随着人们对控制系统的要求越来越高,电机调速成了人们研究的课题,现在对于普通直流电机的调速已经有了一些比较成熟的方法.直流电动机转速的控制方法可分为两类励磁控制法与电枢电压控制法.励磁控制法控制磁通,其控制功率虽然小,但低速时受到磁饱和的限制,高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制,而且由于励磁线圈电感较大,动态响应较差,所以使用较少.电枢电压控制法总体上可以分为两种,一种是调节电压,一种是调节电流.传统的调速系统是用模拟电子电路来实现的,这种电路虽然响应快,但是灵活性较差,维修复杂.单片机作为一种可编程控制器技术上已经比较成熟.通过单片机对普通直流电机进行调速的系统已经存在.单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点. 一、研究背景及动态 起先的电机电枢电压调节法采用串联电阻调速法,这种方法耗能大、且调速不太平稳,逐渐被其他调速装置代替.以后又出现了晶闸管、MOSFET,IGBT等为主控元件的调速装置.电子技术的高速发展,促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变,特别是单片机技术的应用,使直流电机调速技术进入一个新的阶段.传统的晶闸管直流调速系统控制回路的硬件设备极其复杂,安装调试困难,相对故障率较高,维修比较困难.而采用单片机控制的电机调速系统,其控制方案是依靠软件实现的,控制器由可编程功能模块组成,配置和参数调整简单方便,工作稳定. 脉宽调制（PWM）是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法,它不仅容易由软件来实现,而且从处理器到被控制信号都是数字形式无需数模转化,加上PWM对噪声的抵抗能力强.使得PWM成为目前电机调速的主要方法.一些人采用闭环控制,对检测量与目标量进行计算,通过单片机产生PWM波控制直流电机电枢的通断时间来实现变电压调速；另一部分人采用模糊控制,使用开环系统,只通过该变程序参数来实现所需要的速度变化.另一种电机调速直接对模拟量进行调整,由单片机的多个口线编码,通过D/A转换元件转化成模拟量,直接控制可控硅的导通角,D/A的位数决定调速的级数. 二、评述 脉宽调制本质上是一种电压调速,它结合其他元件改变电机电枢在一定周期内的导通时间,调节电机两端的平均电压,达到调节电机速度的目的.采用脉宽调制控制电机电枢的通断与串电阻调节法相比,减少了电能在电阻中的损耗,能够节约能源.在硬件电路的搭建上面,一般采用闭环控制方式.通过两个定时器对电机的转速进行测量,由于51单片机的定时器只有两个,需要通过程序或结合其他外设来产生控制脉冲,当然也可以采用52单片机.用单纯程序来改变脉冲输出的频率,其中延时的长短是动态的,软件法在电动机控制中,要不停地产生控制脉冲,占用了大量的CPU时间.所以一般结合定时器来产生脉冲.当要求控制脉冲频率较高时候,还需要外加一些模块来产生PWM,比如PWM波形发生器.在自动调速的算法上一般采用PID算法,通过目标量与检测量进行比较,再由算法来调制脉宽. 另一种脉宽调制系统采用模糊控制法,它不需要检测装置,硬件电路搭建相对简单.但要实现某种速度变换需要不断地结合实际来修改程序参数,结果比较不xx.不能随外界的环境变化而变通.直接调整模拟量的电机调速方法,通过D/A转换直接控制双向可控硅的导通角,即调节触发角a的大小,来改变电机主绕组两端的平均电压,以实现降压调速. 在电机的驱动元件上,有光耦、双向可控硅、L297（步进电机驱动）、场效应管、三极管、固态继电器（SSR）等.在选择驱动元件时除了考虑电机的功率外,还应该考虑驱动元件的响应速度. 三、结论 脉宽调制调速法突破传统的串电阻调速,节省了电能.单片机来实现电机调速为电机调速提供了新的方法.它虽然没有传统的模拟数字电路调速来得反应快,但是由单片机搭建的电机调速电路要比使用模拟数字电路简单得多.不仅节约了成本而且单片机灵活性高,可以重复编程.当实际的环境条件改变以后,可以通过改变程序来实现不同的功能. 参考文献： [1]杨天明.电机与拖动[M].北京:中国林业出版社,2006. [2]任小坤.基于单片机的直流电机控制系统[J].制冷与空调.2007,7（1）. [3]杨靖.用单片机控制的直流电机调速系统[J].计算机·PLC应用·机床电器,2008,(1). [4]王芳,基于MC9S12DG128B单片机模糊控制的直流电机调速系统的设计[J].自动化技术与应用,2007,(26). [5]李晓贞,基于单片机的步进电机调速研究[J].农业装备与车辆工程,2008,(5). [6]胡祝兵.基于单片机控制的直流电机调速系统的设计[N].承德石油高等专科学校学报,2008,(3). [7].张俊谟.单片机中级教程[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007. [8]余建国.基于单片机的步进电动机调速的控制方法[J].产品与技术系统&装置.电器时代2006,(4). [9]陈建国.PIC单片机在单相电机调速中的应用[J].福建电脑,2004,(5). [10]王爱双.单片机控制的电瓶叉车直流电机调速装置2000,02[B].徐州铁路分局徐州西站. [11]马书雷.用AV单片机实现直流电机的PWM调速[J].应用科技,2000,10(27). [12]薛英杰.用于单相电机调速的单片PWM控制技术[A].伺服技术,2002,35. [13]李维军.基于单片机用软件实现直流电机PWM调速系统[OL].http://www.cqvip.com/ [14]林双喜.旋转餐厅的直流电机调速控制系统[J].电气开关.2007,5. [15]梁维铭.数字式可控硅直流电机调速系统[N].三峡大学学报,2002,7. [15]彭志刚．基于单片机的红外遥控电机调速系统的设计[J].嵌入式技术,2007,12. [16]张红莲 [17]吴泽民.利用单片机产生PWM信号的软件实现方法[J].机电技术,2008,1. [18]杨青.一种CDC直流电机调速系挽[N].桂林航天工业高等专科学校学报,2001,4. [19]宋宏.8098实现的开关磁阻电机调速控制系统研究[N].北华大学学报,2001,2（3）. [20]刘克福.基于单片机技术的全自动横切机研制[J].微计算机信息,2008.24. [21]梁亦铂.数字式直流电机调速器的硬件设计[J].微电机,2001,34（5）. [22]林成武.基于8XC196MC单片机的双馈电机斩波[N].电机与控制学报,2002,6（2）. [23]颜成雄.基于AVR单片机的开关磁阻电机调速系统的研究[J].自动化技术与应用,2007,26(8). [24]陆锐.基于单片机的开关磁阻电机驱动系统设计[J].微计算机信息,2007,23. [25]孔峰.一种基于模糊控制的单片机电机调速系统[N].广西工学院学报,2001,3.
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