89C52單片機(jī)直流電機(jī)控制器設(shè)計(jì)

1、89C52單片機(jī)直流電機(jī)控制器設(shè)計(jì)【摘要】本論文介紹了基于89C52單片機(jī)的小功率直流電機(jī)控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要功能為：設(shè)定直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，通過光電開關(guān)對(duì)電機(jī)測速，將測得的轉(zhuǎn)速值反饋給單片機(jī)，單片機(jī)經(jīng)PI運(yùn)算后輸出PWM信號(hào)控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。實(shí)際測試結(jié)果表明該系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速誤差范圍小(±20圈/分)，調(diào)整時(shí)間短，轉(zhuǎn)速設(shè)定方便快捷，顯示直觀清楚。本文還對(duì)此系統(tǒng)的性能指標(biāo)進(jìn)行了分析?！娟P(guān)鍵詞】直流電機(jī)，PWM，PID 1.前言由于單片機(jī)具有體積小、集成度高、運(yùn)算速度快、運(yùn)行可靠、應(yīng)用靈活、價(jià)格低廉以及面向控制等特點(diǎn)，因此在工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、智能儀器儀表、智能化設(shè)備和各種家用電器等領(lǐng)域得到廣

2、泛的應(yīng)用，而且發(fā)展非常迅猛。隨著單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)水平不斷提高，目前單片機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)遍及幾乎所有的領(lǐng)域?，F(xiàn)在國內(nèi)外工業(yè)上對(duì)電機(jī)的調(diào)速基本已經(jīng)不再使用模擬調(diào)速，而采用數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)，而數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)大部分都是用單片機(jī)來進(jìn)行控制，數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)具有控制精確度高，非常穩(wěn)定，受環(huán)境影響小，效率高等優(yōu)點(diǎn)，所以在國內(nèi)外的使用越來越廣泛。與交流電動(dòng)機(jī)相比，直流電機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、運(yùn)行維護(hù)困難，但是直流電機(jī)具有良好的調(diào)速性能、較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和過載能力強(qiáng)等許多優(yōu)點(diǎn)，因此在許多行業(yè)仍大量應(yīng)用。近年來，直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大的變化。隨著計(jì)算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域以及新型的電力電子功率元器件的不斷出現(xiàn)，采用全控型

3、的開關(guān)功率元件進(jìn)行脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation，簡稱PWM）已成為直流電機(jī)新的調(diào)速方式。這種調(diào)速方法具有開關(guān)頻率高、低速運(yùn)行穩(wěn)定、動(dòng)態(tài)性能良好、效率高等優(yōu)點(diǎn)，更重要的是這種控速方式很容易在單片機(jī)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)，因此具有很好的發(fā)展前景1。1.1 有關(guān)技術(shù)簡介1.1.1 PWM控制1PWM（Pulse Width Modulation）脈沖寬度調(diào)制，簡稱脈寬調(diào)制，是一種最初用語無線電通信的信號(hào)調(diào)制技術(shù)，后來在控制領(lǐng)域中（比如電機(jī)調(diào)速）也得到了很好的應(yīng)用，于是形成了獨(dú)特的PWM控制技術(shù)。PWM控制是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從

4、測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。 簡而言之，PWM是一種對(duì)模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對(duì)一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何適合，滿幅值的直流供電要么完全有，要么完全無。電壓或電流源是以一種通或斷的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的，通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上去，斷的時(shí)候即是供電被斷開。只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM進(jìn)行編碼。 采樣控制理論中有一個(gè)重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。PWM控制技術(shù)就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，對(duì)半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)

5、斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來代替所需要的波形。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。PWM控制的基本原理很早就已經(jīng)提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在20世紀(jì)80年代以前一直未能實(shí)現(xiàn)。知道進(jìn)入20世紀(jì)80年代，隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)及其迅速發(fā)展，PWM控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論、非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用，PWM控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展。到目前為止，已出現(xiàn)了多種PWM控制技術(shù)。 一般情況下，調(diào)節(jié)脈寬調(diào)制信號(hào)的脈寬有

6、兩種方法，一種方法是采用模擬電路中的調(diào)制方法，另一種方法是使用脈沖計(jì)數(shù)法。對(duì)于一般電機(jī)控制，采用第一種方法在控制電壓變化時(shí)濾波的實(shí)現(xiàn)存在較大的困難，這主要是因?yàn)闉V波頻率較低、濾波精度要求高和濾波電路的參數(shù)不易調(diào)整。因此，本設(shè)計(jì)采用由單片機(jī)控制實(shí)現(xiàn)的脈沖計(jì)數(shù)法。1.1.2 PID調(diào)節(jié)1 當(dāng)今的自動(dòng)控制技術(shù)都是基于反饋的概念。反饋理論的要素包括三個(gè)部分：測量、比較和執(zhí)行。測量關(guān)心的變量，與期望值相比較，用這個(gè)誤差糾正調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的響應(yīng)。這個(gè)理論和應(yīng)用自動(dòng)控制的關(guān)鍵是，做出正確的測量和比較后，如何才能更好地糾正系統(tǒng)。 PID（比例-積分-微分）控制器作為最早實(shí)用化的控制器已有50多年歷史，現(xiàn)在仍然是

7、應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。PID控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統(tǒng)模型等先決條件，因而成為應(yīng)用最為廣泛的控制器。PID控制器由比例單元（P）、積分單元（I）和微分單元（D）組成。它由于用途廣泛、使用靈活，已有系列化產(chǎn)品，使用中只需設(shè)定三個(gè)參數(shù)（Kp， Ki和Kd）即可。在很多情況下，并不一定需要全部三個(gè)單元，可以取其中的一到兩個(gè)單元，但比例控制單元是必不可少的。PID是周期性地控制操作。假定控制器的執(zhí)行頻率足夠高，以使系統(tǒng)得到真確控制。誤差信號(hào)是通過將被控參數(shù)的期望設(shè)定值減去該參數(shù)的實(shí)際測量值來獲得的。誤差的符號(hào)表明控制輸入所需的變化方向。（一） P項(xiàng)（比例）  由誤差信號(hào)乘以一個(gè)P

8、增益因子形成，使PID控制響應(yīng)為誤差幅值的函數(shù)。當(dāng)誤差信號(hào)增大時(shí)，控制器的P項(xiàng)將變大以提供更大的校正量。  （二） I項(xiàng)（積分）   對(duì)全部誤差信號(hào)進(jìn)行連續(xù)積分。因此，小的靜態(tài)誤差隨時(shí)間累計(jì)為一個(gè)較大的誤差值。累計(jì)誤差信號(hào)乘以一個(gè)I增益因子即成為PID控制器的I輸出項(xiàng)。  （三） D項(xiàng)（微分）D項(xiàng)輸入是計(jì)算前次誤差值與當(dāng)前誤差值的差來獲得的。該誤差乘以一個(gè)D項(xiàng)增益因子即成為D輸出項(xiàng)。系統(tǒng)誤差變化的越快，控制器的D項(xiàng)將產(chǎn)生更大的控制輸出。PID控制具有以下優(yōu)點(diǎn)：應(yīng)用范圍廣。雖然很多工業(yè)過程是非線性或時(shí)變的，但通過對(duì)其簡化可以變成基本線性和動(dòng)態(tài)特性不隨時(shí)間變

9、化的系統(tǒng)，這樣PID就可控制了。參數(shù)較易整定。也就是，PID參數(shù)Kp，Ki和Kd可以根據(jù)過程的動(dòng)態(tài)特性及時(shí)整定。如果過程的動(dòng)態(tài)特性變化，例如可能由負(fù)載的變化引起系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性變化，PID參數(shù)就可以重新整定。PID調(diào)節(jié)中參數(shù)的選擇方法：在數(shù)字PID控制中，如果采樣周期選得比較小，則PID控制參數(shù)Kp、Ki和K D可按模擬PID控制器中的方法來選擇。在對(duì)電動(dòng)機(jī)控制中，首先要求系統(tǒng)是穩(wěn)定的，在給定值變化時(shí)，被控量應(yīng)能迅速、平穩(wěn)地跟蹤，超調(diào)量要小。在各種干擾下，被控量應(yīng)能保持在給定值附近。另外，控制變量不宜過大，以避免系統(tǒng)過載。顯然，上述要求要都滿足是很困難的，因此，必須根據(jù)具體的實(shí)際情況，抓主要方面，

10、兼顧其他方面。在選擇控制器參數(shù)前，應(yīng)首先確定控制器結(jié)構(gòu)。對(duì)于電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，一般常用PI或PID控制器接口，以保證被控系統(tǒng)的穩(wěn)定，并盡可能清楚靜態(tài)誤差。PID參數(shù)的選擇有兩種可用方法：理論設(shè)計(jì)法和試驗(yàn)確定發(fā)。理論設(shè)計(jì)法確定PID控制參數(shù)的前提，是要有被控對(duì)象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，著在電動(dòng)機(jī)控制中往往很難做到。因此，用下列試驗(yàn)確定法來選擇PID控制參數(shù)，就成為目前經(jīng)常采用的，并且是行之有效的方法。湊試法湊試法是通過模擬或閉環(huán)運(yùn)行系統(tǒng)，來觀察系統(tǒng)的響應(yīng)曲線，然后根據(jù)各控制參數(shù)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的大致影響，來改變參數(shù)，反復(fù)湊試，直到認(rèn)為得到滿意的響應(yīng)為止。湊試前，要先了解PID控制器參數(shù)值對(duì)系統(tǒng)的響應(yīng)有哪些影響。

11、增大比例系數(shù)Kp ，可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，有利于減少靜態(tài)誤差；但是，過大的比例系數(shù)會(huì)使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，因此產(chǎn)生振蕩，破壞系統(tǒng)的穩(wěn)定性。增大積分常數(shù)Ki ，會(huì)有利于減少超調(diào)，減少振蕩，使系統(tǒng)更穩(wěn)定；但系統(tǒng)靜態(tài)誤差的消除將隨之減慢。增大微分常數(shù)K D ，也可以加快系統(tǒng)的響應(yīng)，使超調(diào)量減少，穩(wěn)定性增加；但系統(tǒng)的抗干擾能力降低。在考慮了以上參數(shù)對(duì)控制過程的影響后，湊試時(shí)，可按先比例后積分再微分的順序反復(fù)調(diào)試參數(shù)。具體步驟如下：首先只調(diào)節(jié)比例部分，將比例系數(shù)由小變大，并觀察系統(tǒng)所對(duì)應(yīng)的響應(yīng)，知道得到響應(yīng)快，超調(diào)量小的響應(yīng)曲線為止。如果這時(shí)系統(tǒng)的靜態(tài)誤差已在允許范圍內(nèi)，并且達(dá)到1/4衰減度的響應(yīng)曲線（

12、最大超衰減到1/4時(shí)，已進(jìn)入允許的靜態(tài)誤差范圍），那么只需用比例環(huán)節(jié)即可，比例系數(shù)可由此確定。如果在比例調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差還達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，則必須加入積分環(huán)節(jié)。積分常數(shù)在湊試時(shí)，先給一個(gè)較大值，并將上一步調(diào)整時(shí)獲得的比例系數(shù)略微減少（例如取原值的80%），然后逐漸減少積分常數(shù)進(jìn)行湊試，并根據(jù)所獲得的響應(yīng)曲線進(jìn)一步調(diào)試比例系數(shù)值和積分常數(shù)值，直到消除靜態(tài)誤差，并且保持良好的動(dòng)態(tài)性能為止。如果使用比例積分環(huán)節(jié)雖然消除了靜態(tài)誤差,但系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能仍不能令人滿意,這時(shí)可加入微分環(huán)節(jié)。在湊試時(shí)，可先給一個(gè)很小的微分常數(shù)，以后逐漸增大，同時(shí)響應(yīng)地改變比例系數(shù)和積分常數(shù)，知道獲得滿意的效果為止。1

13、.2 直流電機(jī)的特性及調(diào)速方式絕大多數(shù)的電動(dòng)機(jī)都須作連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的電磁力形成一種方向不變的轉(zhuǎn)矩，才能構(gòu)成電動(dòng)機(jī)。N、S為對(duì)固定的磁極(一般是電磁鐵，也可以是永久磁鐵)，兩磁極 間裝著一個(gè)可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鐵質(zhì)圓柱體，圓柱體的表面上固定著一個(gè)線圈。當(dāng)線圈中通入直流電流時(shí)，線圈邊上受到電磁力，根據(jù)左手定則確定力的方向，這一對(duì)電磁力形成了作用于電樞的一個(gè)電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時(shí)針方向。若電樞轉(zhuǎn)動(dòng)，線圈兩邊的位置互換，而線圈中通過的還是直流電流，則所產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩的方向卻變?yōu)轫槙r(shí)針方向了，因此電樞受到一種方向交變的電磁轉(zhuǎn)矩。這種交變的電磁轉(zhuǎn)矩只能使電樞來回?fù)u擺，而不能使電樞連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。顯然，要使電樞受到一個(gè)

14、方向不變的電磁轉(zhuǎn)矩，關(guān)鍵在于，當(dāng)線圈邊在不同極性的磁極下，如何將流過線圈中的電流方向及時(shí)地加以變換，即進(jìn)行所謂“換向”。為此必須增添一個(gè)叫做換向器的裝置，換向器由互相絕緣的銅質(zhì)換向片構(gòu)成，裝在軸上，也和電樞絕緣，且和電樞一起旋轉(zhuǎn)。換向器又與兩個(gè)固定不動(dòng)的由石墨制成的電刷A、B相接觸。裝了這種換向器以后，若將直流電壓加于電刷端，直流電流經(jīng)電刷流過電樞上的線圈，則產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，電樞在電磁轉(zhuǎn)矩的作用下就旋轉(zhuǎn)起來。電樞一經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，由于換向器配合電刷對(duì)電流的換向作用，直流電流交替地由線圈邊ab和cd流入，使線圈邊只要處于N極下，其中通過電流的方向總是由電刷A流入的方向，而在S極下時(shí)，總是從電刷B流出的方向

15、。這就保證了每個(gè)極下線圈邊中的電流始終是一個(gè)方向。這樣的結(jié)構(gòu)，就可使電動(dòng)機(jī)能連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理直流電機(jī)的調(diào)速方法有：(一)電樞串電阻調(diào)速：電樞回路串接電阻后，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性的斜率隨電阻的改變而改變，在恒負(fù)載下使轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。該調(diào)速方式的優(yōu)點(diǎn)是控制裝置很簡單；缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)速受負(fù)載的影響較大，在空載時(shí)幾乎沒有調(diào)速作用，而在重載低速運(yùn)行時(shí)特性顯得太軟，而且功耗很大。(二)改變電樞電壓調(diào)速：當(dāng)電動(dòng)機(jī)采用這種方式，其機(jī)械特性隨電樞電壓的改變而產(chǎn)生平移，所以它的調(diào)速范圍較廣。電樞電壓的調(diào)節(jié)常用晶閘管整流裝置實(shí)現(xiàn)，但低速運(yùn)行時(shí)功率因數(shù)變低，而且在交流側(cè)出現(xiàn)較多的諧波成分，對(duì)電網(wǎng)不利。(三)

16、PWM 直流調(diào)整系統(tǒng)：其原理是將直流控制信號(hào)與三角波經(jīng)調(diào)制電路產(chǎn)生一系列脈寬不等的脈沖信號(hào)，做功率放大后驅(qū)動(dòng)大功率器件?？刂普{(diào)制方波的占空比，便可以改變輸出平均電壓。將PWM輸出電壓接至直流電動(dòng)機(jī)的電樞兩端，便可組成性能優(yōu)良的調(diào)速系統(tǒng)。該調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速范圍廣、效率高、響應(yīng)速度快、電流脈動(dòng)小及對(duì)電網(wǎng)污染??；但因系統(tǒng)較復(fù)雜，造價(jià)也相應(yīng)地提高。(四)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)：該系統(tǒng)的反饋量電流和轉(zhuǎn)速信號(hào)，分別送入電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器。調(diào)節(jié)器按P-I（比例積分）方式實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)。由電流調(diào)節(jié)器組成的閉環(huán)稱為電流環(huán)。由速度調(diào)節(jié)器組成的閉環(huán)稱為轉(zhuǎn)速環(huán)，電流環(huán)用于控制電流，轉(zhuǎn)速環(huán)用于控制轉(zhuǎn)速。(五)數(shù)字式直流調(diào)

17、速系統(tǒng)：目前較先進(jìn)的直流調(diào)速系統(tǒng)均采用數(shù)字控制，從積分調(diào)節(jié)器到觸發(fā)裝置，以及其他控制功能均由微處理器來實(shí)現(xiàn)。它具有調(diào)速性能高、工作可靠和體積小等特點(diǎn)。數(shù)控裝置設(shè)有鍵盤和LED 顯示器，可方便地利用鍵盤進(jìn)行各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)的設(shè)定。此外，它還具備自診斷及完善的保護(hù)功能。改變勵(lì)磁的恒功率調(diào)速：從直流電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性的公式可看出，當(dāng)磁通減小電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速也隨之提高。 由直流電機(jī)的電壓平衡方程式：U = e+IR其中I為電機(jī)線圈電流，R為線圈電阻，e為電機(jī)的反電勢(shì)， e = C*,式中，C為電機(jī)結(jié)構(gòu)常數(shù)，為一常量；為線圈磁通；為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度。于是將e代入電壓平衡方程式中，可得：U = C*+ IR經(jīng)過移項(xiàng)之

18、后就可得出角速度和電壓的關(guān)系式： = （U-IR）/ C*從上式可以看出，改變外接電壓U,電機(jī)回路電阻R, 磁通，可改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。本實(shí)驗(yàn)所用直流電機(jī)為永磁式, 磁通不可改變,而改變電機(jī)回路電阻R來調(diào)速的方式,已不多見,所以采用改變外接電壓U的調(diào)速方式,1.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能要求 本設(shè)計(jì)是要利用89C52單片機(jī)控制PWM調(diào)速電路實(shí)現(xiàn)小功率直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。而本系統(tǒng)必須符合以下幾點(diǎn)要求：(1) 在(10005500)轉(zhuǎn)/分 內(nèi)對(duì)直流電機(jī)進(jìn)行任意調(diào)速，最小調(diào)速級(jí)差為1轉(zhuǎn)/分。(2) 電機(jī)能在所設(shè)速度下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)速度與設(shè)定速度之差小于±20轉(zhuǎn)/分。(3) 電機(jī)啟動(dòng)和加減80%額定負(fù)載時(shí),

19、其轉(zhuǎn)速能迅速回到設(shè)定值，轉(zhuǎn)速超調(diào)±5%內(nèi)。(4) 電機(jī)能進(jìn)行正反轉(zhuǎn)控制。 下面，本文將從硬件和軟件兩方面按系統(tǒng)功能要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。2. 硬件電路設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)在硬件電路上共分為6個(gè)部分，單片機(jī)部分、按鍵輸入、PWM斬波電路、測速電路、轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)電路以及模擬負(fù)載。下面本文將詳細(xì)介紹每一部分的功能原理以及元器件的選取。2.1 單片機(jī)部分及其接口電路圖1 單片機(jī)部分原理圖本設(shè)計(jì)采用的是STC的89C52單片機(jī)，選用STC的單片機(jī)是因?yàn)樗菍掚妷汗╇?，工作電壓范圍?.5V-3.4V，比起一般51系列單片機(jī)的5.5V-4.5V更能有效的避免電源抖動(dòng)所帶來的問題。晶振選用石英晶振，頻率為20MHz，

20、比起傳統(tǒng)的12MHz能有更快的處理速度。 在第9腳-RST，復(fù)位腳外，加了一個(gè)復(fù)位按鍵和復(fù)位電路，復(fù)位原理為： 第一次上電時(shí)，+5V通過給電容充電，于是此時(shí)電容相當(dāng)于短路，+5V直接加到RST腳上，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位。過了極短的時(shí)間，電容充電完畢，此時(shí)電容則相當(dāng)于開路，于是RST腳被電阻R113拉為低，單片機(jī)開始正常工作。 當(dāng)RESET鍵按下時(shí)，+5V通過按鍵加到RST腳上，單片機(jī)復(fù)位，RESET鍵彈起之后，RST腳重新被R113拉為低，單片機(jī)開始正常工作。單片機(jī)供電方面，采用的是12V直流通過7805三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓到5V，給單片機(jī)和顯示部分供電。2.2 按鍵輸入電路原理圖如下：圖2 按鍵部分原理

21、圖 在本設(shè)計(jì)中，按鍵輸入比較簡單，就是在按鍵信號(hào)輸入I/O口與地線間串接一按鍵。在按鍵沒有按下的情況下，I/O口懸空，所以為高（由于STC單片機(jī)的I/O口是有內(nèi)部上拉電路的，所以當(dāng)其懸空時(shí)，內(nèi)部將其上拉為高）；當(dāng)按鍵按下后，地線的把I/O口的電平拉低，單片機(jī)便可識(shí)別有鍵按下。2.4 PWM驅(qū)動(dòng)電路圖4 PWM驅(qū)動(dòng)電路原理圖 首先簡單介紹一下PWM的工作原理： 如圖所示，R21為P1.1口的上拉電阻，R20為限流電阻。當(dāng)P1.1口為低時(shí)，8050的基極電平被拉低，此時(shí)8050截止，所以9012的基極為高，9012截止，電機(jī)兩端沒有電壓。 當(dāng)P1.1口為高時(shí)，8050基極電壓也為高，于是8050導(dǎo)

22、通， 8050的集電極電壓為低，此時(shí)9012的基極也為低，9012導(dǎo)通，+12V加到電機(jī)兩端，電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)。 所以，當(dāng)P1.1口為高時(shí)，電機(jī)兩端電壓也為高；P1.1口為低時(shí)，電機(jī)兩端電壓也為低。于是當(dāng)P1.1口產(chǎn)生PWM信號(hào)輸出時(shí)，電機(jī)兩端會(huì)產(chǎn)生同樣的PWM波形，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。關(guān)于上拉電阻的選取，上拉電阻的選取取決于兩方面，一方面是能否保護(hù)單片機(jī)I/O口不過流，第二方面就是能否提供給負(fù)責(zé)所需大小的電流。首先我們分析保護(hù)I/O口方面，P1P3口能承受的灌電流（輸入電流）最大能達(dá)到6mA，所以上拉電阻的阻值必須大于5V/6mA=0.8K，而我們選用的是10K電阻，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于0.8K，所

23、以能有效的保護(hù)單片機(jī)I/O口；再來看看10K的上拉電阻能否提供所需要的電流呢？假設(shè)電機(jī)工作電流為100mA（事實(shí)上遠(yuǎn)小于）， 9012的放大倍數(shù)按60倍計(jì)算的話，那么9012的基極，也就是8050的集電極最少得提供1.6mA的電流才能使9012達(dá)到飽和。如果按8050能放大100倍的話，也就是說8050的基極至少得提供16A的電流才能使8050飽和，事實(shí)上，10K的上拉電阻，加上I/O口的限流電阻，能提供（5-0.7）V/13.3K=350A，遠(yuǎn)大于所需要的16A，所以完全能提供足夠的電流。再看看串接在9012的基極和8050的集電極間的電阻R19。它的作用是限流，假如不加這個(gè)電阻，那么當(dāng)單片

24、機(jī)口為高時(shí)，8050，9012均飽和，此時(shí)可以認(rèn)為12V直接對(duì)地短路(雖然有9012的be結(jié)和8050的ce結(jié)，它們會(huì)產(chǎn)生零點(diǎn)幾伏的壓降，但是它們沒有限流的作用，還是可以認(rèn)為電源直接對(duì)地短路)，所以加上此電阻很有必要。圖中D3二極管的作用：在這個(gè)PWM電路中，此二極管名為續(xù)流二極管，他的作用就是續(xù)流和消除反電勢(shì)。電機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是由線圈繞成的，所以可以看成是一個(gè)電感元件，在突然斷電時(shí)，反電勢(shì)很大，將近12V的兩倍以上，如果不加續(xù)流二極管的話，9012很可能被擊穿，由于負(fù)的反電壓的產(chǎn)生,使電機(jī)兩端的直流平均電壓接進(jìn)0V,電極不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)，只會(huì)不停地顫動(dòng)并發(fā)出嗚嗚的聲音，其本身也會(huì)有危險(xiǎn)。而加了續(xù)流二極

25、管后，反向電勢(shì)通過二極管和電機(jī)重新形成回路，消除了反電勢(shì)，且能使電機(jī)上電流不中斷，維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)。2.5 測速電路先介紹光電開關(guān)，如圖5所示，光電開關(guān)分為2個(gè)部分，一個(gè)部分用來發(fā)送，另一部分負(fù)責(zé)接收。發(fā)送部分V2是一個(gè)發(fā)光二極管，而接收部分V1則是一個(gè)光敏NPN三極管。當(dāng)光路通暢時(shí)，V1的基極能接收到V2發(fā)出的光，于是V1的be上就會(huì)有電流產(chǎn)生，V1導(dǎo)通，集電極輸出為低；當(dāng)光路被阻隔時(shí)，V1截止，所以集電極輸出為高。 從圖5可以看出，為配和軟件編成需要,本系統(tǒng)加了一個(gè)起反向作用三極管，也就是說，V1集電極輸出為高時(shí)，V3導(dǎo)通，于是V3的集電極輸出為低；反之，V1集電極輸出為低時(shí)，V3集電極的輸出

26、就為高。圖5 測速電路原理圖 這里要注意的就是幾個(gè)電阻阻值的選?。?R25：一般發(fā)光二極管的正向壓降2V，驅(qū)動(dòng)電流5mA左右，而電流最大不能超過20mA，所以選取510的電阻作為其限流電阻，一來保證不會(huì)過流燒壞發(fā)光管，二來也不會(huì)因電流太小而使光電開關(guān)不能正常工作。 R22：此電阻串接在電源與三極管V1的集電極，它的選取直接影響到三極管是否能達(dá)到飽和狀態(tài)，我們知道，因光照所產(chǎn)生的光電電流很小，大概只有幾微安的樣子，所以集電極電流不能太大，否則管子不能達(dá)到飽和。假設(shè)發(fā)光二極管正常工作需要的電流為5A，那么三極管的放大倍數(shù)為100倍的話，集電極電流就不能超過0.5mA，所以R22的大小選取為10K，

27、此時(shí)若基極有光照時(shí)，集電極能正常拉低到地。 R24：為V3的集電極電阻，同時(shí)也為單片機(jī)INT1口的上拉電阻。作用為保證V3和單片機(jī)I/O口不會(huì)過流，所以選用10K就能達(dá)到要求。2.6 轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)電路圖6 轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)電路原理圖本設(shè)計(jì)是采用硬件轉(zhuǎn)向控制，因?yàn)榇藶樾」β孰妱?dòng)機(jī)，且沒有接負(fù)載，所以用硬件強(qiáng)制轉(zhuǎn)向也不會(huì)對(duì)硬件造成損壞。 圖6中，MOTOR兩端的J1-1和J1-2分別為繼電器的兩組開關(guān)，J2則為繼電器的線包開關(guān)，當(dāng)撥動(dòng)開關(guān)J0打向左邊，J0懸空，則三極管9014基極為高，三極管導(dǎo)通，J2吸合，J1-1CB與J1-2CB接通，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)撥動(dòng)開關(guān)J0打向右邊時(shí)，J0接地，于是9014基極為低，三

28、極管截止，J2松開，J1-1CK與J1-2CK接通，電機(jī)反轉(zhuǎn)。 而指示方面，是將測速同軸電動(dòng)機(jī)當(dāng)成發(fā)電機(jī)使用，如圖所示接一紅一綠兩個(gè)發(fā)光二極管，正轉(zhuǎn)時(shí)，綠燈亮；反轉(zhuǎn)時(shí)，紅燈亮。并且亮度隨著轉(zhuǎn)速的增加而增加，非常直觀。 3.軟件設(shè)計(jì)3.1 編程環(huán)境 由于匯編語言程序的可讀性和可移植性都較差，采用匯編語言編寫單片機(jī)應(yīng)用程序不但周期長，而且調(diào)試和排錯(cuò)也比較困難。為了提高編制單片機(jī)應(yīng)用程序的效率，改善程序的可讀性可移植性，采用高級(jí)語言無疑是一種更好的選擇。C語言是一種通用的計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言，既具有一般高級(jí)語言的特點(diǎn)，又能直接對(duì)計(jì)算機(jī)的硬件進(jìn)行操作，表達(dá)和運(yùn)算能力也較強(qiáng)，許多以往只能采用匯編語言來解決

29、的問題現(xiàn)在都可以改用C語言解決。德國Keil Software公司多年來致力于單片機(jī)C語言編譯器的研究。該公司開發(fā)的Keil C51是一種專為8051單片機(jī)設(shè)計(jì)的高效率C語言編譯器，符合ANSI標(biāo)準(zhǔn)，生成的程序代碼運(yùn)行速度極高，所需要的存儲(chǔ)空間極小，完全可以與匯編語言相比美4。所以,本設(shè)計(jì)采用的是C語言編程，利用KEIL vision2進(jìn)行編譯和仿真，使用STC專用下載板將HEX文件燒錄到89C52單片機(jī)中。3.2 系統(tǒng)基本參數(shù)及流程 本設(shè)計(jì)采用的是20M晶振，12分頻，所以每個(gè)指令周期為T=0.6S。中斷方面，本程序一共用了3個(gè)中斷源：定時(shí)器0，定時(shí)器2以及外部中斷1，它們的優(yōu)先級(jí)分別為：定

30、時(shí)器0、外部中斷1為高優(yōu)先級(jí)，定時(shí)器2為低優(yōu)先級(jí)。另外還用了計(jì)數(shù)器1，用做計(jì)算脈沖寬度，與外部中斷1一起構(gòu)成測速系統(tǒng)。3.3 按鍵程序 按鍵的程序方面，主要是一個(gè)消抖動(dòng)程序和，消抖動(dòng)程序是非常有必要的，因?yàn)樵谄綍r(shí)沒有按下鍵的時(shí)候，有可能會(huì)從電源或者其他地方突然產(chǎn)生一個(gè)尖峰電壓，打在單片機(jī)檢測按鍵的I/O口上，令單片機(jī)誤以為有鍵按下了；或者是當(dāng)人按下按鍵時(shí)候，如果手抖動(dòng)，就會(huì)引起按鍵的接觸不良，從而可能在很短時(shí)間內(nèi)通-斷多次，而導(dǎo)致單片機(jī)的處理錯(cuò)誤。消抖動(dòng)程序就是針對(duì)這方面來設(shè)計(jì)的，具體是：當(dāng)單片機(jī)檢測到某一個(gè)按鍵按下了，就延時(shí)100ms，在這100ms里不停的檢測，如果中間檢測到按鍵彈起了，則

31、判為干擾，不進(jìn)行處理，如果100ms之后還是按下的話，那么就可以確定此鍵確實(shí)是被按下了，然后就進(jìn)行相應(yīng)的處理。一般人按一下按鍵都有個(gè)200ms，所以延時(shí)100ms已經(jīng)足夠了。圖7 系統(tǒng)流程圖其對(duì)應(yīng)程序如下：void clear_shake()if(nn =0)n = 0;if(nn1 = 0)nn = 1;if(shake = 0&&n >= 100)/shake就是被按下的鍵shake_1 = 1;nn1 = 1;nn = 0;3.5 PWM程序因?yàn)殡姍C(jī)調(diào)速是本次設(shè)計(jì)的最主要任務(wù)之一，所以PWM程序也是程序中最重要的一環(huán)。PWM的調(diào)速原理是通過調(diào)節(jié)一個(gè)斬波周期中的脈沖占

32、空比來調(diào)節(jié)電機(jī)功率而達(dá)到調(diào)速目的。本設(shè)計(jì)中，PWM的斬波周期為1ms，那也就是說斬波頻率為1KHz，在理論上能達(dá)到1線性可調(diào)，也就是能以0.1%的調(diào)節(jié)精度來調(diào)節(jié)PWM占空比。PWM調(diào)速子程序是放在定時(shí)器0中斷中進(jìn)行的，中斷設(shè)置如下：/-T0-T0用作斬波ET0 = 1;/中斷允許位time0_set = 300;time0_tmp = 65536-(time0_set)*fosc/12;/TH0 = (time0_tmp/256); TL0 = (time0_tmp%256); TF0 = 0;/CLR TF0TR0 = 1;/SETB TR0PT0 = 1; /高優(yōu)先級(jí)可以看出，T0的中斷級(jí)

33、別為高，因?yàn)镻WM的脈沖寬度就是在中斷程序里設(shè)定，如果此時(shí)被其他更高級(jí)別的中斷打斷，那么脈沖寬度將不準(zhǔn)確，從而導(dǎo)致控制轉(zhuǎn)速失敗。所以將其設(shè)為高的話，就不存在被打斷的問題了。 下面是PWM的中斷子程序：void time0_int(void) interrupt 1TH0= (time0_tmp/256);TL0= (time0_tmp%256);if(cut = 1)time0_tmp = 65536-time0_set*20/12;cut = 0;elsetime0_tmp = 65536-(time0 - time0_set)*20/12;cut = 1;程序中，cut為PWM信號(hào)輸出口，

34、也就是P1.1口，每進(jìn)入一次中斷，cut口就反向一次，而每次中斷計(jì)時(shí)都由time0_set確定，time0_set也就是脈沖寬度，由外部賦給，范圍從150970，其值每增加1，電機(jī)轉(zhuǎn)速就增加6圈/分，所以可以算出精度為1，而實(shí)際上，我們選用的誤差允許范圍為±20圈/分，精度為3。但比起一般單片機(jī)自帶的PWM輸出口的1%線性可調(diào)精度高多了。圖8 PWM波形示意圖 圖中為PWM輸出波形圖，A為占空比為95%時(shí)的波形，B為50%時(shí)的，C為5%時(shí)的波形。從圖中可以得出，當(dāng)PWM輸出A的波形時(shí)，電機(jī)將以全速運(yùn)轉(zhuǎn)；而輸出B時(shí)，電機(jī)則以50%的速度運(yùn)轉(zhuǎn)；而當(dāng)輸出C時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度將非常慢，并且伴隨

35、著很大的噪音和震動(dòng)，可以感覺出電機(jī)內(nèi)部的運(yùn)轉(zhuǎn)不連續(xù)。3.6 測速系統(tǒng)程序 測速是本設(shè)計(jì)的另外一個(gè)重點(diǎn)。本設(shè)計(jì)中測速系統(tǒng)的工作原理為：利用電機(jī)軸上帶的圓盤的缺口，引起光電開關(guān)產(chǎn)生高電平脈沖，單片機(jī)就采集此脈沖的寬度，加以計(jì)算，得出其實(shí)時(shí)速度。具體實(shí)現(xiàn)如下： 平時(shí)缺口不在光電開關(guān)處時(shí)，光電開關(guān)處于斷開狀態(tài)，輸入到單片機(jī)口電平為低，當(dāng)圓盤缺口的其中一邊剛運(yùn)轉(zhuǎn)到令光電開關(guān)接通時(shí)，單片機(jī)INT1口電平跳變?yōu)楦?，此時(shí)計(jì)數(shù)器1以內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)為周期開始計(jì)數(shù)，然后當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)到缺口的另外一邊剛好令光電開關(guān)斷開時(shí)，單片機(jī)INT1口產(chǎn)生一個(gè)下降沿信號(hào)，計(jì)數(shù)停止，并進(jìn)入INT1中斷子程序，在中斷里把脈沖寬度轉(zhuǎn)存出來并經(jīng)過

36、運(yùn)算，就可得出實(shí)時(shí)速度值。 所以，測速程序得用到一個(gè)外部中斷INT1，以及一個(gè)計(jì)數(shù)器1。 先看看和它們相關(guān)的標(biāo)志位設(shè)置：/-外部中斷1-用做測速IT1 = 1; /為跳沿觸發(fā)方式，引腳INT1上的電平從高到低的負(fù)跳變有效。 IE1 = 0; /中斷請(qǐng)求標(biāo)志EX1 = 0; /外部中斷1允許位PX1 = 0; /為高優(yōu)先級(jí) /-T1-T1用做計(jì)數(shù)TH1 = 0;TL1 = 0;TF1 = 0;/中斷請(qǐng)求位TR1 = 0;/計(jì)數(shù)器1關(guān)閉ET1 = 0; /禁止T1溢出中斷/-IE = 0xaa;/TMOD = 0x91;/-TOMD=10010001，前四位用于控制和確定定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的功能和工

37、作模式：第8位為門控位GATE，當(dāng)GATE=1時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1的啟動(dòng)要由外部中斷引腳和TR1位共同控制。只有當(dāng)中斷引腳INT1為高時(shí)，且TR1置1才能計(jì)數(shù)器工作。第4和第5位為01，則說明計(jì)數(shù)器1工作在方式1：全16位計(jì)數(shù)器，總共能計(jì)數(shù)65536個(gè)時(shí)鐘脈沖，也就是最多能計(jì)時(shí)39ms。程序流程圖如下：圖9 測速系統(tǒng)流程圖外部中斷1中斷服務(wù)子程序如下：void out1_int(void) interrupt 2 IE1 = 0;EX1 = 0;TR1 = 0;TH1_1 = TH1;TL1_1 = TL1;TH1 = 0;TL1 = 0;m = 1;函數(shù)中，TH1_1，TL1_1就是存放計(jì)數(shù)

38、器1的計(jì)數(shù)值的緩沖區(qū)，當(dāng)它們從TH1和TL1中取得數(shù)值之后，TH1和TL1隨即被清零，為下一次計(jì)數(shù)做好準(zhǔn)備。獲取脈沖寬度值子函數(shù)如下：void getwidth_1()TH1 = 0;TL1 = 0;n = 0;n1 = n;while(INT1=1&&(n-n1)<30)/n為每1MS +2 if(INT1=0)TR1 = 1;/計(jì)數(shù)器1打開elsegoto out;/IE1 = 0;/中斷請(qǐng)求標(biāo)志EX1 = 1;/外部中斷1啟動(dòng)n = 0;n1 = n;while(m=0&&(n-n1)<30)if(m=0)/M=1，則已經(jīng)進(jìn)入out_int1中

39、斷，若等于0，則說明30MS延時(shí)已過TH1_1 = 0;TL1_1 = 0;out: IE1 = 0;/中斷請(qǐng)求標(biāo)志m = 0;EX1 = 0;/外部中斷允許位TR1 = 0;width_1 = (TH1_1*256+TL1_1);/timepr=脈沖寬度 /S此外，為了穩(wěn)定測得的轉(zhuǎn)速值，在程序中加了一個(gè)取平均值的函數(shù)：void getwidth()int gw,gw1;width = 0;gw1 = 0;for(gw=0;gw<6;gw+)GG:getwidth_1();if(width_1 != 0)widthbufgw = width_1;elsegoto GG; width =

40、(widthbuf0 + widthbuf1 + widthbuf2 + widthbuf3 + widthbuf4 + widthbuf5)/6;這段函數(shù)的意思就是，將測得的連續(xù)6個(gè)不為零的脈沖寬度取平均值，以消除偶然的不穩(wěn)定因素，使轉(zhuǎn)速顯示更加穩(wěn)定。3.7 PID調(diào)節(jié)程序PID調(diào)節(jié)計(jì)算公式如下5： YK = KP*EK + KI*EK2YK：要輸出的數(shù)據(jù)增量EK：設(shè)定值和實(shí)測值的差值EK1：上次的EK值EK2：EK-EK1的差值KP：比例系數(shù)（本程序中設(shè)KP=1.6）KI：積分系數(shù)（本程序中設(shè)KI=1.5）由于在本電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中，僅使用PI調(diào)節(jié)便足以達(dá)到理想的精度和超調(diào)量，所以就毋須再加上

41、微分項(xiàng)。關(guān)于參數(shù)的選擇，在第一章里已經(jīng)有了詳細(xì)的說明，就是按照先比例，再積分的順序進(jìn)行湊試。而本程序中的KP和KI值，也是經(jīng)過反復(fù)的湊試之后所得到的結(jié)果： 湊試的經(jīng)過就是先將KI項(xiàng)設(shè)成0，然后將KP設(shè)為1，如果系統(tǒng)穩(wěn)定，就按每次+0.1往上加，結(jié)果表明，在KP=1.7的時(shí)候，調(diào)速系統(tǒng)失控，電機(jī)一直保持全速運(yùn)轉(zhuǎn)，所以為了使調(diào)節(jié)速度達(dá)到最大，就將KP設(shè)為1.6，但是此時(shí)系統(tǒng)非常不穩(wěn)定，速度值一直在±1000轉(zhuǎn)上下跳動(dòng)，于是將KI設(shè)成2，系統(tǒng)馬上穩(wěn)定下來，再按每次-0.1的差值往下減，經(jīng)過多次嘗試，得出KI=1.5為最佳積分值。 此時(shí)，系統(tǒng)處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)為：電機(jī)原來速度為20

42、00，當(dāng)設(shè)置為4500轉(zhuǎn)時(shí)，可以在2秒之內(nèi)迅速上升并穩(wěn)定于4500±20，而超調(diào)量也僅為+300轉(zhuǎn)/分，出現(xiàn)在第一次上升的時(shí)候，下來之后便趨于穩(wěn)定了。PID程序如下：void PI()EK1 = EK;EK = speed_set - speed;EK2 = EK - EK1;if(PIn = 0)EK2 = 1000;PIn+;YK = KP*EK + KI*EK2;4.參數(shù)測試及性能分析4.1系統(tǒng)參數(shù)測試輪盤直徑28mm, 缺口寬度2mm,缺口所在直徑為25mm,缺口所在周長為78.54mm,和缺口寬度比例為39.3:1，那么輪盤轉(zhuǎn)一圈所需時(shí)間t_pr=width*39.3,本系

43、統(tǒng)用于測速的方法為測量缺口所引起的脈沖寬度值，由于使用計(jì)數(shù)器，所以必然存在一個(gè)溢出的問題，單片機(jī)的晶振頻率為20MHz，所以一個(gè)機(jī)器周期為0.6S，一個(gè)16位計(jì)數(shù)器最多能計(jì)數(shù)216個(gè)機(jī)器周期，所以最長能計(jì)數(shù)216 *0.6s的時(shí)間，也就是39.3ms，也就是說，當(dāng)缺口的一邊觸發(fā)了計(jì)數(shù)器，但是在39.3ms的時(shí)間內(nèi)還不能轉(zhuǎn)到另外一邊使計(jì)數(shù)器停止，那么計(jì)數(shù)器就將溢出，單片機(jī)就自動(dòng)識(shí)別速度為0，那么此時(shí)的速度就將無法識(shí)別。也就是說，根據(jù)上面輪盤轉(zhuǎn)一圈所需時(shí)間公式：t_pr=width*39.3，這時(shí)候的t_prmax=39.3*39.3=1.54s，所以可知其速度為38轉(zhuǎn)/分鐘。也就是說，單片機(jī)所能

44、識(shí)別的最低速度為38轉(zhuǎn)/分。但這只是理論計(jì)算速度，實(shí)際上單片機(jī)能測的最低速度要比這稍微高點(diǎn)，大約為100轉(zhuǎn)/分。 我們?cè)倏纯碢WM的斬波控制精度：PWM頻率為1kHz，也就是1ms為一個(gè)周期，而每周期里又被分成1000分，占空比可以以每1作為調(diào)節(jié)單位。電機(jī)最大速度為6000轉(zhuǎn)/分，此時(shí)對(duì)應(yīng)PWM占空比為1000，也就是說，占空比每增加1，電機(jī)速度將增加6轉(zhuǎn)/分，也就是說電機(jī)的調(diào)速精度可達(dá)1。 當(dāng)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定的情況，在PI調(diào)節(jié)的作用下，真實(shí)轉(zhuǎn)速和設(shè)定轉(zhuǎn)速的差值控制在±20rad/min，也就是說誤差范圍在±3以內(nèi)。下面是速度變化時(shí)的超調(diào)量的表格和其對(duì)應(yīng)的超調(diào)曲線圖：表1:速度變化

45、時(shí)的峰值序號(hào)初始轉(zhuǎn)速設(shè)定轉(zhuǎn)速峰值1峰值2總用時(shí)/s1150030003100（+100）2970（-30）22200040004120（+120）3980（-20）2.23150050005100（+100）4960（-40）2.34400020001862（-138）2030（+30）2.45500015001315（-185）1523（+23）2.76500030002300（-700）3100（+100）2.9 圖12 速度變化曲線上圖中16序號(hào)所對(duì)應(yīng)的虛線代表設(shè)定轉(zhuǎn)速，而曲線則是轉(zhuǎn)速變化曲線，所以圖13表示的就是速度從初始速度變化到設(shè)定速度的過程，并直觀的表示出了變化過程中的速度的變化速率和超調(diào)量?？刂瞥{(diào)量，是由程序中的PI（）函數(shù)控制的，其中P是控制變化速度，而I就是影響系統(tǒng)穩(wěn)定性。從表中和圖中我們都能看出，速度處于上升時(shí)候的穩(wěn)定性明顯比下降時(shí)候的要好，尤其是速度從5000下降到3000的時(shí)候，超調(diào)量竟然達(dá)到700。分析原因的話，覺得可能是由于慣性作用所導(dǎo)致的這種情況：由于電機(jī)的轉(zhuǎn)子和外接輪盤具有很大的慣性，特別是在速度很快的時(shí)候，而下降的時(shí)候，控制器是讓其速度自由滑落，所以當(dāng)其速度到達(dá)設(shè)定值的時(shí)候，還具有很大慣性，所以就會(huì)引起比較大的超調(diào)量