速至1500 r/min，再調節(jié)發(fā)電機負載電阻Rg，在空載至額定負載范圍內分別記錄78點，可測出系統(tǒng)靜特性曲線n=f（Id）n(r/min)I(A)（2）閉環(huán)控制特性n=f(Ug)的測定調節(jié)Ug，記錄Ug和n，即可測出閉環(huán)控制特性n=f(Ug)。n(r/min)Ug(V)7系統(tǒng)動態(tài)波形的觀察用二蹤慢掃描示波器觀察動態(tài)波形，用數(shù)字示波器記錄動態(tài)波形。在不同的調節(jié)器參數(shù)下，觀察，記錄下列動態(tài)波形：（1）突加給定起動時，電動機電樞電流波形和轉速波形。（2）突加額定負載時，電動機電樞電流波形和

25、轉速波形。（3）突降負載時，電動機電樞電流波形和轉速波形。注：電動機電樞電流波形的觀察可通過ACR的第“1”端 轉速波形的觀察可通過ASR的第“1”端七 實驗報告1根據實驗數(shù)據，畫出閉環(huán)控制特性曲線。2根據實驗數(shù)據，畫出閉環(huán)機械特性，并計算靜差率。3根據實驗數(shù)據，畫出系統(tǒng)開環(huán)機械特性，計算靜差率，并與閉環(huán)機械特性進行比較。4分析由數(shù)字示波器記錄下來的動態(tài)波形。綜合設計1 單片機PWM直流電機開環(huán)調速系統(tǒng)班級 學號 姓名 得分 1 目的和要求請采用單片機為一個12V直流電動機設計一個開環(huán)PWM調速器，要求輸入12V 直流電壓，用“加”“減”按鍵調節(jié)電機的速度。2 電路設計以微處理器為核心的數(shù)字控

26、制系統(tǒng)（簡稱微機數(shù)字控制系統(tǒng)）硬件電路的標準化程度高，制作成本低，且不受器件溫度漂移的影響；其控制軟件能夠進行邏輯判斷和復雜運算，可以實現(xiàn)不同于一般線性調節(jié)的最優(yōu)化、自適應、非線性、智能化等控制規(guī)律，而且更改起來靈活方便。如下圖所示， 單片機PWM開環(huán)調速系統(tǒng)包括PWM控制和PWM變換器兩個組成部分。單片機系統(tǒng)在程序的控制下輸出幅度為5v的矩形波，按鍵可調節(jié)PWM的占空比。考慮到單片機輸出的PWM信號電壓低功率小，用一個PWM變換器將PWM的工作電壓提升到12V，由于采用了大功率三極管，功率也顯著提升。圖1 PWM調速器的方框圖21PWM變換器設計如圖2所示的PWM變換器由1個三極管、一個限流

27、電阻和1個三極管構成。其中三極管在電路中起開關的作用，因此叫開關管，開關管的集電極與電動機串聯(lián)接入12V直流電源，三極管的基極串聯(lián)一個限流電阻，然后接PWM控制器。當控制器輸出低電平時，三極管截止，當控制器輸出高電平時，三極管正向導通。電機兩端并聯(lián)一個二極管用作續(xù)流，因此又叫續(xù)流二極管。當三極管導通時，電機通電運轉，當三極管突然斷開的一瞬間，因電機的線圈能產生感應電動勢，該電動勢通過二極管形成短暫的電流。三極管在PWM信號的控制下會周期性地導通和截止，在截止期就可以靠二極管形成續(xù)流。當然這個續(xù)流時間非常短暫，如果三極管截止時間比較大，就難以為繼了。圖2用三極管設計的PWM變換器2.2 PWM控

28、制器設計用一個單片機、一個晶振和兩個輔助電容可以構成一個單片機最小系統(tǒng)，一般來說，單片機的任何一個IO端口都可以輸出PWM信號。如果用單片機內部的PWM信號發(fā)生器，就需要特定的引腳。在任意端口接上幾個按鍵，就可以通過按鍵調節(jié)PWM信號的占空比。圖3 單片機最小系統(tǒng)構成的控制器2.3 總電路 將兩個電路組合成一個完整的電路如下：圖4 單片機PWM控制器總電路3 硬件電路的安裝調試3.1 單片機最小系統(tǒng)的安裝和調試 步驟1：安裝單片機。注意使用單片機插座，缺口向上， 小心不要搞斷引腳。 步驟2：焊接時鐘振蕩電路。在單片機的18和19腳之間焊接一個晶振，在晶振的兩端焊接兩個33pF的輔助電容。 步驟

29、3：焊接下載線。根據上正下負的基本原，Vcc在上，GND在下，中間為RXD和TXD。 步驟4：下載測試。用STCISP 程序下載一個測試程序，如果能正常下載，說明最小系統(tǒng)可以正常工作。如果不能下載，請檢查是否有虛焊，用二極管檔測量以下幾個關鍵點是否導通：（1） 測量下載線的Vcc和單片機的40腳，看是否導通；（2） 測量下載線的Gnd和單片機的20腳，看是否導通；（3） 測量下載線的第2腳，是否與RXD導通；（4） 測量下載先的第3腳，是否與TXD導通；（5） 測量晶振與18腳和19腳是否能通電，是否存在短路。3.2 按鍵電路的安裝和調試 步驟1：安裝按鍵。 步驟2：測量按鍵是否起作用。測量每

30、個按鍵對地是否導通：用萬用表的二極管檔位測量按鍵連接的單片機IO口與GND的電阻，按下按鍵應能聽到響聲，釋放按鍵無聲。3.3 電源電路的安裝和調試安裝7805，接入12V電壓，測量輸入電壓應為12V，測量單片機的工作電壓應為5V3.5 PWM轉換電路安裝和調試步驟1：安裝2.2K的限流電阻、開關三極管、限流二極管。注意三極管的三個引腳不能接錯，二極管的正負極不能接反。步驟2：在限流電阻輸入端用飛線給一個高電平（5V電壓），電機應該能轉動。步驟3：在限流電阻輸入端用飛線給一個低電平（接GND），電機應該能停止轉動。4程序設計4.1 程序模塊分析根據項目要求，需要用按鍵控制單片機產生一個1KHz占

31、空比可調的PWM信號，如果單片機內部沒有專用的PWM發(fā)生器，可以用定時器來設計，程序主要模塊如下：（1）定時器初始化程序 在定時器初始化程序中設定定時器的中斷時間為 PWM周期除以分辨率。1KHz的周期為1mS，如果分辨占空比的為100，則需要將1mS分為100份，最小時間單位為10uS，也就是定時器必須10us中斷一次。 (2) PWM輸出程序 定時器每10us中斷一次，在定時中斷程序中需要判斷定時的次數(shù)，如果定時次數(shù)小于占空比就輸出高電平，否則輸出低電平。如果定時器次數(shù)為100次，一個PWM周期結束。重新開始下一個PWM周期。（3）鍵盤程序 共由四個按鍵，都是用來調節(jié)占空比的大小的。按鍵1

32、用于占空比加1，按鍵2用于占空比減1，按鍵3用于快加（+10），按鍵4用于快減（-10）。（4）拆字顯示程序 如果采用數(shù)碼管顯示，就只能顯示占空比；如果電路板用LCD1602液晶顯示，就可以調用LCD1602液晶顯示占空比的大小，還可以顯示更多的內容。4.2 繪制程序流程圖根據上述分析，定時器初始化程序只在通電的時候執(zhí)行一次，應該放在while（1）之前；拆字、顯示和鍵盤程序可以重復執(zhí)行，應該放在無窮循環(huán)的while（1）內部，PWM輸出程序需要精確的時間控制，應該放在定時中斷程序中。綜上所述，繪制PWM程序流程圖如下：圖5 PWM開環(huán)調速系統(tǒng)程序流程圖4.3 編寫程序框架代碼根據上述程序流程

33、圖，編寫程序的框架代碼如下：# include Void Timer_init ( ) Void Chaizi ( ) Void Display( ) Void Keyboard( ) Void main( ) / 任何單片機程序必須有且只有一個main函數(shù)Timer_init( ) ； /定時器初始化程序While（1） /無條件循環(huán)程序，又叫無窮循環(huán) /開始無窮循環(huán)Chaizi ( )；Display（）；Keyboard （）； /循環(huán)體結束 Void PWM_Out ( ) interrupt 1 /定時中斷程序 上述程序代碼只是一個空殼，準確地表達了程序流程，但是卻沒有任何具體的程序

34、。編譯正確后才可以繼續(xù)編寫子程序代碼。4.4 定時器初始化程序設計考慮到定時器時間比較短，可以設置定時器T0工作在方式2（自動重裝的8位定時器），可以設置TMOD= 0x02 ；8位定時的最大長度為256uS，為了使得定時器計時10uS，可以設置初始值為246；因為定時器可以自動重裝，需要對定時器的高8位和低8位同時賦初值，代碼如下：TH0=TL0=246；此外還需要允許總中斷和定時中斷，最后要啟動定時器，代碼如下：EA=1； ET0=1； TR0=1；綜上所述，定時器初始化的程序設計如下：Void timer_init() TMOD= 0x02 ; TH0=TL0= 246 ； EA=1；E

35、T0=1； TR0=1； 4.5定時器中斷程序設計在定時器中斷程序中判斷中斷次數(shù)，根據中斷次數(shù)來決定輸出高電平還是低電平。 Void PWM_outt ( ) interrupt 1 counter+； if（counterduty)PWM=1; / 時間小于占空比，輸出高電平 else if（counter100）PWM=0; /時間大于占空比，輸出低電平 else counter=0； /時間大于周期，重新計算時間，開始新的周期4.6鍵盤程序設計Void keyboard （）CurrentKey= P2&0x0F；if（CurrentKey！=0x0F） if （LastKey= =0x

36、0F） Switch（CurrentKey） Case 0x0E： if（duty100）duty+; break； /按鍵1占空比加Case 0x0D： if（duty0）duty- -; break； /按鍵3占空比減Case 0x07：if（duty9）duty-=10; break； /按鍵4占空比快減LastKey=CurrentKey;到此，程序已經可以輸出PWM，也可以由用戶控制PWM的占空比，但是用戶不知道占空比是多少。4.7拆字顯示程序設計 為了能看到占空比，設計拆字和顯示程序如下：Void chaizi ( ) /拆字程序Unsigned int temp;Temp=dut

37、y;Buffer0= tabletemp%10;temp=temp/10; /拆個位查表送顯示緩存Buffer1= tabletemp%10;temp=temp/10; /拆十位查表送顯示緩存Buffer2= tabletemp%10;temp=temp/10; /拆百位查表送顯示緩存If （temp0）Buffer3= tabletemp%10;temp=temp/10; /拆千位查表送顯示緩存Else Buffer3=0xff；Void Display ( ) / 數(shù)碼管顯示程序, 液晶顯示程序略P2=0xFF;P0=Buffer0;P2=0x10;delay( ); /顯示個位 P2=0

38、xFF;P0=Buffer1;P2=0x20;delay( ); /顯示十位P2=0xFF;P0=Buffer2;P2=0x40;delay( ); /顯示百位P2=0xFF;P0=Buffer3;P2=0x80;delay( ); /顯示千位5試驗數(shù)據分析將程序編譯成功后，下載到單片機，然后通電測試。按步進10%的方法調節(jié)占空比，同時測量電機兩端的電壓，觀察電機的轉速。記錄數(shù)據如下：表1： 開環(huán)PWM調速系統(tǒng)試驗結果占空比10%20%30%40%50%60%70%80%90%100%電機電壓電機轉速作出電壓-占空比曲線、轉速-占空比曲線。6實驗結論綜合設計2 舵機控制系統(tǒng)設計班級 學號 姓名

39、 得分 1 目的和要求 請設計用單片機設計一個舵機控制器，并設計單片機的程序可以同時控制機械手的開合運動。2 基本原理2.1舵機的結構舵機是用于遙控模型控制動作的動力電機，主要是由外殼、電路板、小型直流點擊、減速齒輪與用于位置檢測的可調電阻和控制電路板構成。圖1 舵機的內部結構舵機內部的控制電路一般如下圖所示：圖2舵機的內部電路其工作原理是PWM信號由接收通道進入信號解調電路BA6688的12腳進行解調，獲得一個直流偏置電壓。該直流偏置電壓與電位器的電壓比較，獲得電壓差由BA6688的3腳輸出。該輸出送入電機驅動集成電路BAL6686，以驅動電機正反轉。當電機轉動時，通過級聯(lián)減速齒輪帶動電位器

40、Rw1旋轉，直到電壓差為O，電機停止轉動。如下圖所示，舵機的電纜中有三根線，分別是 、 、 。圖3 舵機的控制電纜圖中的Vcc一般為6V，控制線需要一個20ms的PWM脈沖信號，脈沖信號的寬度決定了舵機的轉動角度。2.2舵機的控制原理舵機控制線的輸入是一個寬度可調的周期性方波脈沖信號，方波脈沖信號的周期為20ms(即頻率為50Hz)。當方波的脈沖寬度改變時，舵機轉軸的角度發(fā)生改變，角度變化與脈沖寬度的變化成正比。某型舵機的輸出軸轉角與輸入信號的脈沖寬度之間的關系如下圖所示。圖4 PWM的脈沖寬度與舵機轉動角度的關系3電路設計 在單片機最小系統(tǒng)上增加六個舵機接口就可以構成一個六自由度的機器人控制

41、系統(tǒng)，考慮到單片機需要5V 電源，為此采用LM7805設計一個12V轉5V的穩(wěn)壓電源；舵機需要6V電源，而且功率較大，采用LM2596設計一個開關穩(wěn)壓電源?？傠娐贩娇驁D如下：圖5 舵機控制電路4程序設計4.1 程序模塊分析根據項目要求，需要用按鍵控制單片機產生一個20mS的PWM信號，脈沖寬度從0.5mS到2.5mS按鍵可調，程序主要模塊如下：（1）定時器初始化程序 在定時器初始化程序中設定定時器的中斷時間為脈沖寬度除以分辨率。應脈沖寬度可調范圍是0.5mS到2.5mS，如果分辨占空比的為100，則需要將2mS分為100份，最小時間單位為20uS，也就是定時器必須20us中斷一次。 (2) P

42、WM輸出程序 定時器每20us中斷一次，在定時中斷程序中需要判斷定時的次數(shù)，如果定時次數(shù)小于（25+占空比）就輸出高電平，否則輸出低電平。如果定時器次數(shù)為1000次，一個周期20mS結束。重新開始下一個PWM周期。（3）鍵盤程序 共由四個按鍵，都是用來調節(jié)占空比的大小的。按鍵1用于占空比加1，按鍵2用于占空比減1，按鍵3用于快加（+10），按鍵4用于快減（-10）。（4）拆字顯示程序 如果采用數(shù)碼管顯示，就只能顯示占空比。4.2 繪制程序流程圖根據上述分析，定時器初始化程序只在通電的時候執(zhí)行一次，應該放在while（1）之前；拆字、顯示和鍵盤程序可以重復執(zhí)行，應該放在無窮循環(huán)的while（1）內部，PWM輸出程序需要精確的時間控制，應該放在定時中斷程序中。綜上所述，繪制PWM程序流程圖如下： 圖5 PWM開環(huán)調速系統(tǒng)程序流程圖4.3 編寫程序框架代碼根據上述程序流程圖，編寫程序的框架代碼如下：# include Void Timer_init ( ) Void Chaizi ( ) Void Display( ) Void Keyboard( ) Void main( ) Timer_init( ) ； Whil