基于單片機的直流伺服電機PWM控制系統(tǒng)

成績 成績 運動控制系統(tǒng)課程設(shè)計題目:基于單片機的直流伺服電機PWM控制系統(tǒng)院系名稱:電氣工程學(xué)院專業(yè)班級:xxx學(xué)生姓名:xxx學(xué)號:xxxx指導(dǎo)教師:石慶生評語：評語：摘要單片機是應(yīng)控制領(lǐng)域應(yīng)用的要求而出現(xiàn)的，隨著單片機的迅速開展，起應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣。盡管目前已經(jīng)開展眾多種類的單片機，但是應(yīng)用較廣、也是最成熟的還是最早有Intel開發(fā)的MCS-51系列單片機〔51系列單片機〕。51系列單片機應(yīng)用系統(tǒng)已經(jīng)成為目前主流的單片機應(yīng)用系統(tǒng)。直流電機脈沖寬度調(diào)制〔PulseWidthModulation—簡稱PWM〕調(diào)速產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代中期，最早用于自動跟蹤天文望遠鏡，自動記錄儀表等的驅(qū)動，后來用于晶體管器件水平的提高及電路技術(shù)的開展，PWM技術(shù)得到了高速開展，各式各樣的脈寬調(diào)速控制器，脈寬調(diào)速模塊也應(yīng)運而生，許多單片機也都有了PWM輸出功能。而MCS—51系列單片機作為應(yīng)用最廣泛的單片機之一，卻沒有PWM輸出功能，本課設(shè)采用配合軟件的方法實現(xiàn)了MCS—51單片機的PWM輸出調(diào)速功能，這對精度要求不高的場合時非常實用的。目錄226751、前言 3124511.1單片機的開展史 3198681.2本設(shè)計任務(wù) 4294752、總體設(shè)計方案 524113、硬件電路設(shè)計 5321093.1硬件組成 5231743.2主要器件功能介紹 6160833.2.1直流伺服電機簡介 6272153.2.2PWM簡介及調(diào)速原理 7156463.2.3傳感器選擇 8270383.3電路組成9182493.3.1晶振電路9202393.3.2復(fù)位電路9141913.3.3單相橋式整流電路1069873.3.4調(diào)制電路1011864、系統(tǒng)軟件設(shè)計 117744.1系統(tǒng)簡介及原理 11115324.2系統(tǒng)設(shè)計原理 115374.3程序流程圖 133935、建模 14244795.1控制框圖 14265205.2參數(shù)計算 156875.3PWM變換器環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型 1629065.4仿真結(jié)果圖 1719127總結(jié)182801參考文獻1828673附件1：匯編設(shè)計 1911655附件2： 211、前言1.1單片機的開展史單片機作為微型計算機的一個重要分支,應(yīng)用面很廣,開展很快。自單片機誕生至今以開展為上百種系列的近千個分支。如果將8位單片機的推出作為起點，那么單片機的開展歷史大致可以分為以下幾個階段：〔1〕第一階段〔1976—1978〕：單片機的控索階段。以Intel公司的MCS—48的推出是在工控領(lǐng)域的控索，參與這一控索的公司還有Motorola、Zilog等，都取得了滿意的效果。這就是SCM的誕生年代，“單片機〞一詞由此而來。〔2〕第二階段〔1978—1982〕：單片機的完善階段。Intel公司在MCS—48的根底上推出了完善的，典型的單片機系列MCS－51.它在以下幾個方面奠定了典型的通用總線型單片機體系結(jié)構(gòu)。①完善的外部總線。MCS－51設(shè)置了經(jīng)典的8位單片機的總線結(jié)構(gòu)，包括8位數(shù)據(jù)總線16位地址總線控制總線及具有很多通信功能的串行通信接口。②CPU外圍功能單元的集中管理模式。③表達工控特性的位地址空間及位操作方式。④指令系統(tǒng)趨于豐富和完善，并且增加了許多突出控制功能的指令?！?〕第三階段〔1982－1990〕：8位單片機的穩(wěn)固開展及16位單片機的推出階段，也是單片機向微控制器開展的階段。Intel公司推出的MCS－96系列單片機，將一些用于測控系統(tǒng)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、程序運行監(jiān)視器、脈寬調(diào)制器等納入片中，表達了單片機的微控制器的特征。隨著MCS－51系列的廣泛應(yīng)用，許多電氣廠商競相使用80C51為內(nèi)核，將許多測控系統(tǒng)中使用的電路技術(shù)、接口技術(shù)、多通道A/D轉(zhuǎn)換部件、可靠性技術(shù)等應(yīng)用到單片機中，增強了外圍電路的功能，強化了智能控制的特征?！?〕第四階段〔1990－〕：微控制器的全面開展階段。隨著單片機在各個領(lǐng)域全面深入地開展和應(yīng)用，出現(xiàn)了高速、大尋址范圍、強運算能力的8位/16位/32位通用型單片機，以及小型廉價的專用型單片機。1.2本設(shè)計任務(wù)任務(wù):單片機為控制核心的直流電機PWM調(diào)速控制系統(tǒng)。功能主要包括：直流電機的正轉(zhuǎn)；直流電機的反轉(zhuǎn)；直流電機的加速；直流電機的減速；直流電機的轉(zhuǎn)速在數(shù)碼管上顯示；直流電機的啟動；直流電機的停止；2、總體設(shè)計方案總體設(shè)計方案的硬件局部詳細框圖如圖一所示。數(shù)碼管顯數(shù)碼管顯示按鍵控制單片機PWM電機驅(qū)動按鍵控制單片機PWM電機驅(qū)動圖1鍵盤向單片機輸入相應(yīng)控制指令，由單片機通過P1.0與P1.1其中一口輸出與轉(zhuǎn)速相應(yīng)的PWM脈沖，另一口輸出低電平，經(jīng)過信號放大、光耦傳遞，驅(qū)動H型橋式電動機控制電路，實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速的控制。電動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)通過數(shù)碼管顯示出來。電動機所處速度級以速度檔級數(shù)顯示。正轉(zhuǎn)時最高位顯示“三〞，其它三位為電機轉(zhuǎn)速；反轉(zhuǎn)時最高位顯示“F〞，其它三位為電機轉(zhuǎn)速。每次電動機啟動后開始顯示，停止時數(shù)碼管顯示出“0000〞。3、硬件電路設(shè)計3.1硬件組成本系統(tǒng)由PC機、MCS-51單片機開發(fā)系統(tǒng)、、PWM脈寬調(diào)制控制板以及直流伺服電動機等組成。具體相關(guān)硬件如下所示：二極管〔1N4077〕4個，場效應(yīng)管〔2SJ50〕4個，非門74LS041個，與門74LS082個，電容〔CAPACITOR〕2個，芯片〔AT89C51〕1個，開關(guān)〔BUTTON〕3個，直流伺服電動機〔MOTOR〕1個，電阻〔RES〕4個，電源3個，地〔GROUND〕4個。如表3.1所示：硬件型號數(shù)量硬件型號數(shù)量1N40774MOTOR12SJ504RES474LS041CAPACITOR274LS082GROUND4AT89C511VCC3BUTTON3表3.1元件表3.2主要器件功能介紹3.2.1直流伺服電機簡介伺服電機也稱執(zhí)行電機，它具有一種服從控制信號的要求而動作的電機，在信號來到之前，轉(zhuǎn)子靜止不動；信號來到之后，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動；當(dāng)信號小時，轉(zhuǎn)子能即使自行停轉(zhuǎn)，由于這種“伺服〞性能，因此而得名。按照在自動控制系統(tǒng)中的功用所要求，伺服電機具備可控性好、穩(wěn)定性高和速應(yīng)性強等根本性能?？煽刂菩院檬侵笇ず孟б院?，能立即自行停轉(zhuǎn)；穩(wěn)定性高是指轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩的增加而均勻下降，速應(yīng)性強是指反響快，靈敏。直流伺服電動機在自動控制系統(tǒng)中常用作執(zhí)行元件,對它的要求是要有下垂的機械特性、線性的調(diào)節(jié)特性和對控制信號能作出快速反響。該系統(tǒng)采用的是電磁式直流伺服電動機,其型號為45SY01型,其轉(zhuǎn)速n的計算公式如下:n=E/KΦ=(Ua-IaRa)/KΦ式中n為轉(zhuǎn)速;Φ為磁通;E為電樞反電勢;Ua為外加電壓;IaRa為電樞電流和電阻。直流伺服電機與普通直流電機以及交流伺服電機的比擬：直流伺服電機的工作原理和普通直流電機相同。只要在其勵磁繞組中有電流通過且產(chǎn)生了磁通，當(dāng)電樞繞組中通過電流時，這個電樞電流與磁通互相作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩使伺服電機投入工作。這兩個繞組其中的一個斷電時，電動機立即停轉(zhuǎn)，它不象交流伺服電動機那樣有“自轉(zhuǎn)〞現(xiàn)象。所以我們選擇直流伺服電動機來進行自動門的拖動。3.2.2PWM簡介及調(diào)速原理〔1〕簡介：PWM控制就是對脈沖的寬度進行調(diào)制的技術(shù)，即通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等待地獲得所需要波形。PWM的一個優(yōu)點是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字形式的，無需進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號保持在數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小。PWM控制技術(shù)以其控制簡單，靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式?！?〕調(diào)速原理：占空比表示了在一個周期T里，開關(guān)管導(dǎo)通的時間與周期的比值。其變化范圍為0—1。如圖2.1，在電源電壓不變的情況下，電樞的端電壓的平均值U取決于占空比的大小。改變其值就可以改變端電壓的平均值，從而到達調(diào)速的目的。在PWM調(diào)速時，占空比是一個重要的參數(shù)。以下是3種方式都可以改變占空比的值：圖2.1占空比示意圖計算公式：占空比=ton/Ta)定寬調(diào)頻法b)調(diào)寬調(diào)頻法c)定頻調(diào)寬法目前，在直流伺服電機的控制中，主要使用定頻調(diào)寬法?！?〕與V-M系統(tǒng)相比，PWM調(diào)速系統(tǒng)有以下優(yōu)點：由于PWM調(diào)速系統(tǒng)的開關(guān)頻率較高，僅靠電樞電感的濾波作用可能就足以獲得脈沖動很小的直流電流，電樞容易連續(xù)，系統(tǒng)的低速運行平穩(wěn)，調(diào)速范圍較寬，可達1：10000左右。又由于電流波形比V-M系統(tǒng)好，在相同的平均電流即相同的輸出轉(zhuǎn)矩下，電動機的損耗和發(fā)熱都較小。

同樣由于開關(guān)頻率高，假設(shè)與快速響應(yīng)的電機配合，系統(tǒng)可以獲得很寬的頻帶，因此快速響應(yīng)性能好，動態(tài)抗干擾能力強。

由于電力電子器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，主電路損耗較小，裝置效率比擬高。3.2.3傳感器選擇霍爾器件是一種磁傳感器。按照霍爾器件的功能可將它們分為:霍爾線性器件和霍爾開關(guān)器件。前者輸出模擬量，后者輸出數(shù)字量，可用于磁場的測量和控制?；魻柶骷哂性S多優(yōu)點，它們的體積小，重量輕，壽命長，安裝方便，功耗小，頻率高(可達1MHz),耐震動，不怕灰塵、油污、水汽及鹽霧等的污染或腐蝕。霍爾開關(guān)器件無觸點、無磨損、輸出波形清晰、無抖動、無回跳、位置重復(fù)精度高。此外，其工作溫度范圍寬。其中最常用的有以下幾種：〔1〕霍爾元件式位置傳感器霍爾元件式位置傳感器是磁敏式位置傳感器的一種。它是一種半導(dǎo)體器件，是利用霍爾效應(yīng)制成的。當(dāng)霍爾元件按要求通以電流并置于外磁場中，即輸出霍爾電勢信號，當(dāng)其不受外磁場作用時，其輸出端無信號。用霍爾元件作轉(zhuǎn)子位置傳感器通常有兩種方式。第一種方式是將霍爾元件粘貼于電機端蓋內(nèi)外表，靠近霍爾元件并與之有一小間隙處，安裝在與電機軸同軸的永磁體。對于兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)無刷直流電機，三個霍爾元件在空間彼此相隔120°電角度，永磁體的極弧寬度為180°電角度。這樣，當(dāng)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，三個霍爾元件便交替輸出三個寬度為180°電角、相位互差120°電角的矩形波信號。第二種方式是直接將霍爾元件敷貼在定子電樞鐵心氣隙外表或繞組端部緊靠鐵心處，利用電機轉(zhuǎn)子上的永磁體主極作為傳感器的永磁體，根據(jù)霍爾元件的輸出信號即可判斷轉(zhuǎn)子磁極位置，將信號放大處理后便可驅(qū)動逆變器工作?！?〕電磁式位置傳感器電磁式位置傳感器的定子由磁芯、高頻激磁繞組和輸出繞組組成。轉(zhuǎn)子由扇形磁芯和非導(dǎo)磁襯套組成。電機運行時，輸入繞組中通以高頻激磁電流，當(dāng)轉(zhuǎn)子扇形磁芯處在輸出繞組下面時，輸入和輸出繞組通過定、轉(zhuǎn)子磁芯耦合，輸出繞組中那么感應(yīng)出高頻信號，經(jīng)濾波整形和邏輯處理后，即可控制逆變器工作。這種傳感器具有較高的強度，可經(jīng)受較大的振動沖擊，故多用于航空航天領(lǐng)域。電磁式位置傳感器輸出信號較大，一般不需要經(jīng)過放大便可直接驅(qū)動開關(guān)管，但此輸出電壓是交流，必須先整流。由于這種傳感器過于笨重復(fù)雜，因而大大限制了其在普通條件下的應(yīng)用。3.3電路組成3.3.1晶振電路圖2.3.1晶振電路圖，由兩個電容和一個晶振組成，晶振頻率為12MHZ。圖2.3.1晶振電路圖3.3.2復(fù)位電路圖2.3.2為復(fù)位電路圖，由直流電源，電容和電阻組成，其主要功能是對單片機進行復(fù)位功能。圖2.3.2復(fù)位電路圖3.3.3單相橋式整流電路 圖2.3.3是單相橋式整流電路圖，由4個場效應(yīng)管IGBT和四個二極管組成，其功能是將交流電轉(zhuǎn)化成直流電。其負載為伺服直流電機，通過門控信號的改變可以調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向圖2.3.3單相橋式整流電路圖3.3.4調(diào)制電路 圖2.3.4是調(diào)制電路圖，由兩個與門和一個非門組成，其功能主要是產(chǎn)生PWM脈沖來控制IGBT。調(diào)制電路圖4、系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1系統(tǒng)簡介及原理該課設(shè)是基于單片機利用脈沖寬度調(diào)制來控制伺服直流電動機的轉(zhuǎn)速以及轉(zhuǎn)向，是一個典型的控制系統(tǒng)。脈沖寬度調(diào)制主要是改變脈沖信號的占空比來實現(xiàn)控制的。當(dāng)增加脈沖的占空比，伺服直流電動機轉(zhuǎn)速增加；反之，其速度降低。所以通過控制脈沖的占空比可以控制伺服直流電動機的轉(zhuǎn)速。單片機AT89C51，其主要功能就是將開關(guān)的模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，并通過固定程序，通過對信號的識別，輸出相應(yīng)的控制信號。采用IGBT作為開關(guān)器件的單相橋式PWM逆變電路。以電動機作為負載，工作時Q1,Q3的通斷狀態(tài)互補，Q2,Q4的通斷狀態(tài)也互補。PWM逆變電路中間是調(diào)制電路，輸入信號分別是信號波和載波，輸出的信號分別送至4個IGBT的門極，對其控制。4.2系統(tǒng)設(shè)計原理〔1〕正反轉(zhuǎn)控制原理該系統(tǒng)中利用開關(guān)K3控制伺服直流電動機的正反轉(zhuǎn)。當(dāng)開關(guān)閉合時既輸入信號為1，通過單片機編程處理后，控制電動機的正轉(zhuǎn)；反之，控制電動機的反轉(zhuǎn)。實現(xiàn)該功能的子程序為：LOOP:JBK3,LOOPZF；高電平逆時針轉(zhuǎn)，低電平順時針轉(zhuǎn)CLRZF；針轉(zhuǎn)LJMPLOOPK1LOOPZF:SETBZF〔2〕加速控制原理該系統(tǒng)中利用開關(guān)K1控制伺服直流電動機的加速。當(dāng)開關(guān)閉合時既輸入信號為1，通過單片機編程處理后，增加控制脈沖的占空比，從而增大了電動機兩側(cè)的電壓，使伺服直流電動機加速；反之，電動機保持勻速轉(zhuǎn)動。實現(xiàn)該功能的子程序為：LOOPK1:JBK1,LOOPK2；K1按下加速LCALLDELAYMOVA,PWMLADDA,#1；調(diào)寬值低4位加1MOVPWML,AMOVA,PWMHADDCA,#0；調(diào)寬值高4位加1MOVPWMH,AJNCLOOPK2；最大值時MOVPWMH,#0FFH〔3〕減速控制原理該系統(tǒng)中利用開關(guān)K2控制伺服直流電動機的加速。當(dāng)開關(guān)閉合時既輸入信號為1，通過單片機編程處理后，減少控制脈沖的占空比，從而減小了電動機兩側(cè)的電壓，使伺服直流電動機減速；反之，電動機保持勻速轉(zhuǎn)動。實現(xiàn)該功能的子程序為：LOOPK2:JBK2,OVER；K2按下減速LCALLDELAYMOVA,PWMLCLRCSUBBA,#1；調(diào)寬值低4位減1MOVPWML,AMOVA,PWMHSUBBA,#0；調(diào)寬值高4位減1MOVPWMH,AJNCOVERMOVPWMH,#00H；最小值時4.3程序流程圖由以下流程圖可知，系統(tǒng)先檢測開關(guān)3〔正反轉(zhuǎn)開關(guān)〕的信號。如果是0信號〔開的狀態(tài)〕，那么發(fā)出正轉(zhuǎn)信號，電動機正轉(zhuǎn)，反之電動機反轉(zhuǎn)。檢測完開關(guān)3，接下來檢測開關(guān)1〔加速開關(guān)〕，假設(shè)信號為1〔關(guān)的狀態(tài)〕，發(fā)出加速的信號，電動機加速，假設(shè)信號為0〔開的狀態(tài)〕，速度保持不變。再檢測開關(guān)2〔減速開關(guān)〕，假設(shè)信號為1〔關(guān)的狀態(tài)〕，發(fā)出減速的信號，電動機減速，假設(shè)信號為0〔開的狀態(tài)〕，速度保持不變。系統(tǒng)一直對三個開關(guān)信號循環(huán)檢測，循環(huán)的執(zhí)行程序。圖4.3程序流程圖5、建模5.1控制框圖根據(jù)設(shè)計要求，所設(shè)計的系統(tǒng)應(yīng)為單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，選定轉(zhuǎn)速為反響量，采用變電壓調(diào)節(jié)方式，實現(xiàn)對直流電機的無極平滑調(diào)速。轉(zhuǎn)速用與電動機同軸相連的測速電機產(chǎn)生的正比于轉(zhuǎn)速的電壓信號反響到輸入端，再與給定值比擬，經(jīng)放大環(huán)節(jié)產(chǎn)生控制電壓，再通過電力電子變換器來調(diào)節(jié)電機回路電流，到達控制電機轉(zhuǎn)速的目的。這里，電壓放大環(huán)節(jié)采用集成電路運算放大器實現(xiàn)，主電路用晶閘管可控整流器調(diào)節(jié)對電機的電源供應(yīng)。有了原理圖之后，把各環(huán)節(jié)的靜態(tài)參數(shù)用自控原理中的結(jié)構(gòu)圖5.1表示，就得到了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。圖5.1單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖同理，用各環(huán)節(jié)的輸入輸出特性，即各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，表示成結(jié)構(gòu)圖形式，就得到了系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖。由所學(xué)的相關(guān)課程知：放大環(huán)節(jié)可以看成純比例環(huán)節(jié)，電力電子變換環(huán)節(jié)是一個時間常數(shù)很小的滯后環(huán)節(jié)，這里把它看作一階慣性環(huán)節(jié)，而額定勵磁下的直流電動機是一個二階線性環(huán)節(jié)。所以，可以得到5.2的框圖：圖5.2單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖5.2參數(shù)計算設(shè)計完系統(tǒng)框圖，就可以用的傳遞函數(shù)結(jié)合設(shè)計要求中給定的參數(shù)進行對系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)兩套參數(shù)的計算。以便于后續(xù)步驟利用經(jīng)典控制論對系統(tǒng)的分析。為了方便以下的計算，每個參數(shù)都采用統(tǒng)一的符號，這里先列出設(shè)計要求中給出的參數(shù)及大?。弘妱訖C：PN=10kwUN=220vIdN=55AnN=1000rpmRa=0.5Ω晶閘管整流裝置：二次線電壓E2l=230vKs=44主回路總電阻：R=1Ω測速發(fā)電機：PNc=23.1kwUNc=110vIdN=0.21AnNc=1900rpm系統(tǒng)運動局部：飛輪矩GD2=10Nm2電樞回路總電感量：要求在主回路電流為額定值10﹪時，電流仍連續(xù)生產(chǎn)機械：D=10s≤5﹪1、靜態(tài)參數(shù)設(shè)計計算A、空載到額定負載的速降ΔnN由公式：〔其中D，s〕得：ΔnN≤5.26rpmB、系統(tǒng)開環(huán)放大倍數(shù)K由公式：〔由公式算出Ce=0.1925Vmin/r〕得：K=53.3C、測速反響環(huán)節(jié)放大系數(shù)a設(shè)：測速發(fā)電機電動勢系數(shù)=UNc/nNc=0.0579Vmin/r測速發(fā)電機輸出電位器RP2分壓系數(shù)a2根據(jù)經(jīng)驗，人為選定a2=0.2那么a=Ceca2=0.011582、RP2的選擇主要從功耗方面考慮，以不致過熱為原那么。D、運算放大器的放大系數(shù)Kp由公式〔其中α即a〕Kp≥20.14取Kp=21〔假設(shè)向小方向取，可能影響快速性，由于后加限幅電路，略大無妨〕此處的近似，使k由53.3變?yōu)?5.582、動態(tài)參數(shù)設(shè)計計算在經(jīng)典控制論中，動態(tài)分析基于確定系統(tǒng)的傳函，所以要求出傳函并根據(jù)求的傳函中的未知參數(shù)，再用勞斯判據(jù)得出系統(tǒng)穩(wěn)定性，在穩(wěn)定的根底上再加校正以優(yōu)化系統(tǒng)，使穩(wěn)、準(zhǔn)、快指標(biāo)平衡在要求范圍內(nèi)的值上。5.3PWM變換器環(huán)節(jié)的數(shù)學(xué)模型圖5.3繪出了PWM控制器和變換器的框圖，其驅(qū)動電壓都由PWM控制器發(fā)出，PWM控制與變換器的動態(tài)數(shù)學(xué)模型和晶閘管觸發(fā)與整流裝置根本一致。按照上述對PWM變換器工作原理和波形的分析，不難看出，當(dāng)控制電壓改變時，PWM變換器輸出平均電壓按線性規(guī)律變化，但其響應(yīng)會有延遲，最大的時延是一個開關(guān)周期T。圖5.3PWM變換器環(huán)節(jié)框圖根據(jù)其工作原理，當(dāng)控制電壓改變時，PWM變換器的輸出電壓要到下一個周期方能改變。因此，脈寬調(diào)制器和PWM變換器合起來可以看成一個滯后環(huán)節(jié)，它的延時最大不超過一個開關(guān)周期T。那么，當(dāng)整個系統(tǒng)開環(huán)頻率特性截至頻率滿足因此PWM控制與變換器〔簡稱PWM裝置〕也可以看成是一個滯后環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)可以寫成當(dāng)開關(guān)頻率為10kHz時，T=0.1ms，在一般的電力拖動自動控制系統(tǒng)中，時間常數(shù)這么小的滯后環(huán)節(jié)可以近似看成是一個一階慣性環(huán)節(jié)，因此Kp——脈寬調(diào)制器和PWM變換器的放大系數(shù)。5.4仿真結(jié)果圖以下圖是系統(tǒng)的仿真圖，圖中左下方是三個控制開關(guān)，分別控制直流伺服電動機的正反轉(zhuǎn)，加減速。開關(guān)按下時，是高電平信號，開關(guān)開時，是低電平信號〔信號為高電平時有效〕。開關(guān)右側(cè)的單片機AT89C51，其主要功能就是將開關(guān)的模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，并通過固定程序，通過對信號的識別，輸出相應(yīng)的控制信號。系統(tǒng)圖的最右側(cè)是采用IGBT作為開關(guān)器件的單相橋式PWM逆變電路。以電動機作為負載，工作時Q1,Q3的通斷狀態(tài)互補，Q2,Q4的通斷狀態(tài)也互補。PWM逆變電路下方是調(diào)制電路，輸入信號分別是信號波和載波，輸出的信號分別送至4個IGBT的門極，對其控制。圖5.4仿真結(jié)果圖總結(jié)通過此次課程設(shè)計，使我更加扎實的掌握了有關(guān)電機技術(shù)方面的知識，在設(shè)計過程中雖然遇到了一些問題，但經(jīng)過一次又一次的思考，一遍又一遍的檢查終于找出了原因所在，也暴露出了前期我在這方面的知識欠缺和經(jīng)驗缺乏。實踐出真知，通過親自動手設(shè)計與仿真調(diào)試，使我們掌握的知識不再是紙上談兵。本設(shè)計的中心思想就是結(jié)合各課的知識，來完成一個綜合的設(shè)計。通過單片機產(chǎn)生PWM脈沖，來控制單相橋式整流電路，從而實現(xiàn)了對直流伺服電動機的調(diào)速控制。在今后的學(xué)習(xí)中，我不但要將理論知識學(xué)好，還要將其應(yīng)用到實踐，并且將各科知識聯(lián)系起來應(yīng)用。參考文獻【1】蔣輝平基于Proteus的單片機系統(tǒng)設(shè)計與仿真實例(M)。機械工業(yè)出版社，2023【2】李群芳單片微機計算機與接口技術(shù)(M)北京。電子工業(yè)出版社，2023【3】余國衛(wèi)單片微機計算機與接口技術(shù)實驗指導(dǎo)書附件1：匯編設(shè)計K1BITP1.4；加速鍵K2BITP1.5；減速鍵K3BITP1.6；正反鍵CLKBITP0.0；速度控制信號ZFBITP0.1；正反控制信號PWMHEQU30H；調(diào)寬值，定時器所賦值PWMLEQU31HORG0000HLJMPMAINORG000BH；中斷1控制周期LJMPTIMER1ORG001BH；中斷3控制脈寬LJMPTIMER2ORG0030HMAIN:MOVPWMH,#00HMOVPWML,#0FHMOVTMOD,#11H；兩個定時器都工作在方式1 MOVTH0,#00H；65.536mm定時MOVTL0,#00H MOVTH1,PWMH；脈寬 MOVTL1,PWMLSETBEA；CPU允許中斷SETBET0；允許定時器T0中斷SETBET1；允許定時器T1中斷SETBTR0；