直流電動(dòng)機(jī)控制畢業(yè)論文

1、<p><b>　　引言</b></p><p>　　電動(dòng)機(jī)作為最主要的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換裝置，其應(yīng)用范圍已遍及國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域和人們的日常生活。無(wú)論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，交通運(yùn)輸，國(guó)防，航空航天，醫(yī)療衛(wèi)生，商務(wù)和辦公設(shè)備中，還是在日常生活的家用電器和消費(fèi)電子產(chǎn)品（如電冰箱，空調(diào)，DVD等）中，都大量使用著各種各樣的電動(dòng)機(jī)。據(jù)資料顯示，在所有動(dòng)力資源中，百分之九十以上來(lái)自電動(dòng)機(jī)。同樣，我國(guó)生

2、產(chǎn)的電能中有百分之六十是用于電動(dòng)機(jī)的。電動(dòng)機(jī)與人的生活息息相關(guān)，密不可分。電氣時(shí)代，電動(dòng)機(jī)的調(diào)速控制一般采用模擬法，對(duì)電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)單控制應(yīng)用比較多。簡(jiǎn)單控制是指對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)，制動(dòng)，正反轉(zhuǎn)控制和順序控制。這類(lèi)控制可通過(guò)繼電器，可編程控制器和開(kāi)關(guān)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)。還有一類(lèi)控制叫復(fù)雜控制，是指對(duì)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)角，轉(zhuǎn)矩，電壓，電流，功率等物理量進(jìn)行控制。[13]</p><p><b>　　1　緒論</b&

3、gt;</p><p>　　本章介紹了直流電機(jī)的特點(diǎn)及其發(fā)展概況，然后介紹了直流電機(jī)在工業(yè)控制等領(lǐng)域中的具體應(yīng)用，同時(shí)闡述了直流電機(jī)控制中有待研究的問(wèn)題。并在此基礎(chǔ)之上介紹了本課題的選題背景和意義，最后列出了本文研究的主要內(nèi)容及全文的結(jié)構(gòu)安排。</p><p>　　1.1直流電動(dòng)機(jī)控制的發(fā)展歷史及研究現(xiàn)狀</p><p>　　1.1.1直流電動(dòng)機(jī)控制的發(fā)展歷史<

4、;/p><p>　　常用的控制直流電動(dòng)機(jī)有以下幾種:第一，最初的直流調(diào)速系統(tǒng)是采用恒定的直流電壓向直流電動(dòng)機(jī)電樞供電，通過(guò)改變電樞回路中的電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。這種方法簡(jiǎn)單易行設(shè)備制造方便，價(jià)格低廉。但缺點(diǎn)是效率低、機(jī)械特性軟、不能在較寬范圍內(nèi)平滑調(diào)速，所以目前極少采用。第二，三十年代末，出現(xiàn)了發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)(也稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)變流組)，配合采用磁放大器、電機(jī)擴(kuò)大機(jī)、閘流管等控制器件，可獲得優(yōu)良的調(diào)速性能，如有較寬的調(diào)速范圍(十比

5、一至數(shù)十比一)、較小的轉(zhuǎn)速變化率和調(diào)速平滑等，特別是當(dāng)電動(dòng)機(jī)減速時(shí)，可以通過(guò)發(fā)電機(jī)非常容易地將電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪慣量反饋給電網(wǎng)，這樣，一方面可得到平滑的制動(dòng)特性，另一方面又可減少能量的損耗，提高效率。但發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是需要增加兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)和一些輔助勵(lì)磁設(shè)備，因而體積大，維修困難等。第三，自出現(xiàn)汞弧變流器后，利用汞弧變流器代替上述發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)，使調(diào)速性能指標(biāo)又進(jìn)一步提高。特別是它的系統(tǒng)快速響應(yīng)性是發(fā)

6、電機(jī)、電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)不能比擬的。但是汞弧變流器仍存在一些缺點(diǎn):維修還是不太方便，特別是水銀蒸汽對(duì)維護(hù)人員會(huì)造成一定的危害等。第四，1957年世界上出現(xiàn)了第一只晶閘管</p><p>　　從20世紀(jì)80年代中后期起，以晶閘管整流裝置取代了以往的直流發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)組及水銀整流裝置，使直流電氣傳動(dòng)完成一次大的躍進(jìn)。同時(shí)，控制電路也實(shí)現(xiàn)了高度集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)

7、用范圍不斷擴(kuò)大，直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展。</p><p>　　隨著微型計(jì)算機(jī)、超大規(guī)模集成電路、新型電子電力開(kāi)關(guān)器件和新型傳感器的出現(xiàn)，以及自動(dòng)控制理論、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的深入發(fā)展，直流電動(dòng)機(jī)控制也裝置不斷向前發(fā)展。微機(jī)的應(yīng)用使直流電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)趨向于數(shù)字化、智能化，極大地推動(dòng)了電氣傳動(dòng)的發(fā)展。近年來(lái)，一些先進(jìn)國(guó)家陸續(xù)推出并大量使用以微機(jī)為控制核心的直流電氣傳動(dòng)裝置，如西門(mén)子公司的SIMOREG K

8、6RA24、ABB公司的PAD/PSD等等。</p><p>　　隨著現(xiàn)代化步伐的加快，人們生活水平的不斷提高，對(duì)自動(dòng)化的需求也越來(lái)越高，直流電動(dòng)機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域也不斷擴(kuò)大。例如，軍事和宇航方面的雷達(dá)天線(xiàn)，火炮瞄準(zhǔn)，慣性導(dǎo)航，衛(wèi)星姿態(tài)，飛船光電池對(duì)太陽(yáng)得跟蹤等控制；工業(yè)方面的各種加工中心，專(zhuān)用加工設(shè)備，數(shù)控機(jī)床，工業(yè)機(jī)器人，塑料機(jī)械，印刷機(jī)械，繞線(xiàn)機(jī)，紡織機(jī)械，工業(yè)縫紉機(jī)，泵和壓縮機(jī)等設(shè)備的控制；計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和辦公設(shè)

9、備中的各種磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，各種光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，繪圖儀，掃描儀，打印機(jī)，傳真機(jī)，復(fù)印機(jī)等設(shè)備的控制；音像設(shè)備和家用電器中的錄音機(jī)，錄像機(jī)，數(shù)碼相機(jī)，洗衣機(jī)，冰箱，電扇等的控制。</p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)，微電子技術(shù)的發(fā)展以及新型電力電子功率器件的不斷涌現(xiàn)，電動(dòng)機(jī)的控制策略也發(fā)生了深刻的變化。電動(dòng)機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展得力于微電子技術(shù)，電力電子技術(shù)，傳感器技術(shù)，永磁材料技術(shù)，微機(jī)應(yīng)用技術(shù)的最新發(fā)展成就。變頻技術(shù)和脈寬調(diào)制技術(shù)

10、已成為電動(dòng)機(jī)控制的主流技術(shù)。正是這些技術(shù)的進(jìn)步使電動(dòng)控制技術(shù)在近二十年內(nèi)發(fā)生了很大的變化。其中，電動(dòng)機(jī)控制策略的模擬實(shí)現(xiàn)正逐漸退出歷史舞臺(tái)，而采用微處理器，通用計(jì)算機(jī)，F(xiàn)PGA/CPLD，DSP控制器等現(xiàn)代手段構(gòu)成的數(shù)字控制系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)部分所采用的功率器件經(jīng)歷了幾次的更新?lián)Q代以后，速度更快，控制更容易的全控型功率器件MOSFET和IGBT逐漸成為主流。功率器件控制條件的變化和微電子技術(shù)的使用也使新型的電動(dòng)機(jī)控制方法能

11、夠得到實(shí)現(xiàn)。其中，脈寬調(diào)制（PWM）方法，變頻技術(shù)在直流調(diào)速和交流調(diào)速系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。永磁材料技術(shù)的突破與微電子技術(shù)的結(jié)合又產(chǎn)生了一批新型的電動(dòng)機(jī)，如永磁直流電動(dòng)機(jī)，交流伺服電動(dòng)機(jī)，超聲波電動(dòng)機(jī)等。由于有微處理器和傳感器作為新一代運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)的組成部分，所以又稱(chēng)這種運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)為智能運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。所以應(yīng)用先進(jìn)控制算法，開(kāi)發(fā)全</p><p>　　在那些對(duì)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的性能要求較高的場(chǎng)合（如數(shù)控機(jī)床，工業(yè)縫

12、紉機(jī)，磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器，打印機(jī)，傳真機(jī)等設(shè)備中，要求電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)精確定位，適應(yīng)劇烈負(fù)載變化），傳統(tǒng)的控制算法已難以滿(mǎn)足系統(tǒng)要求。為了適應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，現(xiàn)有的電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)也在朝著高精度，高性能，網(wǎng)絡(luò)化，信息化，模糊化的方向不斷前進(jìn)。</p><p>　　1.1.2直流電動(dòng)機(jī)控制的研究現(xiàn)狀</p><p>　　數(shù)字直流調(diào)速裝置，從技術(shù)上，它能成功地做到從給定信號(hào)、調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)定、直到觸發(fā)脈沖的數(shù)字化，

13、使用通用硬件平臺(tái)附加軟件程序控制一定范圍功率和電流大小的直流電機(jī)，同一臺(tái)控制器甚至可以?xún)H通過(guò)參數(shù)設(shè)定和使用不同的軟件版本對(duì)不同類(lèi)型的被控對(duì)象進(jìn)行控制，強(qiáng)大的通訊功能使它易和PLC等各種器件通訊組成整個(gè)工業(yè)控制過(guò)程系統(tǒng)，而且具有操作簡(jiǎn)便、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，尤其是方便靈活的調(diào)試方法、完善的保護(hù)功能、長(zhǎng)期工作的高可靠性和整個(gè)控制器體積小型化，彌補(bǔ)了模擬直流調(diào)速控制系統(tǒng)的保護(hù)功能不完善、調(diào)試不方便、體積大等不足之處，且數(shù)字控制系統(tǒng)表現(xiàn)出另外一

14、些優(yōu)點(diǎn)，如查找故障迅速、調(diào)速精度高、維護(hù)簡(jiǎn)單，使其具備了廣一闊的應(yīng)用前景。[18]</p><p>　　國(guó)外主要電氣公司如瑞典的ABB公司、德國(guó)的西門(mén)子公司、AEG公司、日本的三菱公司、東芝公司、美國(guó)的GE公司、西屋公司等，均已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多個(gè)數(shù)字直流調(diào)速裝置，有成熟的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模板化的應(yīng)用產(chǎn)品。</p><p>　　我國(guó)從20世紀(jì)60年代初試制成功第一只硅晶閘管以來(lái)，晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)

15、也得到迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。目前，晶閘管供電的直流調(diào)速系統(tǒng)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　我國(guó)關(guān)于數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的研究主要有:綜合性最優(yōu)控制，補(bǔ)償PID控制，PID算法優(yōu)化，也有的只應(yīng)用模糊控制技術(shù)。[19]</p><p>　　隨著新型電力半導(dǎo)體器件的發(fā)展，IGBT(絕緣柵雙極型晶體管)具有開(kāi)關(guān)速度快、驅(qū)動(dòng)簡(jiǎn)單和可以自關(guān)斷等優(yōu)點(diǎn)，克服了晶閘管的主要缺點(diǎn)。因此

16、我國(guó)直流電機(jī)調(diào)速也正向著脈寬調(diào)制（pulse width modulation,簡(jiǎn)稱(chēng)PWM）方向發(fā)展。[16]</p><p>　　我國(guó)現(xiàn)在大部分?jǐn)?shù)字化控制直流調(diào)速裝置依靠進(jìn)口。但由于進(jìn)口設(shè)備價(jià)格昂貴，也給出了國(guó)產(chǎn)全數(shù)字控制直流調(diào)速裝置的發(fā)展空間。目前，國(guó)內(nèi)許多大專(zhuān)院校、科研單位和廠家也都在開(kāi)發(fā)全數(shù)字直流調(diào)速裝置。[12]</p><p>　　1.2本課題主要研究?jī)?nèi)容及意義</p&g

17、t;<p>　　由于變頻技術(shù)的出現(xiàn)，交流調(diào)速一直沖擊直流調(diào)速，但綜觀全局，尤其是我國(guó)在此領(lǐng)域的現(xiàn)狀，再加上全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的出現(xiàn)，更提高了直流調(diào)速系統(tǒng)的精度及可靠性，直流調(diào)速系統(tǒng)仍將處于十分重要地位。</p><p>　　對(duì)于直流調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)速控制的要求有穩(wěn)速、調(diào)速、加速或減速三個(gè)方面，而在工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)于后兩個(gè)要求已能很好地實(shí)現(xiàn)，但工程應(yīng)用中穩(wěn)速指標(biāo)卻往往不能達(dá)到預(yù)期的效果，穩(wěn)速要求即以一定的精度在

18、所需要的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行，在各種干擾不允許有過(guò)大的轉(zhuǎn)速波動(dòng)。</p><p>　　穩(wěn)速很難達(dá)到要求原因在于數(shù)字直流調(diào)速裝置中的PID調(diào)節(jié)器對(duì)被控對(duì)象及其負(fù)載參數(shù)變化適應(yīng)能力差。直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型很容易得到，這使得經(jīng)典控制理論在己知被控對(duì)象的傳遞函數(shù)才能進(jìn)行設(shè)計(jì)的前提得到滿(mǎn)足，大部分?jǐn)?shù)字直流調(diào)速控制器就是建立在此基礎(chǔ)上的。然而，在實(shí)際的傳動(dòng)系統(tǒng)中，電機(jī)本身的參數(shù)和拖動(dòng)負(fù)載的參數(shù)并不如模型那樣一成不變，尤其對(duì)于中小型電機(jī)

19、，在某些應(yīng)用場(chǎng)合隨工況而變化;同時(shí)，直流電機(jī)本身是一個(gè)非線(xiàn)性的被控對(duì)象，許多拖動(dòng)負(fù)載含有彈性或間隙等非線(xiàn)性因素，因此，被控對(duì)象的參數(shù)變化與非線(xiàn)性特性，使得線(xiàn)性常參數(shù)PID調(diào)節(jié)器顧此失彼，不能使系統(tǒng)在各種工況下都能保持設(shè)計(jì)時(shí)的性能指標(biāo)，往往使得控制系統(tǒng)的魯棒性差，特別是對(duì)于模型參數(shù)大范圍變化且具有較強(qiáng)非線(xiàn)性環(huán)節(jié)的系統(tǒng)，常規(guī)PID調(diào)節(jié)器難以滿(mǎn)足高精度、快響應(yīng)的控制要求，常常不能有效克服負(fù)載、模型參數(shù)的大范圍變化以及非線(xiàn)性因素的影響。在工程上

20、，這種控制器就很有可能滿(mǎn)足不了生產(chǎn)的需求，如:軋鋼工業(yè)同軸控制系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)窯傳動(dòng)裝置、軋輥磨床拖板電控系統(tǒng)等都需要在生產(chǎn)過(guò)程中保持穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速要求，而生產(chǎn)負(fù)載參數(shù)卻是隨著工況變化的。[7]</p><p>　　模糊控制不要求被控對(duì)象的精確模型且適應(yīng)性強(qiáng)，為了克服常規(guī)數(shù)字直流調(diào)速裝置的缺點(diǎn)，可將模糊控制與PID調(diào)節(jié)器結(jié)合，形成fuzzy-PID復(fù)合控制方案，設(shè)計(jì)能在負(fù)載、模型參數(shù)的大范圍變化以及非線(xiàn)性因素的影響下均可以

21、滿(mǎn)足控制穩(wěn)定轉(zhuǎn)速精度要求的直流電機(jī)控制器。[5]</p><p>　　2 直流電機(jī)的運(yùn)行原理</p><p>　　2.1直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖2.1直流電機(jī)的物理模型圖</p><p>　　其中，固定部分有磁鐵，這里稱(chēng)為主磁極；固定部分還有電刷。轉(zhuǎn)動(dòng)部分有環(huán)形鐵心和繞在環(huán)形鐵心上的繞組。(其中2個(gè)小圓圈是為了方便的表示該位置上

22、的導(dǎo)體電勢(shì)或電流的方向而設(shè)置的)</p><p>　　上圖表示一臺(tái)最簡(jiǎn)單的兩極直流電機(jī)模型，它的固定部分（定子）上，裝設(shè)了一對(duì)直流勵(lì)磁的靜止的主磁極N和S，在旋轉(zhuǎn)部分（轉(zhuǎn)子）上裝設(shè)電樞鐵心。定子與轉(zhuǎn)子之間有一氣隙。在電樞鐵心上放置了由A和X兩根導(dǎo)體連成的電樞線(xiàn)圈，線(xiàn)圈的首端和末端分別連到兩個(gè)圓弧形的銅片上，此銅片稱(chēng)為換向片。換向片之間互相絕緣，由換向片構(gòu)成的整體稱(chēng)為換向器。換向器固定在轉(zhuǎn)軸上，換向片與轉(zhuǎn)軸之間亦互

23、相絕緣。在換向片上放置著一對(duì)固定不動(dòng)的電刷B1和B2，當(dāng)電樞旋轉(zhuǎn)時(shí)，電樞線(xiàn)圈通過(guò)換向片和電刷與外電路接通。[1]</p><p>　　2.2 直流電機(jī)的基本工作原理</p><p>　　圖2.2直流電機(jī)的基本工作原理圖</p><p>　　對(duì)圖2.1所示的直流電機(jī)，如果去掉原動(dòng)機(jī)，并給兩個(gè)電刷加上直流電源，如上圖（a）所示，則有直流電流從電刷 A 流入，經(jīng)過(guò)線(xiàn)圈ab

24、cd，從電刷 B 流出，根據(jù)電磁力定律，載流導(dǎo)體ab和cd收到電磁力的作用，其方向可由左手定則判定，兩段導(dǎo)體受到的力形成了一個(gè)轉(zhuǎn)矩，使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。如果轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到如上圖（b）所示的位置，電刷 A 和換向片2接觸，電刷 B 和換向片1接觸，直流電流從電刷 A 流入，在線(xiàn)圈中的流動(dòng)方向是dcba，從電刷 B 流出。</p><p>　　此時(shí)載流導(dǎo)體ab和cd受到電磁力的作用方向同樣可由左手定則判定，它們產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩仍

25、然使得轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。這就是直流電動(dòng)機(jī)的工作原理。外加的電源是直流的，但由于電刷和換向片的作用，在線(xiàn)圈中流過(guò)的電流是交流的，其產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩的方向卻是不變的。[4]</p><p>　　實(shí)用中的直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的繞組也不是由一個(gè)線(xiàn)圈構(gòu)成，同樣是由多個(gè)線(xiàn)圈連接而成，以減少電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩的波動(dòng)，繞組形式同發(fā)電機(jī)。</p><p>　　2.3直流電機(jī)的調(diào)速原理</p><p>

26、;　　眾所周知，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速n的表達(dá)式為:</p><p><b>　　(2 - 1)</b></p><p>　　式中:U-電樞端電壓</p><p><b>　　I-電樞電流</b></p><p><b>　　R-電樞電路總電阻</b></p><p&

27、gt;<b>　　Φ-每極磁通量</b></p><p>　　K-與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)</p><p>　　由上式可知，直流電機(jī)轉(zhuǎn)速n的控制方法有三種:</p><p>　　(1)調(diào)節(jié)電樞電壓U。改變電樞電壓從而改變轉(zhuǎn)速，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，適用于要求大范圍無(wú)級(jí)平滑調(diào)速的系統(tǒng);</p><p>　　(2)改變電

28、機(jī)主磁通中只能減弱磁通，使電動(dòng)機(jī)從額定轉(zhuǎn)速向上變速，屬恒功率調(diào)速方法，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，雖能無(wú)級(jí)平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍小;</p><p>　　(3)改變電樞電路電阻R在電動(dòng)機(jī)電樞外串電阻進(jìn)行調(diào)速，只能有級(jí)調(diào)速，平滑性差、機(jī)械特性軟、效率低。</p><p>　　改變電樞電路電阻的方法缺點(diǎn)很多，目前很少采用:弱磁調(diào)速范圍不大，往往與調(diào)壓調(diào)速配合使用;因此，自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)以調(diào)壓調(diào)速為主，這也是論文中

29、設(shè)計(jì)系統(tǒng)所采用的方法。</p><p>　　改變電樞電壓主要有三種方式:旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組、靜止變流裝置、脈寬調(diào)制（PWM）變換器(或稱(chēng)直流斬波器)。</p><p>　　(l)旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組用交流電動(dòng)機(jī)和直流發(fā)電機(jī)組成機(jī)組以獲得可調(diào)直流電壓，簡(jiǎn)稱(chēng)G-M系統(tǒng)，國(guó)際上統(tǒng)稱(chēng)Ward-Leonard系統(tǒng)，這是最早的調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)。G-M系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能，但系統(tǒng)復(fù)雜、體積大、效率低、運(yùn)行有噪音、維護(hù)不

30、方便。</p><p>　　(2)20世紀(jì)50年代，開(kāi)始用汞弧整流器和閘流管組成的靜止變流裝置取代旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組，但到50年代后期又很快讓位于更為經(jīng)濟(jì)可靠的晶閘管變流裝置。采用晶閘管變流裝置供電的直流調(diào)速系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)V-M系統(tǒng)，又稱(chēng)靜止的Ward-Leonard系統(tǒng)，通過(guò)控制電壓的改變來(lái)改變晶閘管觸發(fā)控制角α。進(jìn)而改變整流電壓Ud的大小，達(dá)到調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。V-M在調(diào)速性能、可靠性、經(jīng)濟(jì)性上都具有優(yōu)越性，成為

31、直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。</p><p>　　(3) 脈寬調(diào)制 (PWM)變換器又稱(chēng)直流斬波器，是利用功率開(kāi)關(guān)器件通斷實(shí)現(xiàn)控制，調(diào)節(jié)通斷時(shí)間比例，將固定的直流電源電壓變成平均值可調(diào)的直流電壓，亦稱(chēng)DC-DC變換器。</p><p>　　絕大多數(shù)直流電動(dòng)機(jī)采用開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式。開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，通過(guò)脈寬調(diào)制PWM來(lái)控制電動(dòng)機(jī)電樞電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。</p>

32、<p>　　2.4 直流電機(jī)的數(shù)學(xué)模型</p><p>　　直流電動(dòng)機(jī)的等效電路如下圖所示。</p><p>　　圖2.3直流電動(dòng)機(jī)等效圖</p><p>　　電路的電壓平衡方程和力矩平衡方程為:</p><p><b>　　(2 - 2)</b></p><p><b>　　

33、(2 - 3)</b></p><p>　　式中 Ua 電源電壓;</p><p><b>　　Ia-電樞電流 ;</b></p><p>　　Ra-電樞電阻(包括電刷、換向器以及兩者之間的電阻);</p><p><b>　　La-電樞電感;</b></p><p

34、>　　Ea-電樞反電動(dòng)勢(shì);</p><p><b>　　J-轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;</b></p><p><b>　　Ω-轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度;</b></p><p><b>　　Te-電磁轉(zhuǎn)距;</b></p><p><b>　　Tl-負(fù)載轉(zhuǎn)距;</b><

35、/p><p>　　KD-轉(zhuǎn)動(dòng)部分的阻尼系數(shù).</p><p>　　永磁直流電動(dòng)機(jī)的電樞反電動(dòng)勢(shì)可表示為:</p><p>　　Ea=Ke*Ω (2 - 4)</p><p>　　式中Ke-反電動(dòng)勢(shì)常數(shù).</p><p><b>　　電磁轉(zhuǎn)矩為:</b>&l

36、t;/p><p>　　Te=KT *Ia (2 - 5)</p><p>　　式中KT-磁轉(zhuǎn)矩常數(shù)。[2]</p><p>　　動(dòng)態(tài)工作特性是指實(shí)際的動(dòng)作與相應(yīng)的動(dòng)作命令之間的響應(yīng)關(guān)系。將式 (2-2)、式(2-3)、式(2-4)和式(2-5)作拉氏變換，得到如下函數(shù):</p><p>　　Ua(s

37、)=RaIa(s)+ LaSIa(s)+ Ea(s)</p><p>　　JSΩ(s)=Te(s)一Tl(s)一KDSΩ(s)</p><p>　　Ea(s)= KeΩ(s)</p><p>　　Te(s)=KTIa(s)</p><p>　　上面的式子可以用下面的方框圖表示。[3]</p><p>　　圖2.4直流電

38、動(dòng)機(jī)數(shù)學(xué)模型</p><p>　　3 模糊控制的基本原理</p><p>　　3.1模糊控制的起源</p><p>　　“模糊”一詞的英語(yǔ)名稱(chēng)是“Fuzzy”，從文字上理解，包含了“含糊”、“不確定”、“不清楚”等概念，人們?cè)谏a(chǎn)中碰到的很多事情，包括人腦的思維，具有模糊性的特點(diǎn)，所謂“模糊性”，只要是指客觀事物彼此之間的差異在中過(guò)渡的“不分明性”。例如:冷和熱，或

39、很冷、冷、暖和、熱和很熱，大、中、小，長(zhǎng)和短等等，都很難用精確的數(shù)學(xué)語(yǔ)言劃分出一條截然分明的界限。而經(jīng)典數(shù)學(xué)只能確切地描述事物，難以描述人們?cè)谌粘Ｉ钪杏龅降拇罅磕：F(xiàn)象和概念。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，迫切要求能描述和處理這些模糊現(xiàn)象和概念。人們?cè)诮?jīng)典數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)上，對(duì)它進(jìn)行改造和擴(kuò)充，產(chǎn)生了模糊數(shù)學(xué)。</p><p>　　模糊理論是在美國(guó)加里福尼亞大學(xué)L.A.Zadeh教授于1965創(chuàng)立的模糊集合理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)上發(fā)展

40、起來(lái)的，是描述處理人類(lèi)語(yǔ)言所特有的模糊信息理論。主要包括模糊集合及其隸屬函數(shù)，模糊算子和模糊關(guān)系。</p><p>　　Zadeh教授首次提出了表達(dá)事物模糊性的重要概念—隸屬函數(shù)，從而突破了19世紀(jì)末期德國(guó)數(shù)學(xué)家Cantor創(chuàng)立的經(jīng)典集合理論的局限性。借助于隸屬函數(shù)可以表達(dá)一個(gè)模糊概念從“完全不屬于”到“完全屬于”的過(guò)渡，才能對(duì)有的模糊概念進(jìn)行定量表示。隸屬函數(shù)的提出奠定了模糊理論的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。這樣，像“冷”和“熱

41、”這些常規(guī)經(jīng)典集合中無(wú)法解決的模糊概念就可以在模糊集合得到有效的表達(dá)，為計(jì)算機(jī)處理這種語(yǔ)言信息提供了一種可行的方法。[30]</p><p>　　1974年，英國(guó)的EH.Mmadnai首次用模糊邏輯和模糊推理實(shí)現(xiàn)世界第一個(gè)實(shí)驗(yàn)性的蒸汽機(jī)控制，并取得了比傳統(tǒng)的直接數(shù)字控制算法更好的效果。他的成功也標(biāo)志著人們采用模糊邏輯進(jìn)行工業(yè)控制的開(kāi)始，從而宣告了模糊控制的問(wèn)世。從將近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展來(lái)看，模糊邏輯應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域

42、就是模糊控制，模糊控制在各種領(lǐng)域出人意料地解決了傳統(tǒng)控制理論無(wú)法解決或難以解決問(wèn)題，并取得了一些令人信服的成效。</p><p>　　對(duì)于模糊控制的評(píng)價(jià)是模糊控制不依賴(lài)于被控對(duì)象精確的數(shù)學(xué)模型。模糊控制在特定的條件下可以達(dá)到經(jīng)典控制論難以達(dá)到的“滿(mǎn)意控制”，而不是最佳控制。其二模糊理論確實(shí)有很多不完替之處，比如模糊規(guī)則的獲取和確定，隸屬函數(shù)的選擇以及比較敏感的穩(wěn)定性問(wèn)題至今未得到完善的解決，但這些卻不能否認(rèn)模糊控

43、制的科學(xué)性和有效性，事實(shí)上它是智能控制的一個(gè)重要分支。同時(shí)模糊控制不僅適用于小規(guī)模線(xiàn)性單變量系統(tǒng)，而且逐漸向大模、非線(xiàn)性復(fù)雜系統(tǒng)擴(kuò)展。模糊控制在控制領(lǐng)域中的地位和作用越來(lái)越重要，這點(diǎn)在圖3.1中可以看出。</p><p>　　圖3.1模糊控制在控制領(lǐng)域中的地位與作用</p><p>　　3.2模糊控制的發(fā)展和現(xiàn)狀</p><p>　　模糊控制(Fuzzy contr

44、ol)是一種對(duì)系統(tǒng)控制的宏觀方法，其核心是用語(yǔ)言描述控制規(guī)則，通常用“如果…，則…（if-then）”的方式來(lái)表達(dá)在實(shí)際中的專(zhuān)家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。FI語(yǔ)句部分，即條件部分，是由被控條件構(gòu)成的命題;THEN部分，即結(jié)論部分，是描述控制量的命題。模糊控制最大的特點(diǎn)是將專(zhuān)家的控制經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)變成語(yǔ)言控制規(guī)則，然后去控制系統(tǒng)。因而模糊控制特別適用于對(duì)數(shù)學(xué)模型未知的、復(fù)雜的、非線(xiàn)形的控制。</p><p>　　在模糊理論提出的年代

45、，由于科學(xué)技術(shù)尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展有限及科技界對(duì)于“模糊”含義的誤解，使得模糊理論沒(méi)有得到應(yīng)有的發(fā)展。最早應(yīng)用模糊控制的是馬莉皇后學(xué)院的Mamdani教授，1974年，英國(guó)的E.H.Mamdani和Assilian首次用模糊邏輯和模糊推理實(shí)現(xiàn)了世界上第一個(gè)實(shí)驗(yàn)性的蒸汽機(jī)壓力和速度控制，揭開(kāi)了模糊理論在控制領(lǐng)域的新篇章。1980年丹麥工科大學(xué)的Ostergaard等人對(duì)水泥窖的模糊控制進(jìn)行了研究，F(xiàn).L.Smith公司隨后制造了專(zhuān)用的模糊

46、控制器，采用該模糊控制器控制水泥窖并且正式投入運(yùn)行。水泥窖是時(shí)變的非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，一直難于控制。很多的研究工作者，曾經(jīng)用辨識(shí)方法建立模型，但都沒(méi)有獲得實(shí)用的過(guò)程模型。因而水泥窖的控制一直依賴(lài)于有經(jīng)驗(yàn)的操作人員來(lái)進(jìn)行。自從F.L.Smith公司采用模糊控制取得成功之后，歐美的一些水泥制造公司也相繼采用模糊控制。</p><p>　　模糊理論的發(fā)展和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展是緊密相關(guān)的。沒(méi)有計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展就沒(méi)有模糊理論的發(fā)

47、展，而模糊理論又促進(jìn)了計(jì)算機(jī)技術(shù)的革命。由于應(yīng)用模糊理論描述模糊信息，讓計(jì)算機(jī)控制技術(shù)在控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，各個(gè)國(guó)家都在積極地研究模糊控制技術(shù)，我國(guó)開(kāi)展模糊理論研究己有20多年的歷史，并取得了很大的成果。[29]</p><p>　　目前，以中國(guó)、日本、歐美為代表的各國(guó)科技人員正就以下各個(gè)方面開(kāi)展深入的研究:模糊理論基礎(chǔ)研究、模糊計(jì)算機(jī)方面的研究、機(jī)器智能化研究、人工工程的研究、人類(lèi)系統(tǒng)和社會(huì)系統(tǒng)的研究及自

48、然系統(tǒng)的研究?，F(xiàn)在模糊控制已得到廣泛的應(yīng)用，特別是在日本，控制應(yīng)用的實(shí)例有列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)、凈水處理系統(tǒng)、機(jī)器人控制、汽車(chē)速度控制、電梯群管理控制等。</p><p>　　3.3模糊控制的重要概念</p><p>　　3.3.1模糊集合及隸屬函數(shù)</p><p>　　在經(jīng)典集合論中，任何一個(gè)元素與任何一個(gè)集合的關(guān)系，只有“屬于”和“不屬于”兩種情況，兩者必居其一

49、，而且只居其一，絕對(duì)不允許有模棱兩可。比如 “不大于6的自然數(shù)”是個(gè)清晰的概念，該概念的內(nèi)涵和外延是明確的?？墒?，我們常遇到?jīng)]有明確外延的概念，它實(shí)質(zhì)上和模糊概念。比如“比6大的多的自然數(shù)”就是一個(gè)模糊概念，它不能劃分一個(gè)明確的界限，使得在這個(gè)界限內(nèi)所有的自然數(shù)比6大的多，而界限之外的所有自然數(shù)不比6大的多。只能說(shuō)某個(gè)數(shù)屬于“比6大的多”的程度高，而另一個(gè)數(shù)屬于“比6大的多”的程度低。如60屬于“比6大的多”的程度比16屬于“比6大的多

50、”的程度高。也就是說(shuō)模糊集合的邊界是不明確的，它是以不同強(qiáng)度(隸屬度)具備某種特性的元素的整體。</p><p>　　L.A.Zadeh在1965年把普通集合中的元素對(duì)集合的隸屬度只能取0和1這兩個(gè)值，推廣到可以取區(qū)間[0,1]的任何一個(gè)值。即用隸屬度定量去描述論域U中的元素符號(hào)概念的程度，實(shí)現(xiàn)對(duì)普通集合中絕對(duì)隸屬關(guān)系的擴(kuò)充和模糊的定量化表示，從而用隸屬函數(shù)表示模糊集合，用模糊集合表示模糊概念。</p>

51、;<p>　　模糊集合的數(shù)學(xué)描述如下:A={(x,μA(x),│x∈X)}</p><p>　　μA(x)為元素x屬于模糊集合A的隸屬度，X是元素x的論域。</p><p>　　模糊數(shù)學(xué)把集合的特征函數(shù)的取值范圍擴(kuò)大為[0,1]閉區(qū)間任意值的連續(xù)邏輯，并稱(chēng)之為模糊集合的隸屬函數(shù)，它是模糊集合的重要組成部分，在理論上隸屬函數(shù)描述了一個(gè)論域中所有元素屬于模糊集合的強(qiáng)度。模糊系統(tǒng)中

52、常用的隸屬函數(shù)有高斯型、雙側(cè)高斯型、鐘型、sigmoid函數(shù)型、Z型、S型、三角型隸屬函數(shù)，隸屬函數(shù)可以是任意形狀的曲線(xiàn)，取什么形狀取決于它的使用是否簡(jiǎn)單、快速、有效，唯一的約束條件是隸屬函數(shù)的值域?yàn)閇0,1]。</p><p>　　3.3.2模糊關(guān)系及模糊推理</p><p>　　描述元素之間是否相關(guān)的數(shù)學(xué)模型稱(chēng)為關(guān)系，描述元素之間相關(guān)程度的數(shù)模型稱(chēng)為模糊關(guān)系。顯然模糊關(guān)系是普遍關(guān)系的拓

53、寬和發(fā)展，而普通關(guān)系可認(rèn)是模糊關(guān)系的特例。模糊關(guān)系是模糊數(shù)學(xué)的重要組成部分。當(dāng)論域有限時(shí)，可模糊矩陣表示模糊關(guān)系，模糊矩陣為模糊關(guān)系的運(yùn)算帶來(lái)了極大的方便，成為模糊關(guān)系的主要運(yùn)算工具。</p><p>　　模糊關(guān)系是描述元素之間相關(guān)的程度的數(shù)學(xué)模型，其定義為:</p><p>　　兩個(gè)非空集合U和V之間的直積U×V={（u,v);u∈U,v∈V}中的一個(gè)模糊子集R被稱(chēng)為U到V的模

54、糊關(guān)系，又稱(chēng)為二元模糊關(guān)系。其特性可以用下面的隸屬函來(lái)描述μR: U×V→[0,1]，隸屬函數(shù)μR（u,v）表示序偶 (u,v)的隸屬函數(shù)。當(dāng)論域?yàn)閚個(gè)集合Ui(i=1，2，3…，n)的直積U1×U2×U3×…×Un時(shí)，它們對(duì)應(yīng)的模糊關(guān)系R則稱(chēng)為n元模糊關(guān)系。</p><p>　　推理就是根據(jù)己知的一些命題，按照一定的法則，去推斷一個(gè)新的命題的思維過(guò)程和思維方式。

55、簡(jiǎn)言之就是從已知條件求未知結(jié)果的思維過(guò)程就是推理。使用傳統(tǒng)的二值邏輯進(jìn)行演繹推理和歸納推理時(shí)，只要大前提和推理規(guī)則是正確的，小前提是肯定的，那么就一定會(huì)得到正確的結(jié)論。然而，在顯示生活中，我們獲取的信息往往是不精確的、不完善的，或者是事實(shí)本身就是模糊而不完全正確的，但有必須利用且只能利用這些信息進(jìn)行判斷和決策。</p><p>　　模糊邏輯推理是一種新的推理方法，其基礎(chǔ)是模糊邏輯，它是在二值邏輯三段論的基礎(chǔ)上發(fā)展

56、起來(lái)的。由于它缺少現(xiàn)代形式邏輯中的性質(zhì)及理論上的不完善，這種推理方法還未得到一致的公認(rèn)。但是，這種推理方法所得到的結(jié)論與人的思維一致或相近，在實(shí)踐中證明是有用的。模糊推理是一種以模糊判斷為前提，運(yùn)用模糊語(yǔ)言規(guī)則，推出一個(gè)新的近似的模糊判斷結(jié)論的方法。常用的推理方法有Zadeh推理法和Mamdani推理法。[28]</p><p>　　4 直流電機(jī)模糊控制器的設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1

57、參數(shù)模糊自整定PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</p><p>　　模糊自整定PID參數(shù)控制系統(tǒng)是以模糊控制規(guī)則推理實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)PID參數(shù)的一種控制系統(tǒng)。模糊控制規(guī)則給出的是在不同實(shí)時(shí)狀態(tài)下對(duì)PID參數(shù)的推理結(jié)果。模糊自整定PID參數(shù)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。</p><p>　　圖4.1模糊自整定PID參數(shù)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　模糊自整定PID參數(shù)控制就是在一般的

58、PID控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用模糊推理思想，加上一個(gè)模糊推理環(huán)節(jié);模糊推理環(huán)節(jié)是為了根據(jù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀態(tài)調(diào)節(jié)PID的參數(shù)而設(shè)置的。[6]</p><p>　　在傳統(tǒng)PID控制器中，e (k) 、e (k-1) 、e (k-2)是輸入量，故它們都是己知量，而未知量KP、KI、KD，它們是需要確定的。在一般系統(tǒng)中，KP、KI和KD，是擴(kuò)充臨界比例度法或者擴(kuò)充響應(yīng)曲線(xiàn)法等實(shí)用工程方法整定。這些工程方法都要對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)

59、際測(cè)定之后，才能確定KP、KI、KD參數(shù)。[10]</p><p>　　比例系數(shù)KP的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度。KP越大，系統(tǒng)的響應(yīng)速度越快，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度越高，但過(guò)大容易產(chǎn)生超調(diào)，甚至導(dǎo)致不穩(wěn)定;如果KP值取得過(guò)小，則會(huì)降低調(diào)節(jié)精度，使響應(yīng)速度緩慢，從而拖長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間，使系統(tǒng)動(dòng)靜態(tài)特性變壞。積分作用系數(shù)KI的作用在于消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。KI越大，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差消除越快，但KI過(guò)大，在響應(yīng)過(guò)程的初

60、期會(huì)產(chǎn)生積分飽和現(xiàn)象，從而引起響應(yīng)過(guò)程的較大超調(diào)，若KI過(guò)小，將使系統(tǒng)的靜態(tài)誤差難以消除，影響系統(tǒng)的調(diào)節(jié)精度。微分作用系數(shù)KD的作用在于改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。因?yàn)镻ID控制器的微分環(huán)節(jié)是響應(yīng)系統(tǒng)偏差的變化率EC的，其作用主要是在響應(yīng)過(guò)程中抑制偏差向任何方向的變化，對(duì)偏差變化進(jìn)行提前制動(dòng)，但KD過(guò)大，則會(huì)使響應(yīng)過(guò)程過(guò)分提前制動(dòng)，從而拖長(zhǎng)調(diào)節(jié)時(shí)間，而且系統(tǒng)的抗干擾性較差。</p><p>　　4.2被控過(guò)程對(duì)參數(shù)KP、

61、KI、KD的自整定要求</p><p>　　根據(jù)KP、KI、KD對(duì)系統(tǒng)輸出特性的影響情況，歸納出在一般情況下，在不同的│E│和│EC│時(shí)，被控過(guò)程對(duì)參數(shù)KP、KI、KD的自整定要求為:</p><p>　　圖4.2輸出響應(yīng)曲線(xiàn)</p><p>　　(1)當(dāng)│E│較大，即系統(tǒng)響應(yīng)處于圖4.2輸出響應(yīng)曲線(xiàn)的第一階段時(shí)，為了加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，并避免因?yàn)殚_(kāi)始時(shí)偏差E的瞬間

62、變大所可能引起飽和，而使控制作用超出許可范圍，因此應(yīng)取較大的KP和較小的KD，同時(shí)為了防止積分過(guò)飽和，避免系統(tǒng)出現(xiàn)較大的超調(diào)，此時(shí)去掉積分作用，取KI =0。</p><p>　　(2)當(dāng)│E│和│EC│為中等大小，即系統(tǒng)響應(yīng)處于圖4.2輸出響應(yīng)曲線(xiàn)的第二階段時(shí)，為使系統(tǒng)響應(yīng)的超調(diào)減少，KP、KI、KD都不能取太大，應(yīng)取較小的KI值，KP、KD值的大小要適中。以保持系統(tǒng)的響應(yīng)速度。</p><

63、p>　　(3)當(dāng)│E│較小，即系統(tǒng)響應(yīng)處于圖4.2輸出響應(yīng)曲線(xiàn)的第三階段時(shí)，為使系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)性能，應(yīng)適當(dāng)?shù)脑龃驥P和KI的值，同時(shí)為避免系統(tǒng)在設(shè)定值附近出現(xiàn)振蕩，并考慮系統(tǒng)的抗干擾性能，適當(dāng)?shù)倪x取KP值，其原則為：當(dāng)│EC│較小時(shí)，KP值取中等大小；當(dāng)│EC│較大時(shí)，KP應(yīng)取小些。</p><p>　　4.3直流調(diào)速模糊自整定PID參數(shù)控制器設(shè)計(jì)過(guò)程</p><p>　　4.3

64、.1確定控制器的輸入、輸出語(yǔ)言變量</p><p>　　由模糊自整定PID參數(shù)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖可知，參數(shù)修正部分實(shí)質(zhì)上是一個(gè)模糊控制器，其輸入語(yǔ)言變量為直流電機(jī)轉(zhuǎn)速偏差絕對(duì)值│E│和直流電機(jī)轉(zhuǎn)速偏差變化率絕對(duì)值│EC│，輸出語(yǔ)言變量為KP、KI、KD。</p><p>　　4.3.2確定各語(yǔ)言變量的論域，在其論域上定義模糊量</p><p>　　設(shè)模糊控制器各語(yǔ)言變量

65、論域如下：</p><p>　　│E│：X={0；1；2}</p><p>　　│EC│：Y={0；1；2}</p><p>　　其中在輸入語(yǔ)言變量│E│和│EC│的論域中取語(yǔ)言值“大”(B)，“中”(M)，“小”(S)三種。其語(yǔ)言值隸屬函數(shù)曲線(xiàn)如圖4.3，4.4所示。[31]</p><p>　　圖4.3語(yǔ)言變量誤差│E│隸屬度函數(shù)<

66、/p><p>　　圖4.4語(yǔ)言變量誤差變化率│EC│隸屬度函數(shù)</p><p>　　4.3.3確定KP、KI、KD的調(diào)節(jié)規(guī)則</p><p>　　有上述設(shè)計(jì)可知，用于在線(xiàn)自整定PID參數(shù)的模糊控制器是以誤差和誤差變化率為輸入語(yǔ)言變量，以比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)為輸出語(yǔ)言變量的雙輸入三輸出模糊控制器，其控制規(guī)則其控制規(guī)則就是對(duì)參數(shù)KP、KI、KD的調(diào)節(jié)規(guī)則。具體調(diào)節(jié)規(guī)

67、則表如下[9]:</p><p>　　表4.1KP調(diào)節(jié)規(guī)則表</p><p>　　表4.2KI調(diào)節(jié)規(guī)則表</p><p>　　表4.3KD調(diào)節(jié)規(guī)則表</p><p>　　4.3.4模糊推理和模糊運(yùn)算</p><p>　　模糊控制器的控制規(guī)則可以寫(xiě)成條件語(yǔ)句的形式，例如，對(duì)于表4.1給出的參數(shù)KP的調(diào)節(jié)規(guī)則，就可以寫(xiě)成如

68、下形式的模糊條件語(yǔ)句:</p><p>　　(1)If│E│=B and│EC│=B then KP=M</p><p>　　(2)If│E│=B and│EC│=M then KP=B</p><p><b>　　……………….</b></p><p>　　那么對(duì)于其規(guī)則的隸屬度計(jì)算為:</p><

69、p>　　(1)uKP1= uBE (x)∧uBEC (x)</p><p>　　(2)uKP2= uBE (x)∧uMEC (x)</p><p><b>　　……………….</b></p><p>　　在本設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，對(duì)于一個(gè)特定的輸入量，它最多只能模糊化為兩個(gè)模糊量，即它對(duì)應(yīng)只有兩個(gè)模糊量的隸屬度不為0，其余都為0。對(duì)于速度偏差│E│

70、和速度偏差變化率│EC│叫模糊化后的論域值分別為1.7和1.2，由圖4.3，圖4.4(圖中橫坐標(biāo)的el、e2、e3和ecl、ec2、ec3分別取l、2、3)可知，此時(shí)的輸入偏差可模糊化為:“中”和“小”兩個(gè)模糊量，隸屬度為:</p><p>　　│uME(1.7)│=0.7</p><p>　　│uSE(1.7)│=0.3</p><p>　　同理可知偏差的變化率也

71、只能模糊化為“中”和“小”兩個(gè)模糊量，其隸屬度為:</p><p>　　│uMEC(1.7)│=0.2</p><p>　　│uSEC(1.7)│=0.8</p><p>　　因此對(duì)于當(dāng)前輸入的│E│和│EC│，表4.1中，只有以下四條是有效的:</p><p>　　(1)If│E│=M and│EC│=S then KP=M</p&g

72、t;<p>　　(2)If│E│=M and│EC│=M then KP=M</p><p>　　(3)If│E│=S and│EC│=S then KP=B</p><p>　　(4)If│E│=S and│EC│=M then KP=B</p><p>　　那么，對(duì)應(yīng)的隸屬度計(jì)算為:</p><p>　　(1)uKP1= u

73、ME (1.7)∧uSC (1.1)</p><p>　　(2)uKP2= uME (1.7)∧uMC (1.1)</p><p>　　(3)uKP3= uSE (1.7)∧uSC (1.1)</p><p>　　(4)uKP4= uSE (1.7)∧uMC (1.1)</p><p>　　將隸屬度代入式中計(jì)算可得:</p>&

74、lt;p>　　(1)uKP1= 0.7∧0.8=0.7</p><p>　　(2)uKP2= 0.7∧0.2=0.2</p><p>　　(3)uKP3= 0.3∧0.8=0.3</p><p>　　(4)uKP4= 0.3∧0.2=0.2</p><p>　　將uKP進(jìn)行合成，得KP的模糊輸出量為:</p><p&

75、gt;　　uMKP=0.7∨0.2=0.7</p><p>　　uBKP=0.3∨0.2=0.3</p><p>　　然后由反模糊化得出參數(shù)KP的精確整定值為:</p><p>　　式中的15，25表示KP在常規(guī)條件下“中”、“大”的整定值。</p><p>　　同理可推得KI，KD參數(shù)的精確值。由此在線(xiàn)求得的參數(shù)KP、KI、KD的值，即可直

76、接輸出作為常規(guī)PID的整定值，從而實(shí)現(xiàn)模糊自整定PID參數(shù)的功能。[8]</p><p><b>　　5 硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　生產(chǎn)實(shí)際中要求生產(chǎn)機(jī)械在不同情況下以不同速度工作，這就需要對(duì)電機(jī)的速度進(jìn)行快速精確的調(diào)節(jié)。目前，PWM控制方式作為可調(diào)電源取代笨重的電動(dòng)機(jī)一發(fā)電機(jī)組以及飽和電抗器的控制方式具有許多優(yōu)點(diǎn)。其原理是通過(guò)改變脈沖寬度來(lái)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)電樞

77、電壓實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速。由單片機(jī)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)一般由電動(dòng)機(jī)、觸發(fā)器、調(diào)節(jié)器、轉(zhuǎn)速/電流檢測(cè)與反饋環(huán)節(jié)組成，對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字觸發(fā)、數(shù)字測(cè)速、數(shù)字調(diào)節(jié)，即所謂全數(shù)字控制。</p><p>　　本系統(tǒng)可控制額定電壓為12-55V，額定功率為1.8-300W的有刷直流電機(jī)。針對(duì)本系統(tǒng)所用的是直流電機(jī)，可使得調(diào)速范圍為8-300轉(zhuǎn)/分鐘，速度精度在1%以?xún)?nèi)，位置精度在0. 1%以?xún)?nèi)。本設(shè)計(jì)所針對(duì)實(shí)際對(duì)象為額定電壓為24V，額定

78、功率3.6W，額定轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/分鐘。</p><p>　　5.1控制系統(tǒng)硬件組成</p><p>　　如圖5.1所示為整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的硬件組成，其中包括:電機(jī)控制模塊、隔離保護(hù)電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊、過(guò)流保護(hù)電路、串口通信電路。在以下幾節(jié)中將分別介紹各個(gè)模塊的功能以及電路構(gòu)成。</p><p>　　圖5.1 系統(tǒng)硬件組成圖</p><p>&l

79、t;b>　　5.2主控單元模塊</b></p><p>　　以AT89S52實(shí)現(xiàn)模糊控制以及與LM629的數(shù)據(jù)傳送。單片機(jī)通過(guò)LM629獲得電機(jī)轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)，并通過(guò)中值濾波得到實(shí)際轉(zhuǎn)速V，之后經(jīng)模糊運(yùn)算得到的KP、KI、KD參數(shù)，再發(fā)送至LM629。</p><p>　　5.2.1運(yùn)動(dòng)處理芯片LM629性能特點(diǎn)及簡(jiǎn)介</p><p><b>

80、　　一、LM629特點(diǎn)</b></p><p>　　LM629集成芯片是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。它是可編程全數(shù)字式控制的專(zhuān)用運(yùn)動(dòng)控制處理器。NMOS結(jié)構(gòu)，采用28引腳雙列直插式封裝，使用6MHz或8MHz時(shí)鐘頻率和5V電源工作。具體特點(diǎn)如下:</p><p>　　(l)內(nèi)部有32位的位置、速度和加速度寄存器;</p><p>　　(2)16位可編程

81、數(shù)字控制器;</p><p>　　(3)可編程分項(xiàng)采樣時(shí)間間隔;</p><p>　　(4)8位分辨率的PWM輸出;</p><p>　　(5)內(nèi)部梯形速度圖發(fā)生器;</p><p>　　(6)可以進(jìn)行位置和速度控制;</p><p>　　(7)速度、位置和數(shù)字PID控制器參數(shù)可以在控制過(guò)程中改變;</p>

82、<p>　　(8)實(shí)時(shí)可編程中斷;</p><p>　　(9)可對(duì)增量式光電碼盤(pán)的輸出進(jìn)行4倍頻處理和信號(hào)處理。</p><p><b>　　二、管腳及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</b></p><p><b>　　(l)管腳介紹</b></p><p>　　LM629N的芯片管腳如圖5.2所示。<

83、;/p><p>　　管腳1-3與增量碼盤(pán)的輸出信號(hào)相連(IN，A，B);</p><p>　　管腳4-11數(shù)據(jù)端口D0-D7;</p><p>　　管腳12-15分別是CS、RD、GND、WR;</p><p>　　管腳16是PS，PS=1時(shí)讀寫(xiě)數(shù)據(jù)，PS=0時(shí)讀狀態(tài)和指令;</p><p>　　管腳17是Hl，H1=1時(shí)

84、申請(qǐng)中斷;</p><p>　　管腳18，19分別是轉(zhuǎn)向(PWMS)和輸出(PWMM);</p><p>　　管腳26-28分別是CKL、RTS、VDD;其他管腳在本系統(tǒng)中不用。</p><p>　　圖5.2 LM629N芯片管腳圖</p><p><b>　　(2)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</b></p><p&g

85、t;　　由LM629構(gòu)成的直流伺服系統(tǒng)框圖如圖5.3所示。它通過(guò)I/0口與單片機(jī)通訊，輸入運(yùn)動(dòng)參數(shù)和控制參數(shù)，輸出狀態(tài)和信息。其內(nèi)部有1個(gè)16位數(shù)字控制器，輸出PWM和方向控制信號(hào)(Sign)，用來(lái)控制閉環(huán)系統(tǒng)。數(shù)字PID控制器采用增量式PID控制算法，所需的KP、KI、KD數(shù)據(jù)由單片機(jī)提供。驅(qū)動(dòng)器多采用專(zhuān)用的直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片(雙極性或單極性)。位置傳感器選用增量式光電編碼盤(pán)。[11]</p><p>　　圖5

86、.3 LM629構(gòu)成的直流伺服系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　三、工作原理</b></p><p>　　用一個(gè)增量式光電編碼盤(pán)來(lái)反饋電動(dòng)機(jī)的實(shí)際位置。來(lái)自增量式光電編碼盤(pán)的位置信號(hào)A，B經(jīng)LM629四倍頻，提高分辨率。A，B邏輯狀態(tài)每變化一次， LM629內(nèi)的位置寄存器加(減)1。編碼盤(pán)的A，B，C信號(hào)同為低電平時(shí)，就產(chǎn)生一個(gè)Index信號(hào)送入Index寄存器，

87、記錄電動(dòng)機(jī)的絕對(duì)位置。[21]</p><p>　　LM629的梯形速度圖發(fā)生器用于計(jì)算所需的梯形速度分布圖。能實(shí)現(xiàn)兩種控制方式：</p><p>　　(1)在位置控制方式時(shí)，單片機(jī)送來(lái)加速度、最高轉(zhuǎn)速、最終位置數(shù)據(jù)， LM629利用這些數(shù)據(jù)計(jì)算運(yùn)行軌跡如圖5.4(a)所示。在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，上述參數(shù)允許更改，產(chǎn)生如圖5.4(b)所示的軌跡。</p><p>　　(2

88、)在速度控制方式時(shí)，電動(dòng)機(jī)用規(guī)定的加速度加速到規(guī)定的速度，并一直保持這個(gè)速度，直到新的速度指令執(zhí)行。如果速度存在擾動(dòng)，LM629可使其平均速度恒定不變。</p><p>　　圖5.4兩種典型的速度軌跡</p><p>　　LM629內(nèi)部有一個(gè)數(shù)字PID控制器，用來(lái)控制閉環(huán)系統(tǒng)。數(shù)字PID控制器采用增量式PID控制算法，所需的KP、KI、KD數(shù)據(jù)由單片機(jī)提供。</p><

89、p>　　5.2.2單片機(jī)AT89S52對(duì)LM629控制</p><p>　　該系統(tǒng)中采用的是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52單片機(jī)作為微處理器。AT89S52是一款低功耗，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指

90、令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性?xún)r(jià)比的解決方案。在該系統(tǒng)中，89S52實(shí)現(xiàn)用戶(hù)的接口，同時(shí)完成控制器PID所需的KP、KI、KD數(shù)據(jù)、控制參數(shù)、控制指令的設(shè)定。</p><p>　　在本系統(tǒng)中LM629的I/O口D0-D7與單片機(jī)的P0口相連，用來(lái)從單片機(jī)傳送數(shù)據(jù)和控制指令，從LM629傳

91、送電機(jī)的狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)信息。AT89S52的P2.0引腳與LM629的片選信號(hào)端相連，作為選中LM629的地址線(xiàn)。引腳P2.1與LM629的PS相連，作為另一條地址線(xiàn)，如圖5.5所示。</p><p>　　該系統(tǒng)的關(guān)鍵就是用到了LM629所集成的PID控制器，PID控制器指令有2條，用于輸入PID參數(shù)，而這三個(gè)參數(shù)便是單片機(jī)經(jīng)模糊運(yùn)算所得到的KP、KI、KD。其指令操作碼為IEH (2-10個(gè)字節(jié)寫(xiě)數(shù)據(jù))，數(shù)據(jù)的前兩

92、個(gè)字節(jié)中，低字節(jié)的內(nèi)容如表5.1所示;高字節(jié)存放微分采樣時(shí)間間隔數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)格式如表5.2所示。隨后是參數(shù)數(shù)據(jù)，每個(gè)數(shù)據(jù)占2個(gè)字節(jié)，順序?yàn)镵P、KI、KD和積分極限。</p><p>　　表5.1 低字節(jié)內(nèi)容</p><p>　　表5.2 高字節(jié)數(shù)據(jù)格式</p><p>　　LM629能向單片機(jī)提供電機(jī)實(shí)際位置，讀實(shí)際位置指令RDRP，操作碼為0AH，4個(gè)字節(jié)讀數(shù)據(jù)

93、，數(shù)據(jù)范圍:C0000000H-3FFFFFFFH，所讀取的實(shí)際數(shù)據(jù)順序是高位在前。</p><p>　　同時(shí)LM629也能向單片機(jī)提供實(shí)際轉(zhuǎn)速信息，讀實(shí)際速度指令RDRV，指令碼為OBH，但起缺點(diǎn)是只能提供速度采樣值的65535倍的整數(shù)部分，數(shù)據(jù)范圍:C000H-3FFFH，可知，其所記錄速度數(shù)據(jù)的真實(shí)程度并不準(zhǔn)確。</p><p>　　AT89S52的主要工作就是向LM629傳送運(yùn)動(dòng)數(shù)

94、據(jù)和PID數(shù)據(jù)，并通過(guò)LM629對(duì)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控。LM629則根據(jù)AT89S52發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)生成速度圖，進(jìn)行位置跟蹤，PID控制和生成PWM信號(hào)輸出。</p><p><b>　　圖5.5主控電路圖</b></p><p><b>　　5.3隔離單元模塊</b></p><p>　　為了防止電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元對(duì)數(shù)字控制單元的

95、干擾，必須在兩者之間加隔離電路來(lái)防止干擾的產(chǎn)生。避免LMD18200的驅(qū)動(dòng)電路對(duì)控制信號(hào)的干擾，對(duì)于LMD18200的引腳3(轉(zhuǎn)向輸入)、引腳5(PWM輸入)與LM629的PWMS、PWMM引腳之間通過(guò)光電耦合器6N137連接。</p><p>　　(l) 光電耦合器的選型</p><p>　　LM629的PWMM腳輸出的調(diào)制信號(hào)如圖5.6所示，如果LM629接6MHz晶振，其最小輸出占空

96、比（1/128）時(shí)的接通時(shí)間為:</p><p>　　4/fCLK=4/6*106s=0.67us</p><p>　　因此應(yīng)選擇高速光耦。</p><p>　　而N6137的工作頻率可達(dá)到10MHZ，即它可用在開(kāi)關(guān)周期為:</p><p>　　l/l07s=0.1us </p><p>　　因此光耦可選6N137。&

97、lt;/p><p>　　圖5.6 LM629 PWM調(diào)制信號(hào)圖</p><p>　　(2) 光電耦合器的電路接入</p><p>　　LM629的輸出電流及灌電流不能超過(guò)1.6mA，6N137的驅(qū)動(dòng)電流范圍在6-8mA之間，LM629不能直接驅(qū)動(dòng)6N137，因此在他們之間必須增加驅(qū)動(dòng)，在這里選用74LS04做為光耦驅(qū)動(dòng)。</p><p>　　對(duì)

98、于74LS04，它的翻轉(zhuǎn)時(shí)tPLH=tPHL=15ns，可知完全滿(mǎn)足LM629的PWMM腳輸出最小輸出占空比時(shí)的接通時(shí)間場(chǎng)合。且最大輸出電流IOL=8mA，能完全驅(qū)動(dòng)6N137。其電路圖如圖5.7所示。[20]</p><p>　　圖5.7 隔離模塊電路圖</p><p>　　LM629的PWMM腳輸出信號(hào)經(jīng)74LS04反向，加上6N137是OC門(mén)輸出，圖5.8是其內(nèi)部電路圖，因此在光耦的

99、輸出端必須接上拉電阻使信號(hào)還原。如圖5.7 R1，R1取值為10K。對(duì)于LM629的PWMS腳的電路接法和PWMM腳一樣。</p><p>　　圖5.8 6N137內(nèi)部電路圖</p><p><b>　　5.4電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊</b></p><p>　　采用LMD18200實(shí)現(xiàn)受限單極性驅(qū)動(dòng)方式，LMD18200是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司(NS)推出的

100、專(zhuān)用于直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的H橋組件。同一芯片上集成有CMOS控制電路和DMOS功率器件，利用它可以與主處理器、電機(jī)和增量型編碼器構(gòu)成一個(gè)完整的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)。LMD18200廣泛應(yīng)用于打印機(jī)、機(jī)器人和各種自動(dòng)化控制領(lǐng)域。LMD18200外形結(jié)構(gòu)如圖5.9所示，部電路框圖如圖5.10所示。[15] </p><p>　　圖5.9 LMD18200外形結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖5.10 LM

101、D18200內(nèi)部電路框圖</p><p>　　引腳2、10接直流電機(jī)電樞，電流流向由引腳3控制，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。電流檢測(cè)輸出引腳8提供電流取樣信號(hào)，典型值為377uA/A?？梢越右粋€(gè)對(duì)地電阻，通過(guò)電阻來(lái)輸出過(guò)流情況。內(nèi)部保護(hù)電路設(shè)置的過(guò)電流閥值為10A，當(dāng)超過(guò)該值時(shí)會(huì)自動(dòng)封鎖輸出，并周期性的自動(dòng)恢復(fù)輸出。如果過(guò)電流持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，過(guò)熱保護(hù)將關(guān)閉整個(gè)輸出。過(guò)熱信號(hào)還可通過(guò)引腳9輸出，當(dāng)結(jié)溫達(dá)到145度時(shí)引腳9有輸出

102、信號(hào)。通過(guò)充電泵電路為上橋臂的2個(gè)開(kāi)關(guān)管提供柵極控制電壓，充電泵電路由一個(gè)300kHz的振蕩器控制，使充電泵電容可以充至14V左右。本系統(tǒng)在引腳l、11外接10uF的電容形成第二個(gè)充電泵電路。圖5.11為單極性驅(qū)動(dòng)方式下理想波形圖。</p><p>　　圖5.11 LMD18200單極性驅(qū)動(dòng)方式下理想波形</p><p>　　LMD18200提供雙極性驅(qū)動(dòng)方式和單極性驅(qū)動(dòng)方式。雙極性驅(qū)動(dòng)是

103、指在一個(gè)PWM周期里，電動(dòng)機(jī)電樞的電壓極性呈正負(fù)變化。雙極性可逆系統(tǒng)雖然有低速運(yùn)行平穩(wěn)性的優(yōu)點(diǎn)，但也存在著電流波動(dòng)大，功率損耗較大的缺點(diǎn)，尤其是必須增加死區(qū)來(lái)避免開(kāi)關(guān)管直通的危險(xiǎn)，限制了開(kāi)關(guān)頻率的提高，因此只用于中小功率直流電動(dòng)機(jī)的控制。本采用單極性可逆驅(qū)動(dòng)方式。單極性驅(qū)動(dòng)方式是指在一個(gè)PWM周期內(nèi)，電動(dòng)機(jī)電樞只承受單極性的電壓。</p><p>　　本系統(tǒng)直流電機(jī)的額定電壓為24V。</p>&l

104、t;p>　　因此LMD18200的6腳接24V直流電源。電路圖如圖5.12所示。圖中的DB2是輸出，為電機(jī)提供電樞電壓。</p><p>　　圖5.12驅(qū)動(dòng)模塊電路圖</p><p><b>　　5.5過(guò)流保護(hù)模塊</b></p><p>　　在任何情況下，不論正常工作或發(fā)生故障時(shí)，必須保證驅(qū)動(dòng)或是電機(jī)的工作條件不超出它的允許范圍。由于長(zhǎng)

105、時(shí)間過(guò)電流都會(huì)損壞驅(qū)動(dòng)或電機(jī)，所以除了在選用器件時(shí)留有充分合理的裕量，還必須采取采用有效過(guò)電流保護(hù)措施。</p><p>　　本系統(tǒng)電機(jī)的額定電流為0.15A，為了防止電機(jī)因過(guò)流而燒壞，必須有過(guò)流保護(hù)裝置，在這里用比較器LM339構(gòu)成。</p><p>　　由于LMD18200電流檢測(cè)輸出引腳8提供電流取樣信號(hào)，典型值為377uA/A。取LM339基準(zhǔn)電壓為Ur=5V，可得LMD18200

106、流檢測(cè)輸出引腳8下拉電阻值:</p><p><b>　　R=100KΩ慢點(diǎn)</b></p><p>　　LM339的輸出Uo接AT89552的INT1腳連接，IT0=l以負(fù)跳變方式觸發(fā)。</p><p>　　當(dāng)電機(jī)過(guò)流時(shí)向AT89S52發(fā)出中斷，從而單片機(jī)就會(huì)調(diào)用中斷服務(wù)程序通過(guò)P2.2關(guān)斷LMD18200，從而達(dá)到過(guò)流保護(hù)的作用。</

107、p><p>　　電路接法如圖5.13所示。</p><p>　　圖5.13過(guò)流保護(hù)電路圖</p><p><b>　　5.6速度反饋模塊</b></p><p>　　在直流電動(dòng)機(jī)的輸出軸上安裝增量式光電編碼盤(pán)作為轉(zhuǎn)速傳感器，它的輸出直接聯(lián)到LM629的A、B、C輸入端，形成反饋環(huán)節(jié)。</p><p>

108、　　本系統(tǒng)選用國(guó)產(chǎn)GMC-1200型光電脈沖發(fā)生器，工作電壓為5V土5%。其輸出信號(hào)波形如圖5.14所示: </p><p>　　圖5.14 輸出信號(hào)波形</p><p><b>　　5.6.1位置檢測(cè)</b></p><p>　　來(lái)自增量光電編碼盤(pán)的位置信號(hào)A、B經(jīng)LM629四倍分頻提高分辨率，A、B邏輯每變化一次LM629內(nèi)的位置寄存器加(

109、減)1。A、B、Z信號(hào)同為低電平，就產(chǎn)生一個(gè)Index送入寄存器，記錄電機(jī)的絕對(duì)位置。其中位置信號(hào)可直接從LM629內(nèi)的位置寄存器中讀出。</p><p><b>　　5.6.2速度檢測(cè)</b></p><p>　　單片機(jī)對(duì)測(cè)速脈沖頻率應(yīng)用M/T法處理可得轉(zhuǎn)速值，M/T法能在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，以較短的檢測(cè)時(shí)間實(shí)現(xiàn)高精度的轉(zhuǎn)速測(cè)量。在測(cè)速時(shí)間Ta內(nèi)同時(shí)對(duì)光電脈沖發(fā)生器輸