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直流电机优化控制系统设计(四)
发布时间:2016-03-08 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]-
(4-1)
电机额定转速为3350r/min，此时光电编码器输出最高频率为: 5583Hz，实际电压为30V时，随着转速的上升，输出频率应该还要高出25%左右。
光电编码盘的B相输出送入ATmega16的T0进行计数，而利用T2作定时器，产生20ms的定时时间。由于T0、T2均为8位。则T0所能测得最高频率为。
(4-2)
覆盖了最高频率，因此定时器定时20ms时能测到最高转速。
最小频率(频率分辨率)为
(4-3)
从而得到最小转速分辨率为0.5r/s。
4.2.2 转速电流曲线的显示
LCD1602实时显示的转速、电流的同时，ATmega16还将转速和电流数据通过串口发送给PC机，利用PC机强大的数据处理和绘图功能，显示转速和电流的曲线。ATmega16设置波特率为9600bps，在PC端利用串口调试助手接收数据，再将数据在Matlab进行处理和曲线绘制。
4.3 软件流程
软件是本系统的核心部分。主要完成以下功能：处理按键信息、通过改变PWM占空比控制电机正反转、执行PID算法以实现稳速功能、实时检测电机转速和电流、串口通讯。在此不作详细说明。
5 系统测试与结果分析
5.1 系统测试
驱动电源稳压功0603电感能测试。将输入电压调到18V时，调节反馈电压的反馈系数(改变反馈分压电阻)，使SG3525输出占空比刚好达到最大。此时当输入电压升高时，由于处于闭环状态，SG3525输出占空比将减小以维持输出电压恒定。
死区时间调整。调节RC充电回大功率电感贴片电感器路中的电阻R值，从示波器上观察延时，使死区时间为500ns。如图5-1所示。
共模电感
图5-1 死区时间
双极性PWM输出测试。通过程序设置占空比，从示波器上观察输出占空比的变化范围。实际测试时采用的方法是，在单片机中建一个频率为50Hz的9位的正弦波表，每次PWM溢出中断时，将波形表中的数据依次送出改变占空比，此时输出双极性的SPWM波，经电感电容组成的л形滤波器滤波后就得到正弦波。实际效果如图5-2、5-3所示。
图5-2 双极性大电流电感SPWM波
图5-3 经л形滤波后的波形
表明PWM波形占空比范围可以达到0-100%。
经以上调试后。接入电机进行测试，未加PID时，电机转速随电压变化而变化。加入PID调节后，电压在18-30V变化时，转速能稳定在设定值。输入电压24V，设定转速为20r/s时，调速曲线如图5-4所示。
图5-4 调速曲线
功能测试。按下“OPEN”键时，电机正转;按下“XW1”，电机停止;按下“CLOSE”键，电机反转，按下“XW2”，电机停止;按下“CLOSE”键，在电机反转过程中，借助外力让电机减速，电机稍作停顿后反转(防夹)。测试表明系统实现了所要求的功能。
5.2 结果分析
由SPWM波形及其滤波后的结果可以看出，双极性PWM波形完全符合要求，且波形占空比从0-100%可调，精度9位，频率15.6KHz。
从调速曲线上可以看出，电机转速超调比较严重，可能与以下因素有关：
PID参数设置不合理。PID的参数的整定较繁琐，当参数设定不合理时，可导致电机振荡，超调过大等问题。
光电编码器受到干扰，影响了转速检测精度。由自动控制原理知识可知，反馈环路的精度决定环路输出精度。经过多次实际测试，即便设定工字电感同一参数，几次测试的结果也不完全一样，总的来讲超调都比较严重，具体表现是在超调时出现很窄的尖脉冲，多次改变PID参数也不能完全改善。后来用示波器在编码器的输出端观察到，电机在启动瞬间光电编码器的输出端偶尔会出现较强的干扰，足以影响到转速的准确检测，因而给反馈系统带来异常。
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