基于AVR单片机的直流电机PWM调速系统设计

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1、1绪论单片机就是包括了中央处理器CPU（ContralProcessorUnit）、随机处理器RAM（RandomAccessMemory）和各种输入/输岀单元的芯片微机系统。目前已被广泛应用于自动测量、智能仪表、工业控制及家用电器等各个方面。AVR单片机是Atmel公司1997年推出的RISC单片机，RISC（精简指令系统计算机）是相对CISC（复杂指令系统计算机）而言的。RISC是通过使计算机的结构更加简单合理而提高运算速度的。RISC优先选取使用频率最高的简单指令，避免复杂指令：并I古I定指令

2、长度，减少指令格式和寻址方式的种类，所以AVR系列的单片机都具备了IMIPS/MHz（百万条指令每秒、兆赫兹）的高速处理能力。AVR单片机吸收了DSP双总线的特点，采用Harvard总线结构，因此单片机的程序储存器和数据存储器是分开的，并且可对具有相同地址的程序存储器和数据存储器进行独立的寻址叫AT90系列单片机是AVR单片机中的中档产品，内部具有的Flash程序存储器的容量介于Attiny和Atmega21之间同时述具备较丰富的I/O接口，是AVR单片机中性价比较高的一个系列。其中的AT90LS8

3、535是这一系列中功能最全的产品。它不仅包含了通用的I/O功能，而且还具有一个10位的AD转换器，一个全双工的串行接口，一个具有计时功能的实时时钟和3个可编程的多功能定时/计数器叫调速分成直流调速和交流调速两大类，先后诞生在19世纪中期。在20世纪的大部分年代里，约占整个电力拖动容量80%的不变速拖动系统都采用交流电机，而只有占20%的高控制性能可调速拖动系统采用直流电机。交流调速系统的方案虽然早已得到了广泛的应用，但在早期，直流调速较交流调速更为方便：只要调节电枢端电压或励磁电流”就可在宽广的范围

4、内实现无极调速。在励磁一定的情况下，有转矩和电枢电流成止比的关系成立，使得转矩易于控制，在双闭环调速（分别对转速与转矩闭环）情况下可以达到很高的调速性能指标。交流调速无论是其调速的静态性能述是动态性性能都无法和直流调速系统相媲美。所以在上个世纪90年代之前，直流调速系统一直在调速领域中占主导地位。改变直流电动机转速的方法分为励磁控制法（控制磁通）与电枢电压控制法（改变电枢端电压）。在众多的电枢电压控制方法中，脉宽调制（PulseWidthModulation）技术因为需用的大功率可控器件少、线路简单

5、、调速范围宽、电流波形系数好、附加损耗小、功率因数高，从而得到广泛应用⑸。所谓PWM控制技术，就是利用逆变器装置中半导体开关的开通和关断，把直流电压转化变成一定规律的电压脉冲序列，以实现调频、调压和消除谐波三个目的的技术。PWM控制技术经历了一个不断创新和不断完善的发展过程，电力电子技术的发展，一些全控型快速半导体器件，如BJT、IGBT、GTO等的出现，推动了PWM控制技术的进一步发展cPWM控制技术有许多种，如等脉宽PWM法、正弦波PWM法(SPWM法)、磁链追踪型PWM法和电流跟踪型PWM法以

6、及新近发展起来的空间矢量PWM法(SVPWM)等叫PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术Z-,当被控对彖的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。PID控制器就是根据偏差的比例、积分、微分进行控制的。比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态课差(S

7、teady・stateerror)。在积分控制中，控制器的输出与输入偏差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(SystemwithSteady-stateError)[7。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以

8、使系统在进入稳态后无稳态课差。在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。能反映偏差信号的变化趋势(变化速率)，并能在偏差信号的值变得太大之前，在系统中引入一个有效的早期修正信号，从而加快系统的动作速度，减少调节时间叫因此在运动控制系统中PID控制技术应用更为广泛，它可以对运动部件的位置、速度等进行实时控制管理，使其符合相应的控制要求。被广泛应用于汽车制造、医疗、铁道运输、航天航空、钢铁生产等领域，并受到各行各业地重视。其中电机速度的控