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基于５1单片机的直流电机调速的方法
田云 史洁 黑龙江农业经济职业学院机电工程系 15７041
0 引言
许多单片机爱好者，在设计一些单片机控制系统的时候,都会采用小型直流电动机来制作各种各样的电子设备,因为直流电机调速范围广，易于平滑调速，启动、制动和过载转矩大,易于控制,可靠性较高。对于直流电机的控制，无非是控制其转向，以及速度。转向的控制方法比较简单，只要改变电机的通电极性就可改变其旋转方向。在这里,我们重点讨论如何对其速度上的控制,对其调速可以采用多种办法。对于直流电机转速的调节,最常用的办法是通过改变电枢端的电压来实现，传统的思路是通过调节电枢电路电阻Ｒ的阻值来改变端电压,以达到调速的目的。但由于接入的电阻消耗了部分电压，因此这种传统的调速方法效率很低。随着电力电子技术的发展，出现了许多新的电枢电压控制方法,其中PWM(Puｌse Widtｈ Modulaｔion)控制是常用的一种调速方法。PWＭ控制是指在保持周期丁不变的情况下，通过调节开关导通的时间对脉冲宽度进行调制,,电机电枢两端的电压是脉宽可调的脉冲电压，在输出脉冲频率足够快的情况下，由于惯性的存在,只要按照一定的规律改变通、断电的时间,，采用PWM控制技术构成的无级调速系统,启停时对直流系统无冲击，并且具有启动功耗小、运行稳定的特点。本文在给出直流电机调速和ＰWM实现方法的基础上，提供一种用5１单片机软件实现PWM调速的方法.
１ ＰWＭ基本原理
PWM是通过控制固定电压的直流电源开关频率，从而改变负载两端的电压，，如电机调速、温度控制、,按一个固定的频率来接通和断开电源，并根据需要改变一个周期内“接通”和“断开"时间的长短。通过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”。如图1所示,在脉冲作用下，当电机通电时,速度增加;电机断电时，，改变通、断电的时间,即可让电机转速得到控制。
最小值Vmin
T
t1
t2
最大值Vmax
平均值Vd
图１ PWM控制原理
设电机始终接通电源时，电机转速最大为，占空比为，则电机的平均速度为
式中,--电机的平均速度；
-—电机全通电时的速度（最大)；
——占空比。
由公式(2）可见，当我们改变占空比时，就可以得到不同的电机平均速度，从而达到调速的目的。严格地讲，平均速度与占空比并不是严格的线性关系，在一般的应用中，可以将其近似地看成线性关系。一般可以采用定宽调频、调宽调频、定频调宽三种方法改变占空比的值，但是前两种方法在调速时改变了控制脉宽的周期，当控制脉冲的频率与系统的固有频率接近时将会引起振荡,因此常采用定频调宽法改变占空比的值，从而改变直流电动机电枢两端电压。定频调宽法的频率一般在800HZ—１000ＨZ之间比较合适.
2实现方法
PWM信号的产生通常有两种方法：一种是软件的方法；另一种是硬件的方法。硬件方法的实现已有很多文章介绍，这里不做赘述。本文主要介绍采用定频调宽法来利用５1单片机产生