直流电机PWM调速系统设计(信号发生器).pdfVIP

学术研讨 直流电机PWM调速系统设计 汪玉成　浙江理工大学机控学院 [摘　要] PWM(Pulse Width Modulation)控制就是指保持开关周期T不变，调节开关导通时间T对脉冲的宽度进行调制的技术。PWM控 制技术在晶闸管时代就已经产生，但是最初为了使晶闸管通断要付出很大的代价，因而难以得到广泛应用。以IGBT、功率MOSFET等 为代表的全控型器件的不断完善，给PWM控制技术提供了强大的物质基础，推动这项技术的迅猛发展。对于直流电机，采用PWM控制 技术构成的无级调速系统，起停时对直流系统无冲击，并且具有启动功耗小、运行稳定的特点。 [关键词]直流电机　PWM　调速系统 直流电机由于具有速度控制容易，启、制动性能良好，且在 按下时，将送到P1口的预置数N减1以增大PWM信号的占空比； 宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工等工业部门 当s2按下时，将N加1以减小PWM信号的占空比。 中得到广泛应用。直流电动机转速的控制方法可分为两类，即励 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。所以常用的控制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制 法。调节电阻R即可改变端电压，达到调速目的。但这种传统的 调压调速方法效率低。 随着电力电子技术的进步，发展了许多新的电枢电压控制方 法，其中PWM(脉宽调制)是常用的一种调速方法。其基本原理是 用改变电机电枢(定子)电压的接通和断开的时间比(占空比)来控 制马达的速度，在脉宽调速系统中，当电机通电时，其速度增加； 在进行软件编程时应加入键盘去抖、速度限幅等处理程序。 电机断电时，其速度减低。只要按照一定的规律改变通、断电的 系统采用计时法测量电机转速。电机的输出轴装有测速盘，其上 时间，即可使电机的速度达到并保持一稳定值。最近几年来，随 沿圆周方向均布32个孔，采用透射式光电传感器，其输出信号经 着微电子技术和计算机技术的发展及单片机的广泛应用，使调速 施密特触发器整形后输入2051的P3-2口。每当转至小孔处，光 装置向集成化、小型化和智能化方向发展。 电传感器接收到信号，引起2051外部中断。2051的定时器T1设 一、PWM信号发生电路设计 定为16位定时器方式，初始化TH1，TL1为#00H。在外部中断程 PWM信号发生器是由单片机和PWM脉冲发生电路两部分组 序中启动定时器T1，然后中断返回。当下一个外部中断到来时， 成，其原理如图所示。PWM脉冲可由具有PWM输出口的单片机 读取TH1，TL1的值，即两孔间电机运行时间t。依据系统的机械 (如80C552，80C198等)通过编程产生，或者由单片机外扩8253结构尺寸，通过计算得出电机各档速度下的T值，组成速度一时 来构成脉宽调制器，还可以采用PWM专用芯片。在实践中我们 间表。当电机处于某档速度时，测量所得到的t值，如比较从速度 采用通用集成电路4585和4040设计了一种专用的PWM的脉冲发 一时间表中查出的T值大，则说明电机速度比设定的低，此时可 生电路。当l2位二进制串行计数器u4(404o)的RST引脚为“1”高 通过增大PWM脉冲的占空比提高电机的转速，反之，则通过减小 电平)时，Q2-Q9均为 “0”(低电平)。当RST为 “0”时，CLK引 PWM脉冲的占空比提高电机的转速。这样通过软件编程，就实现 脚每来一个脉冲，计数器加l。当系统晶振频率为12MHz时，Q2-了直流电机的速度闭环控制。实践中，应采用数字滤波去除抖动 Q9由全“0”变为全“l”的时间为42.5μs。2片4位数值比较器 或外部干扰的影响。 U2，U3(4585)串联组成8位数值比较器，其A组输入端接U4的 三、结论 Q2-Q9，B组输入端由U1的P1口送入预置数N。当A组输入小于 本系统控制原理成熟可靠，运行稳定。该系统是基于现代电 B组输入时，U2的l3脚输出低电平，否则U2的l3脚输出高电平， 力电子技术，采用PWM控制技术构成的无级调速系统，启停时对 这样在U2的