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        基于單片機用軟件實現直流電機PWM調速系統

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        發布日期:2022/9/5點擊次數:437

          隨著社會的發展,各種智能化的產品日益走人尋常百姓家。為了實現產品的便攜性、低成品以及對電源的限制,小型直流電機應用相當廣泛。
          對直流電機的速度調節,我們可以采用多種辦法,本文在給出直流電機調整和PWM實現方法的基礎上,提供一種用單片機軟件實現PWM調速的方法。
          1直流電機調速原理根據勵磁方式不同,直流電機分為自勵和他勵兩種類型。不同勵磁方式的直流電機機械特性曲線有所不同。對于直流電機來說,人為機械特性方程式為:Ke、K,――與電機有關的常數;Rad,Ra――電樞外加電阻、電樞內電阻;n0An理想空載轉速、轉速降。
          分析(1)式可得,當分別改變%、和尺時,可以得到不同的轉速〃,從而實現對速度的調節。由于=,當改變勵磁電流(時,可以改變磁通量()的大小,從而達到變磁通調速的目的。但由于勵磁線圈發熱和電動機磁飽和的限制,電動機的勵磁電流//和磁通量只能在低于其額定值的范圍內調節,故只能弱磁調速。而對于調節電樞外加電阻時,會使機械特性變軟,導致電機帶負載能力減弱。
          對于他勵直流電機來說,當改變電樞電壓時,分析人為機械特性方程式,得到人為特性曲線如所示。理想空載轉速%隨電樞電壓升降而發生相應的升降變化。不同電樞電壓的機械特性曲線相互平行,說明硬度不隨電樞電壓的變化而改變,電機帶負載能力恒定。當我們平滑調節他勵直流電機電樞兩端電壓時,可實現電機的無級調速。
          基于以上特性,改變電樞電壓,實現對直流電機速度調節的方法被廣泛采用。改變電樞電壓可通過多種途徑實現,如晶閘管供電速度控制系統、大功率晶體管速度控制系統、直流發電機供電速度控制系統及晶體管直流脈寬調速系統等。
          2PWM基本原理及其實現方法2.1PWM基本原理PWM是通過控制固定電壓的直流電源開關頻率,從而改變負載兩端的電壓,進而達到控制要求的一種電壓調整方法。PWM可以應用在許多方面,如電機調速、溫度控制、壓力控制等。
          在PWM驅動控制的調整系統中,按一個固定的頻率來接通和斷開電源,并根據需要改變一個周期內“接通”和“斷開”時間的長短。通過改變直流電機電樞上電壓的“占空比”來改變平均電壓的大小,從而控制電動機的轉速。因此,PWM又被稱為“開關驅動裝置”。
          如所示,在脈沖作用下,當電機通電時,速度增加;電機斷電時,速度逐漸減少。只要按一定規律,改變通、斷電的時間,即可讓電機轉速得到控制。
          設電機始終接通電源時,電機轉速****為=則電機的平均速度為肪沖信號由公式(2)可見,當我們改變占空比Dd/r時,就可以得到不同的電機平均速度從而達到調速的目的。嚴格地講,平均速度K與占空比D并不是嚴格的線性關系,在一般的應用中,可以將其近似地看成線性關系。
          2.2實現方法PWM信號的產生通常有兩種方法:一種是軟件的方法;另一種是硬件的方法。硬件方法的實現已有很多文章介紹,這里不做贅述。本文主要介紹利用單片機對PWM信號的軟件實現方法。
          器7;和。通過控制定時器初值'和,從而可以實現從8051的任意輸出口輸出不同占空比的脈沖波形。由于PWM信號軟件實現的核心是單片機內部的定時器,而不同單片機的定時器具有不同的特點,即使是同一臺單片機由于選用的晶振不同,選擇的定時器工作方式不同,其定時器的定時初值與定時時間的關系也不同。因此,首先必須明確定時器的定時初值與定時時間的關系。如果單片機的時鐘頻率為/,定時器/計數器為yv位,則定時器初值與定時時間的關系為:N個機器周期的時鐘數。
          W隨著機型的不同而不同。在應用中,應根據具體的機型給出相應的值。這樣,我們可以通過設定不同的定時初值7,從而改變占空比/>,進而達到控制電機轉速的目的。
          2.3控制程序設計控制程序的設計有兩種方法:軟件延時法和計數法。軟件延時法的基本思想是:首先求出占空比/>,再根據周期T分別給電機通電M個單位時間t.,所以M=¢,A……然后,再斷電ST個單位時間,所以M=t2/tQ.改變M和M的值,從而也就改變了占空比。計數法的基本思想是:當單位延時個數M求出之后,將其作為給定值存放在某存儲單元中。在通電過程中,對通電單位時間的次數進行計數,并與存儲器的內容進行比較。
          若不相等,則繼續輸出控制脈沖,直到計數值與給定值相等,使電機斷電。
          3應用舉例以89C51單片機為核心的油輥電機控制系統控制簡圖如所示。單片機按預定算法計算出定時初值,由軟件轉換成PWM信號,并由P3.輸出,經放大器及固態繼電器輸出給電機,從而控制電機得電與失電。
          軟件采用計數法加軟件延時法進行設計。如所示,單片機上電后,系統進入準備狀態。當按動啟動按鈕后,判斷P 3.0是否高電平。然后,根據P3.0分別進人計數值與預定值比較環節,當計數值與預定值相等時,清計數寄存器,并置P 3.0為相反狀態,進人延時程序。根據不同的加減速按鈕,調整P3.0輸出高低電平時的預定值,從而可以控制P3.0輸出高低電平時的延時時間,進而控制電壓的大小??刂瞥绦虺晒Φ膽糜诩徔棛C油輥電機的加減速控制。
          4結束語通過單片機來實現電機調整有多種途徑。相對于其他用硬件或者硬軟結合的方法實現對電機進行調整,采用PWM用純軟件的方法來實現調速過程,具有更大的靈活性和更低的成本,能夠充分發揮單片機的效能,對于簡易速度控制系統的實現提供了一種有效的途徑。對于軟件,采用計數法加軟件延時法進行設計的思路,為采用純軟件對電機速度的平滑調節提供了一種不錯的解決方案,經過在“油輥電機控制系統”中的實際應用證明,能夠取得滿意的效果。

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