文件综述

单片机控制的直流电机的调速系统顾名思义即为用单片通过控制直流电机的电流电压来达到对直流电机的速度的调控。现在社会供电以交流为主使用直流电源并不方便，但其具有调速范围广，易于控制已与快速启动停止等突出优点在生产中得到广泛应用。直流电机调速器由于它的特殊性能，主要用于直流电动机调速、HW-1020型调速器、就是利用脉宽调制(PWM)原理制作的马达调速器。又伴随着电子技术的高度发展，促使直流电机调速逐步从模拟化向数字化转变，特别是单片机技术的应用，使直流电机调速技术又进入到一个新的阶段，智能化、高可靠性已成为它发展的趋势。单片机实现电机调速为电机调速提供了新的方法，它虽然没有传统的模拟数字电路调速来得反应快,但是由单片机搭建的电机调速电路要比使用模拟数字电路简单得多，不仅节约了成本而且单片机灵活性高,可以重复编程。当实际的环境条件改变以后,可以通过改变程序来实现不同的功能。直流电机调速基本原理是比较简单的（相对于交流电机），只要改变电机的电压就可以改变转速了。改变电压的方法很多，最常见的一种PWM脉宽调制，调节电机的输入占空比就可以控制电机的平均电压，控制转速。

（一）课题的目的

直流电动机具有良好的起动、制动性能，宜于在大范围内平滑调速，在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。从控制的角度来看，直流调速还是交流拖动系统的基础。早期直流电动机的控制均以模拟电路为基础，采用运算放大器、非线性集成电路以及少量的数字电路组成，控制系统的硬件部分非常复杂，功能单一，而且系统非常不灵活、调试困难，阻碍了直流电动机控制技术的发展和应用范围的推广。随着单片机技术的日新月异，使得许多控制功能及算法可以采用软件技术来完成，为直流电动机的控制提供了更大的灵活性，并使系统能达到更高的性能。采用单片机构成控制系统，可以节约人力资源和降低系统成本，从而有效的提高工作效率。

（二）国内外现状

随着各种单片机的出现和发展，国外对直流电机的数字控制调速系统的研究也在不断发展和完善，尤其80年代在这方面的研究达到空前的繁荣。大型直流电机的调速系统一般采用晶闸管整流来实现，为了提高调速系统的性能，研究工作者对晶闸管触发脉冲的控制算法作了大量研究，提出了内模控制算法、I-P控制器取代PI调节器的方法、自适应和模糊PID算法等等。　目前，国外主要的电气公司，如瑞典ABB公司，德国西门子公司、AEG公司，日本三菱公司、东芝公司、美国GE公司等，均已开发出数字式直流调装置，有成熟的系列化、标准化、模版化的应用产品供选用。如西门子公司生产的SIMOREG-K 6RA24 系列整流装置为三相交流电源直接供电的全数字控制装置，其结构紧凑，用于直流电机电枢和励磁供电，完成调速任务。设计电流范围为15A至1200A，并可通过并联SITOR可控硅单元进行扩展。根据不同的应用场合，可选择单象限或四象限运行的装置，装置本身带有参数设定单元，不需要其它任何附加设备便可以完成参数设定。所有控制调节监控及附加功能都由微处理器来实现，可选择给定值和反馈值为数字量或模拟量。

（三）方案论证

我们所使用的脉宽调制本质上是一种电压调速,它结合其他元件改变电机电枢在一定周期内的导通时间,调节电机两端的平均电压,达到调节电机速度的目的。采用脉宽调制控制电机电枢的通断与串电阻调节法相比,减少了电能在电阻中的损耗,能够节约能源。在硬件电路的搭建上面,一般采用闭环控制方式，通过两个定时器对电机的转速进行测量,由于51单片机的定时器只有两个,需要通过程序或结合其他外设来产生控制脉冲。当然也可以采用52单片机，用单纯程序来改变脉冲输出的频率,其中延时的长短是动态的,软件法在电动机控制中,要不停地产生控制脉冲,占用了大量的CPU时间。所以一般结合定时器来产生脉冲.当要求控制脉冲频率较高时候,还需要外加一些模块来产生PWM,比如PWM波形发生器。在自动调速的算法上一般采用PID算法,通过目标量与检测量进行比较,再由算法来调制脉宽。

另一种脉宽调制系统采用模糊控制法,它不需要检测装置,硬件电路搭建相对简单。但要实现某种速度变换需要不断地结合实际来修改程序参数,结果比较不精确，不能随外界的环境变化而变通。直接调整模拟量的电机调速方法,通过D/A转换直接控制双向可控硅的导通角,即调节触发角a的大小,来改变电机主绕组两端的平均电压,以实现降压调速。

在电机的驱动元件上,有光耦、双向可控硅、L297（步进电机驱动）、场效应管、三极管、固态继电器（SSR）等.在选择驱动元件时除了考虑电机的功率外,还应该考虑驱动元件的响应速度.