1、由式（3-2）可知，当电源电压US不变的情况下，电枢的端电压的平均值Uo取决于占空比的大小，改变值就可以改变端电压的平均值，从而达到调速的目的，这就是PWM调速原理。在PWM调速中，占空比是一个重要参数。在直流电机控制中，改变来实现调速主要方法是定频调宽法：使周期T（或频率）保持不变，而同时改变t1和t2。4、直流电机仿真利用MATLAB进行系统建模和仿真，在Simulink环境下,利用SimPower System Tool进行电路的搭建和参数的设置。由于无法获得直流小电机的具体参数，此仿真用的是中小功率直流电机，整流电路采用单相桥式逆变器，开关电子器件采用IGBT，通过控制两组IGBT的开
2、通和关断，来实现电机的正反转。图1-2 直流电机的参数图1-3 逆变电路图图1-4 电机接线图（采用串电阻启动）图1-5 电机转速随时间变化图仿真结果：下表为电机转速随-PWM中占空比占空比（%）100755025转速（rad/s）1251159861二、检测直流电机转速要测速，首先要解决是采样的问题。在使用模拟技术制作测速表时，常用测速发电机的方法，即将测速发电机的转轴与待测轴相连，测速发电机的电压高低反映了转速的高低。使用单片机进行测速，可以使用简单的脉冲计数法。只要转轴每旋转一周，产生一个或固定的多个脉冲，并将脉冲送入单片机中进行计数，即可获得转速的信息。本装置主要有两部分构成:1光电测
3、速部分 ，2测得的脉冲处理处理和显示部分。光电测速部分主要由光电传感器构成，脉冲处理部分主要经施密特触发器对接收到的脉冲进行波形校正，由单片机的T1口输入，经80C51处理后显示输出电机的转速。1、脉冲信号的获得光电传感器是应用非常广泛的一种器件，有各种各样的形式，如透射式、反射式等，基本的原理就是当发射管光照射到接收管时，接收管导通，反之关断。以透射式为例，如图1所示，当不透光的物体挡住发射与接收之间的间隙时，开关管关断，否则打开。为此，可以制作一个遮光叶片如图2所示，安装在转轴上，当扇叶经过时，产生脉冲信号。当叶片数较多时，旋转一周可以获得多个脉冲信号。图1光电传感器的原理图 图2遮光叶片
4、 光电编码器的工作原理与光电传感器一样，不过它已将光电传感器、电子电路、码盘等做成一个整体，只要用连轴器将光电传感器的轴与转轴相连，就能获得多种输出信号。我们选的是光电传感器，采用穿透法测量电机转速。当不透光的物体挡住发射与接收之间的间隙时，开关管关断，否则打开。为此，可以制作一个遮光叶片如图3所示，安装在转轴上，当扇叶经过时，产生脉冲信号。 这里我们才用转10个孔的方式！在一分钟的时间内，假如产生了10000脉冲，则电机的转速就为1000r/min.2、硬件连接测速的方法决定了测速信号的硬件连接，测速实际上就是测频，因此，频率测量的一些原则同样适用于测速。 通常，可以用计数法、测脉宽法和等精
5、度法来进行测试。所谓计数法，就是给定一个闸门时间，在闸门时间内计数输入的脉冲个数；测脉宽法是利用待测信号的脉宽来控制计数门，对一个高精度的高频计数信号进行计数。由于闸门与被测信号不能同步，因此，这两种方法都存在1误差的问题，第一种方法适用于信号频率高时使用，第二种方法则在信号频率低时使用。等精度法则对高、低频信号都有很好的适应性。这里为简化讨论，仅采用计数法来进行测试。如上图：因为光电传感器不好仿真，这里我们采用了555芯片构成一个施密特触发器，由光电传感器得到的脉冲由2，5脚输入，经3脚输出接到单片机的T1（P3.5）.。经89C51编程处理后由P1口输出通过数码管显示出转速！3、实验程序及
6、分析测量转速，使用光电传感器，被测电机带动纸片旋转，我们在纸片上开了10小孔，电机每旋转一周就会产生10个脉冲，产生12个脉冲，要求将转速值（转/分）显示在数码管上。实验程序如下：#include #define uchar unsigned char #define uint unsigned int #define ulong unsigned long#define LED_DAT P1sbit LED_SEG0 = P03;sbit LED_SEG1 = P02;sbit LED_SEG2 = P01;sbit LED_SEG3 = P00;/sbit pin_SpeedSenser
7、= P35; /光电传感器信号接在T1上#define TIME_CYLC 100 /12M晶振，定时器10ms 中断一次 我们1秒计算一次转速 / 1000ms/10ms = 100#define PLUS_PER 10 /码盘的齿数 ，这里假定码盘上有10个齿，即传感器检测到10个脉冲，认为1圈#define K 100.0 /校准系数unsigned char code table= 0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f;uchar data Disbuf4;/ 显示缓冲区 uint Tcounter = 0; /时间计数器b
8、it Flag_Fresh = 0; / 刷新标志 bit Flag_clac = 0; /计算转速标志 bit Flag_Err = 0; /超量程标志 /在数码管上显示一个四位数 void DisplayFresh（）;/计算转速，并把结果放入数码管缓冲区 void ClacSpeed（）;/初始化定时器T0void init_timer0（）;/初始化定时器T1void init_timer1（）;/延时函数 void Delay（uint ms）;void it_timer0（） interrupt 1 /* interrupt address is 0x000b */TF0 = 0;
9、 /d定时器 T0用于数码管的动态刷新 /TH0 = 0xC0; /* init values */TL0 = 0x00; Flag_Fresh = 1;Tcounter+;if（TcounterTIME_CYLC） Flag_clac = 1;/周期到，该重新计算转速了 void it_timer1（） interrupt 3 /* interrupt address is 0x001b */TF1 = 0; /定时器T1用于单位时间内收到的脉冲数 /要速度不是很快，T1永远不会益处Flag_Err = 1; /如果速度很高，我们应考虑另外一种测速方法，：脉冲宽度算转速 void main（
10、void）Disbuf0 = 0; /开机时，初始化为0000Disbuf1 = 0;Disbuf2 = 0;Disbuf3 = 0; init_timer0（）;init_timer1（）;while（1） if（Flag_Fresh） Flag_Fresh = 0; DisplayFresh（）; / 定时刷新数码管显示 if（Flag_clac） Flag_clac = 0; ClacSpeed（）; /计算转速，并把结果放入数码管缓冲区 Tcounter = 0;/周期定时 清零 TH1=TL1 = 0x00;/脉冲计数清零 if（Flag_Err） /超量程处理 /数码管显示字母EE
11、EE Disbuf0 = 0x9e; Disbuf1 = 0x9e; Disbuf2 = 0x9e; Disbuf3 = 0x9e; while（1） DisplayFresh（）;/不再测速 等待复位i /在数码管上显示一个四位数void DisplayFresh（）P2 |= 0xF0;LED_SEG0 = 0;LED_DAT = tableDisbuf0;Delay（1）;LED_SEG1 = 0;LED_DAT = tableDisbuf1;LED_SEG2 = 0;LED_DAT = tableDisbuf2;LED_SEG3 = 0;LED_DAT = tableDisbuf3;/
12、计算转速，并把结果放入数码管缓冲区void ClacSpeed（）uint speed ;uint PlusCounter;PlusCounter = TH1*256 + TL1;speed = K*（PlusCounter/PLUS_PER）/60;/K是校准系数，如速度不准，调节K的大小Disbuf0 = （speed/1000）%10;Disbuf1 = （speed/100）%10;Disbuf2 = （speed/10）%10;Disbuf3 = speed%10;void init_timer0（）TMOD &= 0xf0; /定时10毫秒 /* Timer 0 mode 1 wi
13、th software gate */TMOD |= 0x01; /* GATE0=0; C/T0#=0; M10=0; M00=1; */ET0=1; /* enable timer0 interrupt */EA=1; /* enable interrupts */TR0=1; /* timer0 run */void Delay（uint ms）uchar i;while（ms-） for（i=0;i100;i+）;void init_timer1（）= 0x0F; /* Counter 1 mode 1 with software gate */TMOD |= 0x50; C/T0#=
14、1;TH1 = 0x00;TL1 = 0x00;ET1=1; /* enable timer1 interrupt */TR1=1; /* timer1 run */4、软件仿真：光电传感器测得脉冲由555的2或5脚输入，由555的三脚输出，接入AT9C51的P3.5口。P2.4-P2.7为数码管的位选端口，p1为数据端口。5、用protel DXP画出原理图如下：6、根据原理图得到的PCB三、PWM技术调节控制电机的转速但是对于直流电动机的转速,总满足下式式中:U电压励磁绕组本身的电阻每极磁通（Wb） Cc电势常数 Cr转矩常量 由上式可知,直流电机的速度控制既可采用电枢控制法,也可采用磁场
15、控制法。磁场控制法控制磁通,其控制功率虽然较小,但低速时受到磁极饱和的限制,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,所以在工业生产过程中常用的方法是电枢控制法。 电枢控制是在励磁电压不变的情况下,把控制电压信号加到电机的电枢上来控制电机的转速。传统的改变电压方法是在电枢回路中串联一个电阻,通过调节电阻改变电枢电压,达到调速的目的,这种方法效率低、平滑度差,由于串联电阻上要消耗电功率,因而经济效益低,而且转速越慢,能耗越大。 随着电力电子的发展,出现了许多新的电枢电压控制方法。如:由交流电源供电,使用晶闸管整流器进行相控调压;脉宽调制（PWM）调压等。调
16、压调速法具有平滑度高、能耗少、精度高等优点,在工业生产中广泛使用,其中PWM应用更为广泛。脉宽调速利用一个固定的频率来控制电源的接通或断开,并通过改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短,即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”。根据图1,如果电机始终接通电源时,电机转速最大为Vmax,占空比为D=t1/T,则电机的平均速度为:VD=VmaxD,可见只要改变占空比D,就可以得到不同的电机速度,从而达到调速的目的,严格地讲,平均速度与占空比D并不是严格的线性关系,在一般的应用中,可将其近似看成线性关系。图1电枢电压占空
17、比和平均电压的关系图2PWM调速程序设计 程序由主程序（包括若干功能模块）、中断子程序以及若干个子程序组成。PWM EQU 7FH ;PWM赋初始值ORG 0000H ;初始化AJMP MAINORG 000BHAJMP INTTORG 001BHAJMP INTT1ORG 0020H;/主程序段MAIN: MOV SP,#30H MOV TMOD,#21H ;定时器0工作在模式1，定时器1工作在模式2 MOV TH1,PWM ;脉宽调节 MOV TL1,#00H MOV TH0,#0FEH ;0.5ms延时常数 MOV TL0,#0BH ;频率调节 SETB EA ;允许CPU开中断 SET
18、B ET0 ;允许定时器0开中断 SETB ET1 ;允许定时器1开中断 SETB TR0 ;启动定时器0 MOV R1,#00H ;寄存器R1清零 MOV P1,R1 ;p1清零WAIT: MOV P0,#0FFH ;设置p0状态 CLR P0.6 ;对第二列清0 MOV A,P0 ;扫描p0端口 ANL A,#0FH ;屏蔽高位 XRL A,#0FH ;判断是否有按键按下 JZ WAIT1 ;无键按下跳转下一个键盘扫描程序 LCALL DELAY10MS ;调用延时再次扫描p0判断是否真有按键按下 ANL A,#0FH判断是否真的有键按下按键抖动跳转至下一个键盘扫描程序 MOV A,P0
19、CJNE A,#0EH,QIANJIN MOV P1,#050HQIANJIN: CJNE A,#0DH,YOUZHUAN MOV P1,#0A0HYOUZHUAN: CJNE A,#0BH,ZUOZHUAN MOV P1,#090HZUOZHUAN: CJNE A,#07H,DENGDAI MOV P1,#060H /加速、减速WAIT1: MOV P0,#0FFH CLR P0.4 XRL A,#0FH JZ WAIT ACALL DELAY10MS CJNE A,#07H,JIANSU MOV A,PWM CJNE A,#0FFH,PWMINC ;是否到最大值？ SJMP WAITPWM
20、INC: INC PWM ;调节脉宽（脉宽减短）JIANSU: CJNE A,#0BH,DENGDAI CJNE A,#00H,PWMDECPWMDEC: DEC PWMDENGDAI:JNZ DENGDAI/定时器0的中断INTT0: CLR TR1 MOV TH0,#0FeH ; MOV TL0,#0bH ; MOV TH1,PWM SETB TR1 MOV P2,#00H ;启动输出 RETIINTT1: CLR TR1 ;脉宽调节结束 MOV P2,#0FFH ;结束输出 RETI DELAY10MS: MOV R6,#10D1: MOV R7,#248 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D1RETEND电机随着占空比的增加或减少电机转速也越来越快。通过改变占空比实现了对直流电机的调速。
