基于單片機(jī)的直流電機(jī)控制

孫偉

眾所周知，在近些年的發(fā)展過(guò)程中，單片機(jī)等微處理器為核心的數(shù)字系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為當(dāng)前直流電機(jī)最為主流的控制系統(tǒng)。直流電機(jī)能夠得到如此廣泛的應(yīng)用，與直流電機(jī)本身在制動(dòng)、啟動(dòng)以及調(diào)速等等方面的良好性能有著不可分割的緊密聯(lián)系，單片機(jī)能夠非常精準(zhǔn)地控制好直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 直流電機(jī) 控制系統(tǒng)

在工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，最重要的動(dòng)力來(lái)源之一便是電機(jī)。伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國(guó)當(dāng)前的工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化水平更是有了非常顯著的提升，單片機(jī)在自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)線以及大型自動(dòng)車(chē)床中應(yīng)用越發(fā)廣泛。以下是筆者結(jié)合自己多年的相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，就單片機(jī)的直流電機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)要的剖析。

1 單片機(jī)直流電機(jī)控制系統(tǒng)原理分析

與其他電動(dòng)機(jī)相比較而言，直流電動(dòng)機(jī)有著比較優(yōu)良的調(diào)速性能，但是，因?yàn)闄C(jī)械換向器本身會(huì)受到噪聲、電磁以及火花等等因素的干擾，所以，通常會(huì)選用模糊PID控制方式，這種方式是模糊控制和PID控制二者結(jié)合產(chǎn)生的，有著非常強(qiáng)的抗干擾能力，其不再完全依賴于數(shù)學(xué)模型，更是在一定程度上對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，全面提升了系統(tǒng)的性能。

2 具體設(shè)計(jì)分析

此設(shè)計(jì)想要實(shí)現(xiàn)的最終目的，是要完成PWM調(diào)速器的正反轉(zhuǎn)、加減速以及停止等等操作，還有電路的仿真。在操作的過(guò)程中，我們將控制電路的最核心部分定在了AT89C51上面，同時(shí)會(huì)配置不同的驅(qū)動(dòng)以及顯示模塊，進(jìn)而更好地測(cè)量電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速參數(shù)，在硬件結(jié)構(gòu)上面，會(huì)采用集成電路模塊，簡(jiǎn)化硬件電路，提升控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

2.1 總體設(shè)計(jì)框圖分析

直流電機(jī)PWM調(diào)速方案（如圖1所示）。

具體說(shuō)明：

在整個(gè)控制系統(tǒng)里面，AT89C2051是絕對(duì)的控制核心，其有三項(xiàng)重要的組成模塊，分別是命令輸入模塊、LCD顯示模塊、電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模塊。關(guān)于命令的輸入采用的是中斷的獨(dú)立式鍵盤(pán)，有了程序的精確控制，直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片會(huì)由單片機(jī)準(zhǔn)確發(fā)送PWM波形，此外，H型驅(qū)動(dòng)電路也會(huì)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，單片機(jī)會(huì)持續(xù)不停地將從鍵盤(pán)當(dāng)中獲取的數(shù)據(jù)精確傳送給LCD顯示模塊，這樣一來(lái)，我們不僅僅能夠了解其速度，也能夠了解其轉(zhuǎn)向等等相關(guān)提示類(lèi)信息。

2.2 基于單片機(jī)的直流電機(jī)單元電路的設(shè)計(jì)

2.2.1 電機(jī)結(jié)構(gòu)

小功率的直流電機(jī)由兩個(gè)重要的部分組成，分別是定子與轉(zhuǎn)子。一般在定子上面會(huì)裝有磁極，磁極上面會(huì)繞有勵(lì)磁繞組，轉(zhuǎn)子則是由硅鋼片疊壓形成，在轉(zhuǎn)子的外部會(huì)有槽，槽中會(huì)裝有電樞繞組，繞組會(huì)通過(guò)換向器以及電刷引出。這種直流電機(jī)的調(diào)速方法是以改變直流電機(jī)電樞上的電壓接通或者斷開(kāi)時(shí)間的比值來(lái)改變平均電壓的大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制。

2.2.2 工作原理

眾所周知，直流電機(jī)電路有N、S兩個(gè)磁極，在磁極上面會(huì)安裝一個(gè)鐵磁圓柱體，用來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)方向，而且在這個(gè)圓柱體表面，也會(huì)固定一個(gè)線圈，一旦有電流經(jīng)過(guò)，線圈便會(huì)因?yàn)殡姶帕Φ淖饔?，發(fā)生旋轉(zhuǎn)。根據(jù)左手定則，線圈中的電流改變方向時(shí)，線圈的方向也會(huì)隨著改變。

2.2.3 調(diào)速工作方案分析

方案一：雙極性工作制

何為雙極性工作制，其指的是在一個(gè)脈沖周期內(nèi)，單片機(jī)的兩個(gè)控制口各自輸出一個(gè)控制信號(hào)，兩信號(hào)高低電平是相反的，兩信號(hào)的高電平時(shí)差成為了決定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)向的重要因素。

方案二：?jiǎn)螛O性工作制

何為單極性工作制，其指的是在單片機(jī)控制口的一端置低電平，而另外一端輸出PWM信號(hào)，兩口的輸出切換和對(duì)PWM 的占空比調(diào)節(jié)決定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速。

兩種方案相比較，因?yàn)榉桨付械膯螛O性工作制電壓波開(kāi)中的交流成分要比方案二中的雙極性工作制小很多，最大波動(dòng)也要小于雙極性工作制，所以，一般情況下，會(huì)更加傾向于第二種方案，即單極性工作制。

2.2.4 PWM控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

我們都知道，直流電機(jī)PWM調(diào)制控制系統(tǒng)具有非常良好的控制功能，其加減速、正反轉(zhuǎn)以及停止等等都受其控制。操作開(kāi)關(guān)通過(guò)中斷控制來(lái)對(duì)直流電機(jī)的加減速、正反轉(zhuǎn)以及停止等進(jìn)行有效的控制，并且通過(guò)LCD液晶來(lái)顯示。操作開(kāi)關(guān)的狀態(tài)是由液晶顯示器來(lái)顯示的，而直流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度則是由LCD液晶來(lái)顯示的。

2.2.5 系統(tǒng)仿真

在PROTEUS運(yùn)行環(huán)境當(dāng)中，LCD液晶顯示電路的系統(tǒng)仿真與調(diào)試首先要檢驗(yàn)的是LCD顯示電路，添加程序，LCD液晶顯示電路的運(yùn)行，只有確保系統(tǒng)運(yùn)行成功之后，才可以在現(xiàn)有的電路基礎(chǔ)之上進(jìn)一步拓展帶中斷的獨(dú)立式鍵盤(pán)。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，為了更好地實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)控制的需求，我們必須要不斷完善這種基于單片機(jī)為核心的直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，不斷創(chuàng)新整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)，提升系統(tǒng)的實(shí)際操作水平，確保其精準(zhǔn)性與安全性。直流電機(jī)是目前市場(chǎng)上最常見(jiàn)的一種電機(jī)形式，其在社會(huì)中的各個(gè)領(lǐng)域都有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，研究、創(chuàng)新與完善直流電機(jī)的控制方法有著非常重要的社會(huì)價(jià)值以及意義。

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作者單位

沈陽(yáng)城市建設(shè)學(xué)院 遼寧省沈陽(yáng)市 110167endprint