單片機控製的PWM直流電機調速係統的設計
行業動態
作者：成夢喆
[摘要]：隨著工業科技的不斷進步，自動控製係統已經遍及了工業生產的每個領域，各自起著其應有的作用。直流電機是工業生產中的重要動力設備，使用率相當高，所以為了提高工業生產效率就必須重視直流電機的性能。介紹影響其性能的重要環節——調速係統，希望通過研究單片機控製下的PWM直流電機調速係統原理，並分析它的硬件模塊設計與程序設計，從而進一步幫助直流電機提高運行效率。
[關鍵詞]：直流電機 單片機 調速係統 PWM調速技術
PWM調速技術能夠解決直流電機由於受到線路複雜等因素困擾而造成的性能受限，是一種應用範圍很廣的先進技術。如今，隨著電子控製技術的不斷革新，基於單片機控製的PWM直流電機調速係統表現出了更為優越和強勁的整體效能，不但有效的減少了直流電機運行中的電力能耗，也受到了工業生產業界的普遍認可。
一、PWM直流電機調速技術
（一）概念原理
PWM即脈衝寬度調製（Pulse Width Modulation）。PWM技術主要是一種利用到了半導體開關通斷，從而改變直流電壓的技術。當半導體打開時，電流導通，電壓呈現高電平狀態；當半導體斷開時，電壓就會呈現低電平，此時的直流電壓就會轉化為脈衝信號。也就是說，PWM技術就是一種通過改變半導體開關通斷來改變PWM信號脈衝寬度或信號頻率的直流電技術。從原理上講，這就是一種對直流電壓平均值的改變，達到了直流電機調速的最終目的。
如上圖右圖所示，當半導體開關打開後，脈衝信號就會從半導體首先導出T1秒，到T2秒時斷開，通過程序反複執行此過程。所以根據這一個執行命令我們就可以初步明白其電機的平均電壓應該是：Ua=T1/T * Ud。
如果β=T1/T，這裏就可以將β定義為占空比。如果Ud數值不發生變化，那麼β數值就會變大，據此類推Ua也會隨之變大。相反如果β數值變小，電機兩端的平均電壓值Ua也會越小，所以說我們可以考慮通過改變β的數值來達到調節直流電機兩端電壓的目的，這就是一種上圖中所示的用PWM實現直流電機變速的技術。
（二）改變β的方法
綜合來說，能夠改變β的方法有很多，一般工業運作中都會用到常見的三種方法即：調寬、調頻和調頻調寬。其中調頻主要負責對電壓調節，如上圖中將電壓調節到低電平的T2時段，此時T2的變化改變了β的比率，進而讓電機兩端平均電壓發生改變，從而實現調速；而調寬是指當電機兩端電壓處於高電平狀態時，通過將電壓調節到T1時間段進而改變β比率，達到改變電機兩端平均電壓的目的，做到調速；而第三種調速調頻則需要對T1、T2時段進行同時調節來改變電機兩端的平均電壓，最終實現調速。相比前兩種方法，調寬調頻更加全麵和適中穩妥，更有利於電動機的運轉穩定，而且依靠這種方法實現PWM脈衝也更加容易，是最為常用的方式。
二、PWM直流電機調速係統的內部模塊設計
（一）關於51單片機
目前，基於單片機控製的PWM直流電機調速係統較為常見，其中最為普遍使用的就是51單片機。51單片機是一種兼容性很強的具有Intel指令係統的電子設備。它的內核使用了8031指令係統，目前被廣泛應用於工業測控領域之中。隨著計算機技術的不斷進步，51單片機不斷推出兼容機型，豐富了自己的性能與自編程能力，在PWM直流電機調速係統中也起著較為關鍵的作用。