電氣自動化技術畢業(yè)論文

1 畢 業(yè) 設 計 論 文 THESIS OF BACHELOR （） 題 目 直流大電機控制器畢業(yè)設計 學 科 部： 電力工程系 專 業(yè)： 電氣自動化技術 班 級： 電氣 學 號： 學生姓名： 指導教師： 起訖日期： 2 摘 要 - 直流電動機廣泛應用于各種場合 ,為使機械設備以合理速度進行工作則需要對直流電機進行調速。該實驗中搭建了基于 MCS-96 單片機的轉速單閉環(huán)調速系統(tǒng)，利用 PWM 信號改變電動機電樞電壓，并由軟件完成轉速單閉環(huán) PI 控制，旨在實現(xiàn)直流電動機的平滑調速，并對 PI 控制原理及其參數(shù)的確定進行更深的理解。實驗結果顯示，控制 8 位 PWM 信號輸出可平滑改變電動機電樞電壓，實現(xiàn)電動機升速、降速及 反轉等功能。實驗中使用霍爾元件進行電動機轉速的檢測、反饋。期望轉速則可通過功能按鍵給定。當選擇比例參數(shù)為 0.08、積分參數(shù)為 0.01 時，電機轉速可以在 3 秒左右達到穩(wěn)定。由實驗結果知，該單閉環(huán)調速系統(tǒng)可對直流電機進行調速，達到預期效果。 然而 電子技術的高速發(fā)展 ,促使直流電機調速逐步從模擬化向數(shù)字化轉變 ,特別 是單片機技術的應用 ,使直流電機調速技術進入一個新的階段。傳統(tǒng)的晶閘管直 流調速系統(tǒng) ,其控制回路都是采用模擬電子線路構成的 ,晶閘管觸發(fā)器多數(shù)還是 采用分立元件組成的 ,這使得控制回路的硬件設備極其復雜 ,安裝調試困難 ,相對 故障率較高。而采用單片機控制的調速系統(tǒng) ,其控制方案是依靠軟件實現(xiàn)的 ,控制 器由可編程功能模塊組成 ,配置和參數(shù)調整簡單方便 ,工作穩(wěn)定。 本文使用價格低廉、應用廣泛的 mcs-96 系列單片機作為控制芯 片 ,PWM 調幅控制為基礎 ,完成對直流電機轉速的調節(jié) ,達到了較好的控制性能 ,而 且成本低廉。 關鍵詞：直流電動機、 mcs-96、 PWM、調速系統(tǒng) 3 第一章：緒論 - 1.1 開發(fā)背景 1.1.1、直流調速系統(tǒng)發(fā)展概況 在現(xiàn)代工業(yè)中，電動機作為電能轉換的傳 動裝置被廣泛應用于機械、冶金、石油化學、國防等工業(yè)部門中，隨著對生產工藝、產品質量的要求不斷提高和產量的增長，越來越多的生產機械要求能實現(xiàn)自動調速。 在可調速傳動系統(tǒng)中，按照傳動電動機的類型來分，可分為兩大類：直流調速系統(tǒng)和交流調速系統(tǒng)。交流電動機直流具有結構簡單、價格低廉、維修簡便、轉動慣量小等優(yōu)點，但主要缺點為調速較為困難。相比之下，直流電動機雖然存在結構復雜、價格較高、維修麻煩等缺點，但由于具有較大的起動轉矩和良好的起、制動性能以及易于在寬范圍內實現(xiàn)平滑調速，因此直流調速系統(tǒng)至今仍是自動調速系統(tǒng)的主 要形式。 直流調速系統(tǒng)的發(fā)展得力于微電子技術、電力電子技術、傳感器技術、永磁材料技術、自動控制技術和微機應用技術的最新發(fā)展成就。正是這些技術的進步使直流調速系統(tǒng)發(fā)生翻天覆地的變化。其中電機的控制部分已經由模擬控制逐漸讓位于以單片機為主的微處理器控制，形成數(shù)字與模擬的混合控制系統(tǒng)和純數(shù)字控制系統(tǒng)，并正向全數(shù)字控制方向快速發(fā)展。電動機的驅動部分所用的功率器件亦經歷了幾次更新?lián)Q代。目前開關速度更快、控制更容易的全控型功率器件 MOSFET和 IGBT 成為主流。功率器件控制條件的變化和微電子技術的使用也使新型的電動機 控制方法能夠得到實現(xiàn)。脈寬調制控制方法在直流調速中獲得了廣泛的應用。 1964 年 A.Schonung 和 H.stemmler 首先提出把 PWM 技術應用到電機傳動中從此為電機傳動的推廣應用開辟了新的局面。進入 70 年代以來，體積小、耗電少、成本低、速度快、功能強、可靠性高的大規(guī)模集成電路微處理器已經商品化，把電機控制推上了一個嶄新的階段，以微處理器為核心的數(shù)字控制（簡稱微機數(shù)字控制）成為現(xiàn)代電氣傳動系統(tǒng)控制器的主要形式。 PWM 常取代數(shù)模轉換器（ DAC）用于功率輸出控制，其中，直流電機的速度控制是最常見的應用。通常 PWM 配合橋式驅動電路實現(xiàn)直流電機調速，非常簡單，且調速范圍大。在直流電動機的控制中，主要使用定頻調寬法。 目前，電機調速控制模塊主要有以下三種： （ 1）、采用電阻網絡或數(shù)字電位器調整直流電機的分壓，從而達到調速的目的； （ 2）、采用繼電器對直流電機的開或關進行控制，通過開關的切換對電機的速度進行調整； （ 3）、采用由 IGBT 管組成的 H 型 PWM 電路。用單片機控制 IGBT 管使之工作在占空比可調的開關狀態(tài)，精確調整電動機轉速。 1.1.2、國內外發(fā)展概況 1.1.2.1、 國內發(fā)展概況 4 我國 從六十年代初試制成功第一只硅晶閘管以來，晶閘管直流調速系統(tǒng)開始得到迅速的發(fā)展和廣泛的應用。用于中、小功率的 0.4 200KW 晶閘管直流調速裝置已作為標準化、系列化通用產品批量生產。 目前，全國各大專院校、科研單位和廠家都在進行數(shù)字式直流調速系統(tǒng)的開發(fā)，提出了許多關于直流調速系統(tǒng)的控制算法： （ 1）、直流電動機及直流調速系統(tǒng)的參數(shù)辯識的方法。該方法據(jù)系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的輸入輸出特性，應用最小二乘法，即可獲得系統(tǒng)環(huán)節(jié)的內部參數(shù)。所獲得的參數(shù)具有較高的精度，方法簡便易行。 （ 2）、直流電動機調速系統(tǒng)的內?？刂品椒?。該方法依據(jù)內?？刂圃恚槍﹄p閉環(huán)直流電動機調速系統(tǒng)設計了一種內?？刂破?，取代常規(guī)的 PI 調節(jié)器，成功解決了轉速超調問題，能使系統(tǒng)獲得優(yōu)良的動態(tài)和靜態(tài)性能，而且設計方法簡單，控制器容易實現(xiàn)。 （ 3）、單神經元自適應智能控制的方法。該方法針對直流傳動系統(tǒng)的特點，提出了單神經元自適應智能控制策略。這種單神經元自適應智能控制系統(tǒng)不僅具有良好的靜、動態(tài)性能，而且還具有令人滿意的魯棒性與自適應性。 （ 4）、模糊控制方法。該方法對模糊控制理論在小慣性系統(tǒng)上對其應用進行了嘗試。經 1.5kw 電機實驗證明，模糊控制理論可 以用于直流并勵電動機的限流起動和恒速運行控制，并能獲得理想的控制曲線。 上訴的控制方法僅是直流電機調速系統(tǒng)應用和研究的一個側面，國內外還有許多學者對此進行了不同程度的研究。 1.1.2.2、 國外發(fā)展概況 隨著各種微處理器的出現(xiàn)和發(fā)展，國外對直流電機的數(shù)字控制調速系統(tǒng)的研究也在不斷發(fā)展和完善，尤其 80 年代在這方面的研究達到空前的繁榮。大型直流電機的調速系統(tǒng)一般采用晶閘管整流來實現(xiàn)，為了提高調速系統(tǒng)的性能，研究工作者對晶閘管觸發(fā)脈沖的控制算法作了大量研究，提出了內?？刂扑惴ā?I-P 控制器取代 PI 調節(jié)器的方法、自適應和模糊 PID 算法等等。 目前，國外主要的電氣公司，如瑞典 ABB 公司，德國西門子公司、 AEG 公司，日本三菱公司、東芝公司、美國 GE 公司等，均已開發(fā)出數(shù)字式直流調裝置，有成熟的系列化、標準化、模版化的應用產品供選用。如西門子公司生產的SIMOREG-K 6RA24 系列整流裝置為三相交流電源直接供電的全數(shù)字控制裝置，其結構緊湊，用于直流電機電樞和勵磁供電，完成調速任務。設計電流范圍為 15A至 1200A，并可通過并聯(lián) SITOR 可控硅單元進行擴展。根據(jù)不同的應用場合，可選擇單象限或四象 限運行的裝置，裝置本身帶有參數(shù)設定單元，不需要其它任何附加設備便可以完成參數(shù)設定。所有控制調節(jié)監(jiān)控及附加功能都由微處理器來實現(xiàn)，可選擇給定值和反饋值為數(shù)字量或模擬量。 1.1.2.3、總結 隨著生產技術的發(fā)展，對直流電氣傳動在起制動、正反轉以及調速精度、調速范圍、靜態(tài)特性、動態(tài)響應等方面都提出了更高的要求，這就要求大量使用直流調速系統(tǒng)。因此人們對直流調速系統(tǒng)的研究將會更深一步。 1.1.2.4、本課題研究目的及意義 5 直流 電動機是最早出現(xiàn)的電動機，也是最早實現(xiàn)調速的電動機。長期以來，直流電動機一直占據(jù)著調速控制的統(tǒng)治地位。由于它具有良好的線性調速特性，簡單的控制性能，高效率，優(yōu)異的動態(tài)特性，現(xiàn)在仍是大多數(shù)調速控制電動機的最優(yōu)選擇。因此研究直流電機的速度控制，有著非常重要的意義。 隨著單片機的發(fā)展，數(shù)字化直流 PWM 調速系統(tǒng)在工業(yè)上得到了廣泛的應用，控制方法也日益成熟。它對單片機的要求是：具有足夠快的速度；有 PWM 口，用于自動產生 PWM 波；有捕捉功能，用于測頻；有 A/D 轉換器、用來對電動機的輸出轉速、輸出電壓和電流的模擬量進行 模 /數(shù)轉換；有各種同步串行接口、足夠的內部 ROM 和 RAM，以減小控制系統(tǒng)的無力尺寸；有看門狗、電源管理功能等。因此該實驗中選用單片機 MCS-96。 通過設計基于 MCS-96單片機的直流 PWM 調速系統(tǒng)并調試得出結論，在掌握MCS-96的同時進一步加深對直流電動機調速方法、 PI 控制器的理解，對運動控制的相關知識進行鞏固。 1.2、 本文工作 1.2.1、 論文主要研究內容 本課題的研究對象為直流電動機，對其轉速進行控制?；舅枷胧抢?MCS-96自帶的 PWM 口，通過調整 PWM 的占空比，控制電機的電樞 電壓，進而控制轉速。 系統(tǒng)硬件設計為：以 MCS-96為核心，由轉速環(huán)、顯示、按鍵控制等電路組成。 具體內容如下： （ 1）、介紹直流電動機工作原理及 PWM 調速方法。 （ 2）、完成以 MCS-96為控制核心的直流電機數(shù)字控制系統(tǒng)硬件設計。 （ 3）、以該系統(tǒng)的特點為基礎進行分析，使用 PWM 控制電機調速，并由實驗得到合適的 PI 控制及相關參數(shù)。 （ 4）、對該數(shù)字式直流電動機調速系統(tǒng)的性能做出總結。 第二章 他勵電動機的控制基礎 2.1 直流電動機的結構和工作原理 6 2.1.1 直流電動的結構 要了解直流電機的工作原理，先要了解直流電動機的組成結構。 定子的主要部件包括 ：直流電機的定子由主磁極、機座、換向極、端蓋和電刷裝置等部件組成。 主磁極 ： 主磁極的作用是建立主磁場。絕大多數(shù)直流電機的主磁極不是用永久磁鐵而是由勵磁繞組通以直流電流來建立磁場。主磁極由主磁極鐵心和套裝在鐵心上的勵磁繞組構成。主磁極鐵心靠近轉子一端的擴大的部分稱為極靴，它的作用是使氣隙 磁阻減小，改善主磁極磁場分布，并使勵磁繞組容易固定。為了減少轉子轉動時由于齒槽移動引起的鐵耗，主磁極鐵心采用 1 1.5mm 的低碳鋼板沖壓一定形狀疊裝固定而成。主磁極上裝有勵磁繞組，整個主磁極用螺桿固定在機座上。主磁極的個數(shù)一定是偶數(shù)，勵磁繞組的連接必須使得相鄰主磁極的極性按 N， S 極交替出現(xiàn)。 機座 ： 機座有兩個作用，一是作為主磁極的一部分，二是作為電機的結構框架。 機座中作為磁通通路疊部分稱為磁軛。機座一般用厚鋼板彎成筒形以后焊成，或者用鑄鋼件（小型機座用鑄鐵件）制成。機座的兩端裝有端蓋 換向極 ： 換 向極是安裝在兩相鄰主磁極之間的一個小磁極，它的作用是改善直流電機的換向情況，使電機運行時不產生有害的火花。換向極結構和主磁極類似，是由換向極鐵心和套在鐵心上的換向極繞組構成，并用螺桿固定在機座上。換向極的個數(shù)一般與主磁極的極數(shù)相等，在功率很小的直流電機中，也有不裝換向極的。換向極繞組在使用中是和電樞繞組相串聯(lián)的，要流過較大的電流，因此和主磁極的串勵繞組一樣，導線有較大的截面 端蓋 ： 端蓋裝在機座兩端并通過端蓋中的軸承支撐轉子，將定轉子連為一體。同時端蓋對電機內部還起防護作用。 電刷裝置 ： 電刷裝置是電樞電路 的引出（或引入）裝置，它由電刷，刷握，刷桿和連線等部分組成，右圖所示，電刷是石墨或金屬石墨組成的導電塊，放在刷握內用彈簧以一定的壓力按放在換向器的表面，旋轉時與換向器表面形成滑動接觸。刷握用螺釘夾緊在刷桿上。每一刷桿上的一排電刷組成一個電刷組，同極性的各刷桿用連線連在一起，再引到出線盒。刷桿裝在可移動的刷桿座上，以便調整電刷的位置。 7 轉子的主要部件包括 ：直流電機的轉動部分稱為轉子，又稱電樞。轉子部分包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器、轉軸、軸承、風扇等。 電樞鐵心 ： 電樞鐵心既是主磁路的組成部分，又是電樞繞組 支撐部分；電樞繞組就嵌放在電樞鐵心的槽內。為減少電樞鐵心內的渦流損耗，鐵心一般用厚 0.5mm 且沖有齒、槽的型號為 DR530 或 DR510 的硅鋼片疊壓夾緊而成，如左圖所示。小型電機的電樞鐵心沖片直接壓裝在軸上，大型電機的電樞鐵心沖片先壓裝在轉子支架上，然后再將支架固定在軸上。為改善通風，沖片可沿軸向分成幾段，以構成徑向通風道。 電樞繞組 ： 電樞繞組由一定數(shù)目的電樞線圈按一定的規(guī)律連接組成，他是直流電機的電路部分，也是感生電動勢，產生電磁轉矩進行機電能量轉換的部分。線圈用絕緣的圓形或矩形截面的導線繞成，分上下兩層嵌 放在電樞鐵心槽內，上下層以及線圈與電樞鐵心之間都要妥善地絕緣（右圖），并用槽楔壓緊。大型電機電樞繞組的端部通常緊扎在繞組支架上。 換向器 ： 前面已經指出，在直流發(fā)電機中，換向器起整流作用，在直流電動機中，換向器起逆變作用，因此換向器是直流電機的關鍵部件之一。換向器由許多具有鴿尾形的換向片排成一個圓筒，其間用云母片絕緣，兩端再用兩個 V 形環(huán)夾緊而構成，如圖 3 10 所示。每個電樞線圈首端和尾端的引線，分別焊入相應換向片的升高片內。小型電機常用塑料換向器，這種換向器用換向片排成圓筒，再用塑料通過熱壓制成。 2.1.2 直流電機的工作原理 直流電動機的原理圖 對上一頁所示的直流電機，如果去掉原動機，并給兩個電刷加上直流電源，如上圖（ a）所示，則有直流電流從電刷 A 流入，經過線圈 abcd，從電刷 B 流出，根據(jù)電磁力定律，載流導體 ab 和 cd 收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導體受到的力形成了一個轉矩，使得轉子逆時針 轉動。如果轉子轉到如上圖（ b）所示的位置，電刷 A 和換向片 2 接觸，電刷 B 和換向片 1 接觸，直流電流從電刷 A 流入，在線圈中的流動方向是 dcba，從電刷 B 流出。 此時載流導體 ab和 cd 受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產生的轉矩仍然使得轉子逆時針轉動。這就是直流電動機的工作原理。外加的電源是直流的，但由于電刷和換向片的作用，在線圈中流過的電流是交流的，其產生的轉矩的方向卻是不變的。 實用中的直流電動機轉子上的繞組也不是由一個線圈構成，同樣是由多個線圈連接而成，以減少電動機 電磁轉矩的波動，繞組形式同發(fā)電機。 8 1. 將直流電源通過電刷接通電樞繞組，使電樞導體有電流流過。 2. 電機內部有磁場存在。 3. 載流的轉子（即電樞）導體將受到電磁力 f 的作用 f=Blia （左手定則） 4. 所有導體產生的電磁力作用于轉子，使轉子以 n(轉 /分 )旋轉，以便拖動機械負載 歸納 ： 1.所有的直流電機的電樞繞組總是自成閉路。 2.電樞繞組的支路數(shù)（ 2a）永遠是成對出現(xiàn)，這是由于磁極數(shù) (2p)是一個偶數(shù) . 注： a支路對數(shù) p極對數(shù) 3為了得到最大的直流電勢， 電刷總是與位于幾何中線上的導體相接觸。 - - 2.1.3 直流電機的特性及基本公式 直流電動機的轉速 n和其他參量的關系可表示為 式中 Ua 電樞供電電壓（ V）； Ia 電樞電流（ A）； 勵磁磁通（ Wb）； Ra 電樞回路總電阻（ ）； CE 電勢系數(shù)， ， p為電磁對數(shù)， a為電樞并聯(lián)支路數(shù)， N為導體數(shù)。 由 上 式可以看出，式中 Ua、 Ra、 三個參量都可以成為變量，只要改變其中一個參量，就可以改變電動機的轉速，所以直流電動機有 四 種基本調速方法： (1) 9 改變電樞回路總電阻 Ra； (2)改變 電樞供電電壓 Ua； (3) 采用大功率半導體器件的直流電動機脈寬調速方法 ；(4)改變勵磁磁通 。 1.改變電樞回路電阻調速 各種直流電動機都可以通過改變電樞回路電阻來調速，如圖 1(a)所示。此時轉速特性公式為 ： 式中 Rw為電樞回路中的外接電阻（ ）。 圖 1(a) 改變電樞電阻調速電路 圖 1(b) 改變電樞電阻調速時的機械特性 當負載一定時，隨著串入的外接電阻 Rw 的增大，電樞回路總電阻 R=(Ra+Rw)增大，電動機轉速就降低。其機械特性如圖 1(b)所示。 Rw的改變可 用接觸器或主令開關切換來實現(xiàn)。 這種調速方法為有級調速，調速比一般約為 2： 1左右，轉速變化率大，輕載下很難得到低速，效率低，故現(xiàn)在已極少采用。 2.改變電樞電壓調速 連續(xù)改變電樞供電電壓，可以使直流電動機在很寬的范圍內實現(xiàn)無級調速。如前所述，改變電樞供電電壓的方法有兩種，一種是采用發(fā)電機 -電動機組供電的調速系統(tǒng)；另一種是采用晶閘管變流器供電的調速系統(tǒng)。下面分別介紹這兩種調速系統(tǒng)。 a.采用發(fā)電機 -電動機組調速方法 10 圖 2a(a)發(fā)電機 -電動機調速電路 圖 2a(b)發(fā)電機 -電動機組調速時的機械特性 如圖 2a(a)所示，通過改變發(fā)電機勵磁電流 IF來改變發(fā)電機的輸出電壓 Ua，從而改變電動機的轉速 n。在不同的電樞電壓 Ua時，其得到的機械特性便是一簇完全平行的直線，如圖 2a(b)所示。由于電動機既可以工作在電動機狀態(tài)，又可以工作在發(fā)電機狀態(tài)，所以改變發(fā)電機勵磁電流的方向，如圖 2a(a)中切換接觸器 ZC和 FC，就可以使系統(tǒng)很方便地工作在任意四個象限內。 由圖可知，這種調速方法需要兩臺與調速電動機容量相當?shù)男D電機和另一臺容量小一些的勵磁發(fā)電機 (LF)，因而設備多、體積大、費用高、效率低、安裝需打基礎、運行噪聲大、維護不方便。為克服這些缺點， 50年代開始采用水銀整流器（大容量）和閘流管這樣的靜止交流裝置來代替上述的旋轉變流機組。目前已被更經濟、可靠的晶閘管變流裝置所取代。 b.采用晶閘管變流器供電的調速方法 圖 2b(a) 晶閘管供電的調速電路 圖 2b(b) 晶閘管供電時調速系統(tǒng)的機械特性 有晶閘管變流器供電的調速電路如圖 2b(a)所示。通過調節(jié)觸發(fā)器的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變整流電壓，從而實現(xiàn)平滑調速。在此調速方法下可得到與發(fā)電機 -電動機組調速系統(tǒng)類似的調速特性。其開環(huán)機械特性示于圖2b(b)中。 11 圖 2b(b)中的每一條機械特性曲線都 由兩段組成，在電流連續(xù)區(qū)特性還比較硬，改變延遲角 a時，特性呈一簇平行的直線，它和發(fā)電機 -電動機組供電時的完全一樣。但在電流斷續(xù)區(qū)，則為非線性的軟特性。這是由于晶閘管整流器在具有反電勢負載時電流易產生斷續(xù)造成的。 變電樞電壓調速是直流電機調速系統(tǒng)中應用最廣的一種調速方法。在此方法中，由于電動機在任何轉速下磁通都不變，只是改變電動機的供電電壓，因而在額定電流下，如果不考慮低速下通風惡化的影響（也就是假定電動機是強迫通風或為封閉自冷式），則不論在高速還是低速下，電動機都能輸出額定轉矩，故稱這種調速方法為恒轉矩調速 。這是它的一個極為重要的特點。如果采用反饋控制系統(tǒng)，調速范圍可達 50:1 150： 1,甚至更大。 3.采用大功率半導體器件的直流電動機脈寬調速方法 脈寬調速系統(tǒng)出現(xiàn)的歷史久遠，但因缺乏高速大功率開關器件而未能及時在生產實際中推廣應用。今年來，由于大功率晶體管 (GTR)，特別是 IGBT 功率器件的制造工藝成熟、成本不斷下降，大功率半導體器件實現(xiàn)的直流電動機脈寬調速系統(tǒng)才獲得迅猛發(fā)展，目前其最大容量已超過幾十兆瓦數(shù)量級。 4. 改變勵磁電流調速 當電樞電壓恒定時，改變電動機的勵磁電流也能實現(xiàn)調速。由式 轉速特性公式 可看出，電動機的轉速與磁通 （也就是勵磁電流）成反比，即當磁通減小時，轉速 n升高；反之，則 n降低。與此同時，由于電動機的轉矩 Te是磁通 和電樞電流 Ia的乘積（即 Te=CTIa ），電樞電流不變時，隨著磁通 的減小，其轉速升高，轉矩也會相應地減小。所以，在這種調速方法中，隨著電動機磁通 的減小，其轉矩升高，轉矩也會相應地降低。在額定電壓和額定電流下，不同轉速時，電動機始終可以輸出額定功率，因此這種調速方法稱為恒功率調速。 為了使電動機的容量能得到充分利用，通常只是在電動機基速以上調速時才采用這種調速方法。采用弱 磁調速時的范圍一般為 1.5:1 3:1，特殊電動機可達到 5:1。 - - 2.1.4 直流電機的調速 為了確保產品質量并提高生產率，要求生產機械能夠經常在不同的轉速場合下運行。對于電力拖動系統(tǒng)而言，系統(tǒng)可以通過生產機械本身實現(xiàn)速度調節(jié)如減速機構的換檔等，也可以通過電動機的速度調節(jié)滿足系統(tǒng)對轉速的要求；而大多數(shù)電力拖動系統(tǒng)則是通過兩者的配合來滿足調速要求的。隨著各種控制策略的不斷完善和實現(xiàn)手段（如微處理器技術、電力電子以及微電子技術等）的采用，生產機械自身結構的復雜性降低，而相應的電氣系統(tǒng)的復雜性卻在大幅度提高。最終 結果是，電力拖動系統(tǒng)的性能不斷提高，所加工的產品質量和生產率大幅度提高，而生產機械本身的體積卻在不斷減小。目前這已成為電力拖動系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。一般把具有速度調節(jié)功能的電力拖動系統(tǒng)簡稱為調速系統(tǒng)。根據(jù)所采用電動機的類型不同，調速系統(tǒng)又可分為直流調速系統(tǒng)與交流調速系統(tǒng)。 調速系統(tǒng)的性能指標 對于一般調速系統(tǒng)，主要通過如下幾個指標評價系統(tǒng)的優(yōu)劣：（ 1）調速范圍；（ 2）靜差 12 率；（ 3）調速的平滑性；（ 4）原始投資與運行成本。前三項為技術指標，最后一項為經濟性指標。 - 2.2 直流電機的調速控制 - 2.2.1 直流電動機的 PWM 調壓調速原理 - 2.2.2 直流電動機 H型驅動可逆 PWM 系統(tǒng) - 第三章 單片機控制器模塊 3.1 96 單片機特性及基本結構 96單片機引腳介紹 MCS-96 單片機的主要性能特點 1 16 位的 CPU 它的最大特點是沒有采用累加器結構，而改用寄存器 -寄存器結構， CPU 的操作直接面向 256 字節(jié)的寄存器空間，消除了一般結構中存在的累加器的瓶頸效應，提高了操作速度和數(shù)據(jù)的吞吐能力。 2 256 個字節(jié)寄存器陣列和專用寄存器 其中 232 字節(jié)為寄存器陣列，它兼具一般單片機通用寄存器和 RAM 的功能，又都可用作累加器。另外 24 個字節(jié)為專用寄存器。 8 9 JF 還具有額外的 256 字節(jié)的內部 RAM，但不能作通用寄存器用。 3總線寬度可控 它的外部數(shù)據(jù)總線可工作于 8 位或 16 位，以便適應對片外存儲器進行字節(jié)操作或字操作的不同需要。 4 8KB 片內 ROM 總存儲器空間為 64KB， ROM 與 RAM 統(tǒng)一編址。系列中帶片內 ROM 或EPROM 的芯片，其容量為 8KB， 8 9 JF 容量為 16KB。 5高效的指令系統(tǒng) 該指令系統(tǒng)可以對帶符號數(shù)和不帶符號數(shù)進行操作，有 16 位乘 16 位和 32 位除 16 位的乘除指令，有符號擴展指令，還有數(shù)據(jù)規(guī) 格化指令（有利于浮點計算）等。此外，三操作數(shù)指令大大提高了編程效率。 6高速輸入 /輸出器 特別適用于測量和產生分辨力高達 2 s的脈沖（用 l2MHz 晶體時）。 7 5 個 8 位輸入 /輸出口 8全雙工串行口 9 10 位 A/D 轉換器 10脈寬調制輸出器 PWM 11 2 個 16 位定時器 12 4 個 16 位軟件定時器 13 16 位監(jiān)視定時器 14 9 個中斷源 9 個中斷源中有 8 個留給用戶使用，這 8 個中斷源對應有 8 個中斷矢量，而有些中斷矢量又對應著多個中斷事件，共對應 20 多種事件。 13 內部結構 MCS-96 系列單片機的內部結 構框圖見圖 10-1，它主要由寄存器算術邏輯單元RALU、 232B 寄存器陣列以及一些外圍子系統(tǒng)構成。外圍子系統(tǒng)主要包括以下部分：高速輸入 /輸出 （ HIS/HSO）、帶有采樣 /保持電路的 A/D轉換器、脈寬調制輸出器（ PWM）、定時器、監(jiān)視定時器、中斷控制、 I/O口（串行口和 5個并行口）及時鐘脈沖發(fā)生器等功能部件。 圖 10-1 MCS-96 的結構圖 14 MCS-96 系列單片機有 68 腳和 48 腳兩種芯片。 48 腳與 68 腳芯片相比， 48 腳芯片不提供下述引腳： P0.0 P0.3 四個引腳； P1.0 P1.7 八個引腳； P2.3、P2.4 和 P2.7 四個引腳及控制信號中的 CLKOUT、 INST、 NMI和 BUSWIDTH（ TEST ）四個引腳。 MCS- 96 的 48引腳如圖所示。 96單片機的引腳圖 對 68 個引腳功能分別說明如下： VCC 主電源電壓（ +5V）。 VSS 數(shù)字電路地（ 0V）。 VPD 內部 RAM 備用電源電壓（ +5V）。 VREF A/D 轉換器基準電壓（ +5V）。 ANGND A/D 轉換器參考地，應與 VSS 保持同電平。 VPP 或 VBB 對 8 9 BH 系列 EPROM 型產品為 VPP，是編程電源（ +12.5V）； XTAL1 內部振蕩器反相器的輸入，也是內部時鐘發(fā)生器的輸入，常接外部晶體。 XTAL2 內部振蕩器反相器的輸出，接外部晶體。 CLKOUT 內部時鐘發(fā)生器的輸出，其頻率是振蕩器頻率的 1/3，占空比為 33。 接地端 接地端 主電源 脈寬調制信號輸出端 15 INST 在讀外部存儲器時，此引腳輸出高電平，表示是取指周期。 11 NMI 非屏蔽中斷信號輸入端。當此引腳有正跳變時，監(jiān)視定時器復位，同時形成一個指向片外存儲器 0000H 單元 的中斷矢量，而外部存儲器 0000H00FFH 是保留給 Intel 開發(fā)系統(tǒng)用的。 12 BUSWIDTH或 TEST 對 8 9 BH、 8 9 JF系列產品為 BUSWIDTH，是總線寬度選擇輸入端。若芯片配置寄存器 CCR.l=1，則運行中總線寬度取決于BUSWIDTH 的邏輯值：為“ 1”，選擇 16 位總線；為“ 0”，選擇 8 位總線。若CCR.l=0，則總線寬度總是 8 位。此引腳不連時，靠內部把它拉到 VCC 電平。對其余產品為 TEST