基于单片机用软件实现直流电机PWM调速系统

2017-04-11 11:40:47 大云网　点击量：评论 (0)

核心提示：　　随着社会的发展，各种智能化的产品日益走人寻常百姓家。为了实现产品的便携性、低成品以及对电源的限制，小型直流电机应用相当广泛。　　对直流电机的速度调节，我们可以采用多种办法，本文在给出

核心提示：　　随着社会的发展，各种智能化的产品日益走人寻常百姓家。为了实现产品的便携性、低成品以及对电源的限制，小型直流电机应用相当广泛。　　对直流电机的速度调节，我们可以采用多种办法，本文在给出直流电机调整和

　　随着社会的发展，各种智能化的产品日益走人寻常百姓家。为了实现产品的便携性、低成品以及对电源的限制，小型直流电机应用相当广泛。

　　对直流电机的速度调节，我们可以采用多种办法，本文在给出直流电机调整和PWM实现方法的基础上，提供一种用单片机软件实现PWM调速的方法。

　　1直流电机调速原理根据励磁方式不同，直流电机分为自励和他励两种类型。不同励磁方式的直流电机机械特性曲线有所不同。对于直流电机来说，人为机械特性方程式为：Ke、K，――与电机有关的常数；Rad，Ra――电枢外加电阻、电枢内电阻；n0An理想空载转速、转速降。

　　分析（1）式可得，当分别改变％、和尺时，可以得到不同的转速〃，从而实现对速度的调节。由于=，当改变励磁电流（时，可以改变磁通量（）的大小，从而达到变磁通调速的目的。但由于励磁线圈发热和电动机磁饱和的限制，电动机的励磁电流//和磁通量只能在低于其额定值的范围内调节，故只能弱磁调速。而对于调节电枢外加电阻时，会使机械特性变软，导致电机带负载能力减弱。

　　对于他励直流电机来说，当改变电枢电压时，分析人为机械特性方程式，得到人为特性曲线如所示。理想空载转速％随电枢电压升降而发生相应的升降变化。不同电枢电压的机械特性曲线相互平行，说明硬度不随电枢电压的变化而改变，电机带负载能力恒定。当我们平滑调节他励直流电机电枢两端电压时，可实现电机的无级调速。

　　基于以上特性，改变电枢电压，实现对直流电机速度调节的方法被广泛采用。改变电枢电压可通过多种途径实现，如晶闸管供电速度控制系统、大功率晶体管速度控制系统、直流发电机供电速度控制系统及晶体管直流脉宽调速系统等。

　　2PWM基本原理及其实现方法2.1PWM基本原理PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，进而达到控制要求的一种电压调整方法。PWM可以应用在许多方面，如电机调速、温度控制、压力控制等。

　　在PWM驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。通过改变直流电机电枢上电压的“占空比”来改变平均电压的大小，从而控制电动机的转速。因此，PWM又被称为“开关驱动装置”。

　　如所示，在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。只要按一定规律，改变通、断电的时间，即可让电机转速得到控制。

　　设电机始终接通电源时，电机转速最大为=则电机的平均速度为肪冲信号由公式（2）可见，当我们改变占空比Dd/r时，就可以得到不同的电机平均速度从而达到调速的目的。严格地讲，平均速度K与占空比D并不是严格的线性关系，在一般的应用中，可以将其近似地看成线性关系。

　　2.2实现方法PWM信号的产生通常有两种方法：一种是软件的方法；另一种是硬件的方法。硬件方法的实现已有很多文章介绍，这里不做赘述。本文主要介绍利用单片机对PWM信号的软件实现方法。

　　器7；和。通过控制定时器初值'和，从而可以实现从8051的任意输出口输出不同占空比的脉冲波形。由于PWM信号软件实现的核心是单片机内部的定时器，而不同单片机的定时器具有不同的特点，即使是同一台单片机由于选用的晶振不同，选择的定时器工作方式不同，其定时器的定时初值与定时时间的关系也不同。因此，首先必须明确定时器的定时初值与定时时间的关系。如果单片机的时钟频率为/，定时器/计数器为yv位，则定时器初值与定时时间的关系为：N个机器周期的时钟数。

　　W随着机型的不同而不同。在应用中，应根据具体的机型给出相应的值。这样，我们可以通过设定不同的定时初值7，从而改变占空比/>，进而达到控制电机转速的目的。

　　2.3控制程序设计控制程序的设计有两种方法：软件延时法和计数法。软件延时法的基本思想是：首先求出占空比/>，再根据周期T分别给电机通电M个单位时间t.，所以M=￠，A……然后，再断电ST个单位时间，所以M=t2/tQ.改变M和M的值，从而也就改变了占空比。计数法的基本思想是：当单位延时个数M求出之后，将其作为给定值存放在某存储单元中。在通电过程中，对通电单位时间的次数进行计数，并与存储器的内容进行比较。

　　若不相等，则继续输出控制脉冲，直到计数值与给定值相等，使电机断电。

　　3应用举例以89C51单片机为核心的油辊电机控制系统控制简图如所示。单片机按预定算法计算出定时初值，由软件转换成PWM信号，并由P3.输出，经放大器及固态继电器输出给电机，从而控制电机得电与失电。

　　软件采用计数法加软件延时法进行设计。如所示，单片机上电后，系统进入准备状态。当按动启动按钮后，判断P 3.0是否高电平。然后，根据P3.0分别进人计数值与预定值比较环节，当计数值与预定值相等时，清计数寄存器，并置P 3.0为相反状态，进人延时程序。根据不同的加减速按钮，调整P3.0输出高低电平时的预定值，从而可以控制P3.0输出高低电平时的延时时间，进而控制电压的大小。控制程序成功的应用于纺织机油辊电机的加减速控制。

　　4结束语通过单片机来实现电机调整有多种途径。相对于其他用硬件或者硬软结合的方法实现对电机进行调整，采用PWM用纯软件的方法来实现调速过程，具有更大的灵活性和更低的成本，能够充分发挥单片机的效能，对于简易速度控制系统的实现提供了一种有效的途径。对于软件，采用计数法加软件延时法进行设计的思路，为采用纯软件对电机速度的平滑调节提供了一种不错的解决方案，经过在“油辊电机控制系统”中的实际应用证明，能够取得满意的效果。