核心提示：　　隨著電子技術的高度發展，直流電機測控逐步從模擬化向數字化轉變。完全由硬件電路實現的直流電機測控系統，電路復雜，調整困難且可靠性不高，缺乏控制的靈活性。在工業控制中，按偏差的比例P、積分I和微分D進

　　隨著電子技術的高度發展，直流電機測控逐步從模擬化向數字化轉變。完全由硬件電路實現的直流電機測控系統，電路復雜，調整困難且可靠性不高，缺乏控制的靈活性。在工業控制中，按偏差的比例P、積分I和微分D進行控制的PID調節器現在得到廣泛的應用。在小型微型計算機用于生產過程以前，連續過程系統中采用的氣動、液動和電動的PID調節器幾乎占壟斷地位。由最優控制理論可以證明，它能適應不少工業對象的控制要求。單片機控制技術不斷發展，特別是軟件PID算法控制器的使用，代替了原來很多的硬件PID調節器，在工業控制系統和嵌入式系統中得到了更加廣泛的應用。基于軟件PID算法控制器和硬件PWM技術的直流電機測控技術正向數字化、智能化、高可靠性發展。

　　1系統硬件組成直流電機測控系統如所示。本系統是以Cygnal C8051F020為核心所組成的閉環實時測控系統，是一個典夠實現速度預置、轉速顯示，并能對轉速進行精確測控。

　　霍爾測速電路產生的采樣脈沖送外部中斷，通過計數器進行計數，從而算出轉速。將這個轉速值與預置轉速值比較，得出差值。C8051通過對該差值進行PID運算，得出控制增量，再由C8051輸出控制參數，由PWM電路改變電機兩端的有效電壓，最終達到控制轉速的目的。

　　直流電機測控系統原理圖鍵盤和顯示電路采用了串行接口的7279控制電路。

　　在功能鍵盤上輸入控制命令，電機轉速顯示在七段碼顯示器上。

　　PWM控制器方向為計算機測控技術。

　　p%Ms控制器由pwM波開形發生器和pwm延時保護t與功放電路組成。系統中測速部分使用了定時器T0，如果PWM波形發生也由C8051產生將會加大軟件的任務，從而影響整個系統的實時控制效果。因此由外部電路產生PWM的波形，而C8051只提供控制參數來改變脈寬占空比，達到電機轉速的變頻調控。PWM波形發生器如所示。

　　輸出脈沖的周期和頻率可以計算出轉速。為了提高對電機轉速測量的精度，可以在電機轉盤上均勻固定多塊磁鋼，電機每轉一圈，霍爾傳感器將會產生多個脈沖，通過軟件計算可以精確測量電機轉速。

　　由于霍爾傳感器輸出的脈沖波峰小、波形邊沿不完整，采用施密特觸發器電路對脈沖整形后輸出到C8051外部中斷INTO，施密特觸發器輸入輸出波形如所示。

　　u.本PWM波形發生器中U1是一個10位的計數器，計數器的時鐘輸入端CP接C8051晶振的XTAL2端。本系統中采用的主頻為12MHz的晶振，經過U1分頻后得到PWM波形頻率級聯。U2的人>Bout端接一個過零比較器，其輸出為PWM波，PWM波的脈寬可以通過從P0口輸出數值改變。

　　PWM波輸出負載能力過小，不能直接驅動電機，因此我們采用了雙極型脈寬調制功率放大器。考慮對大功率晶體管從導通到飽和需要有一定的時間，防止所有的功放管同時導通，因此采用用幾塊門電路實現邏輯延時、連鎖保護電路。同時為了使電機安全工作，在電機兩端并接了電阻和電容，電阻值和電容的大小與電機參數以及PWM波形頻率有關，可以通過計算得出。

　　L2霍爾檢測電路轉速是工程上一個常用的參數，轉速的測量方法很多，霍爾開關傳感器的應用就是其中之一。霍爾開關傳感器是由半導體材料制成，其輸出電壓與外磁場大小成正比。由于其體積小、無觸點、動態性能好且使用壽命長，在測量轉動物體旋轉速度領域得到廣泛應用。本系統中采用了美國SPRAGUE公司生產的3000系列霍爾開關傳感器。

　　根據霍爾效應原理，將一永久磁鋼固定在電機轉軸的轉盤邊沿，磁鋼隨電機轉動，在電機附近相對轉軸靜止的位置安裝一個霍爾開關傳感器，霍爾傳感器應在磁鋼磁場有效范圍內。電機轉動時，受磁鋼所產生的磁場影響，霍2系統軟件設計軟件設計基于CygnalIDE集成開發環境和KeilC51語言。本系統主要模塊有主程序、INT0中斷子程序、T0中斷子程序、PID算法子程序和顯示鍵盤處理子程序。主程序進行一系列的初始化后轉入“PWM驅動、鍵盤控制處理、調顯示”循環等待中斷；外部中斷INT0中斷服務子程序對霍爾電路輸出的轉速脈沖計數；T0產生50ms定時中斷，T0中斷服務子程序對中斷次數計數，每20次中斷（1秒）讀出轉速脈沖計數值，計算出轉速n次/s并送顯示緩沖區。同時調用PID子程序對測試轉速和設定轉速進行差值計算，得出控制參數，并由P0口送到PWM控制器調整電機轉速。在DDC系統中，用計算機取代了模擬調節器，控制規律的實現是由計算機軟件完成的。因此，系統中數字控制器的設計，時間上是計算機算法的設計，筆者將著重解決PID算法及其實現。

　　PID算法設計思想在自動控制系統中，PID控制器是得到廣泛應用的一種控制方法。由于電機轉速與電樞外加電壓的大小基本上成正比，這就構成了PID調節的基礎。在采樣時刻*=ixT為采樣周期，i為正整數），模擬PID控制器調節規律的數學模型可以用微分方程來表示：u⑴=Kp.北京：北京航空航天大學出版社，2002.王建校，楊建國。51系列單片機及C51程序設計。北京：科學出版社，2002.潘琢金，施國君。C8051Fxxx高速SOC單片機原理及應用。北京：北京航空航天大學出版社，2002.孫傳友，孫曉斌。測控系統原理與設計。北京：北京航空航天大學出版社，2002.