[摘要] PWM(Pulse Width Modulation)控制就是指保持开关周期T不变，调节开关导通时间T 对脉冲的宽度进行调制的技术。PWM控制技术在晶闸管时代就已经产生，但是最初为了使晶闸管通断要付出很大的代价，因而难以得到广泛应用。以IGBT、功率MOSFET等为代表的全控型器件的不断完善，给PWM控制技术提供了强大的物质基础，推动这项技术的迅猛发展。对于直流电机，采用PWM控制技术构成的无级调速系统，起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。
[关键词] 直流电机PWM调速系统
直流电机由于具有速度控制容易，启、制动性能良好，且在宽范围内平滑调速等特点而在冶金、机械制造、轻工等工业部门中得到广泛应用。直流电动机转速的控制方法可分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法控制磁通，其控制功率虽然小，但低速时受到磁饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制;而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差。所以常用的控制方法是改变电枢端电压调速的电枢电压控制法。调节电阻R即可改变端电压，达到调速目的。但这种传统的调压调速方法效率低。
随着电力电子技术的进步，发展了许多新的电枢电压控制方法，其中PWM(脉宽调制)是常用的一种调速方法。其基本原理是用改变电机电枢(定子)电压的接通和断开的时间比(占空比)来控制马达的速度，在脉宽调速系统中，当电机通电时，其速度增加；电机断电时，其速度减低。只要按照一定的规律改变通、断电的时间，即可使电机的速度达到并保持一稳定值。最近几年来，随着微电子技术和计算机技术的发展及单片机的广泛应用，使调速装置向集成化、小型化和智能化方向发展。
一、PWM信号发生电路设计
PWM信号发生器是由单片机和PWM脉冲发生电路两部分组成，其原理如图所示。PWM脉冲可由具有PWM输出口的单片机(如80C552，80C198等)通过编程产生，或者由单片机外扩8253来构成脉宽调制器，还可以采用PWM专用芯片。在实践中我们采用通用集成电路4585和4040设计了一种专用的PWM的脉冲发生电路。当l2位二进制串行计数器u4(404o)的RST引脚为“1”高电平)时，Q2-Q9均为“0”(低电平)。当RST为“0”时，CLK引脚每来一个脉冲，计数器加l。当系统晶振频率为12MHz时，Q2-Q9由全“0”变为全“l”的时间为42.5μs。2片4位数值比较器U2，U3(4585)串联组成8位数值比较器，其A组输入端接U4的Q2-Q9，B组输入端由U1的P1口送入预置数N。当A组输入小于B组输入时，U2的l3脚输出低电平，否则U2的l3脚输出高电平，这样在U2的l3脚就产生了脉冲信号，其占空比为(256-N)／256，周期为42．5μs。这里U1选择美国ATMAL公司的AT89C2051，其芯片结构和指令系统与5l系列单片机兼容，内部有2KB闪速存储器，无需外扩EPROM，而且仅有20条引脚，管脚排列参见图。该芯片市场价格便宜，具有良好的性能价格比，特别适用于小型经济型控制器。在本系统中，由U1的Pl口向8位数值比较器U2和U3传送预置数N，改变N就可以改变PWM脉的占空比。
二、直流电机速度闭环控制软件实现方法
u1的P3.3，P3.4分别接升速按钮s1和降速按钮s2。当s1键按下时，将送到P1口的预置数N减1以增大PWM信号的占空比；当s2按下时，将N加1以减小PWM信号的占空比。
在进行软件编程时应加入键盘去抖、速度限幅等处理程序。系统采用计时法测量电机转速。电机的输出轴装有测速盘，其上沿圆周方向均布32个孔，采用透射式光电传感器，其输出信号经施密特触发器整形后输入2051的P3-2口。每当转至小孔处，光电传感器接收到信号，引起2051外部中断。2051的定时器T1设定为16位定时器方式，初始化TH1，TL1为#00H。在外部中断程序中启动定时器T1，然后中断返回。当下一个外部中断到来时，读取TH1，TL1的值，即两孔间电机运行时间t。依据系统的机械结构尺寸，通过计算得出电机各档速度下的T值，组成速度一时间表。当电机处于某档速度时，测量所得到的t值，如比较从速度一时间表中查出的T值大，则说明电机速度比设定的低，此时可通过增大PWM脉冲的占空比提高电机的转速，反之，则通过减小PWM脉冲的占空比提高电机的转速。这样通过软件编程，就实现了直流电机的速度闭环控制。实践中，应采用数字滤波去除抖动或外部干扰的影响。
三、结论
本系统控制原理成熟可靠，运行稳定。该系统是基于现代电力电子技术，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。工作安全可靠、维护量小，从而确保了系统的安全运行。
参考文献:
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