淺談AT89C51單片機在SR電機控制中的應用

曾 浩

（臺州學院 318000）

在電機實際運用的過程中，對電機轉速控制的要求是對電機控制精度要求高低的關鍵所在，而其中最基本的是開環控制系統與閉環控制系統，在此，值得我們注意的是，閉環控制的性能要遠遠概予開環控制系統。SR電機的調速性能較其他類型的電機具有很強的優勢，它可以構成恒速傳統系統和變速傳動系統兩種系統，但是無論哪一種傳動系統，都要求系統具有非常良好的操作性能，這也是電機高效率運轉的前提條件，而良好的系統操作性能通常包括具有良好的穩定性和隨動性以及較硬的機械特性等等。電機調速系統作為一種新型的變速傳動系統，具有在額定轉矩以下，可以實現恒轉矩調速，電動機輸出額定轉矩，輸出功率與轉速成正比；而在額定轉速以上，為恒功率運轉，電動機輸出額定功率，輸出轉矩隨轉速升高而下降的特性。

1 關于電機調速系統的概述

為了實現傳統裝置從靜止到具有恒轉矩，在基速以上具有恒功率的特性，我們的調速系統可以采取的控制策略為基速以下，電壓PWM控制，輸出恒轉矩特性；基速以上，角度位置控制（APC），輸出恒功率特性。

AT89C51 單片機定時采樣由轉子位置傳感器獲得的反饋速度, 與由鍵盤敲入的給定速度相比較,誤差經數字PID 調節,再經軟件處理, 根據反饋速度的大小是否在基速以上轉換成PWM 脈沖或控制角度的APC 單脈沖的控制參數。微機控制器根據轉子位置控制對應相繞組的導通或關斷, 輸出對應的PWM 脈沖或APC 單脈沖, 經功率變換器,實現對SR 電機的控制。為簡化硬件電路, PWM控制、APC 脈沖控制、速度檢測、PID調節器均由軟件實現；而為了提高過流保護動作快速性和安全性，我們應采用硬件過流保護電路。

電機調速系統（SRD）既可以是速度單閉環系統，也可以是轉速—電流雙閉環系統，盡管雙閉環控制系統在性能上要高于單閉環控制系統，但其實現起來相對要麻煩許多。

2 電機調速系統（SRD）硬件與軟件的設計

2.1 系統硬件的設計

以AT89C51單片機為核心的控制系統硬件結構圖如下圖所示，通常由AT89C51單片機，外界A/D、位置邏輯、驅動電路、限流電路等組成。鑒于我們在基速以下采用的是PWM的電壓方式，所以為了防止GTR因過流而損壞，我們專門設計了過流保護電路實施防護。

2.2 控制系統的軟件的組成與功能

通常情況下，系統軟件由主程序、中斷服務程序以及專用子程序共同組成。它們的功能分別是，主程序初始化整個系統和將顯示緩沖區的四位速度值傳送到顯示RAM；而中斷服務程序主要包括鍵盤中斷服務程序以及定時器T0、T1中斷服務程序等等。其中鍵盤中斷服務程序的功能主要是：讀取按下的鍵值，然后根據按下的鍵跳轉到相對應的功能模塊控制系統程序上進行執行。而專用子程序則是由四字節浮點運算子程序以及十六進制數轉換成BCD碼子程序等共同構成的。

主程序在初始化系統的時候，會將中斷方式設置成每次跳變觸發，因此電機每轉過一個步進角的時候，中斷服務程序就會被執行一次，而相應的狀態則會給寄存器裝載相對應的命令字，同時也會產生所要求的輸出信號。而我們對轉速的測量則是通過在采樣周期內記錄時間觸發的次數，即轉過的步近角（通常為15度）數目N來實現。

3 電機調速系統（SRD）的運行試驗

3.1 電機的實際轉速檢測

SRD系統的雙閉環控制，使電機的運行維持在給定的速度上，因此，系統只有對電機的瞬時轉速進行實時、快速的檢測，將所測得的轉速值與給定的轉速值進行比較，控制器才能根據兩者之間的差值確定具體的控制策略。SRD系統中必不可少的位置檢測器為其提供的位置檢測信號里包含了轉速的一切相關信息，而傳統的調速系統則是設有了專門的測速裝置，來對轉速信息進行收集并分析的。在以單片機為核心的SRD系統，常用的檢測方法一般包括以下兩種：

（1）硬件檢測方法

硬件檢測方法的工作原理是利用頻壓轉換器，將脈沖型轉子位置信號轉換成電壓信號，然后直接與速度給定電壓信號相迭加。具體的措施是我們可以采用頻壓轉換集成電路，例如使用LM2917完成頻壓轉換，當其外圍電路元件參數配置合適時，其輸出電壓與輸入信號頻率成正比，而SR電機的轉速與位置信號的頻率則存在以下的關系：n=K3fin（其中，K3為外部元件參數決定的常數）。

（2）數字測量法

數字測量法是通過測量單位時間內或者是電機轉過單位角度所發出的脈沖數來完成的，也可以說成是測頻測速法。在此，我們設SR電機的每轉步數為NP，轉子位置信號下跳沿觸發計數器計數，電機定子繞組為p相，f表示變換器供電基本變化頻率，則電機每分鐘有60pf個步進狀態，由此得出電機轉速為：n=60pf/Np*r/min.

因此，只要我們測出變換器供電基本變化頻率f，就可以測量出電機實際轉速n。

3.2 SRD系統中的電流檢測

在雙閉環SRD系統中，由于其內環為電流環，因此必須實施檢測電流。根據SR電機調速控制原理，SRD系統通常情況下采用PWM技術來實施調速。由于電流測量一般是測量主功率開關流過電流或的繞組相電流，而這些電流又存在著瞬時變化大、峰值高以及波形復雜、不規則等特點，因此要求電流傳感器必須反映靈敏、準確，以方便適時控制，同時要求電氣隔離，以免主電路干擾控制其他電路。

對電流的檢測往往采用電阻取樣法，還可以采用霍爾電流傳感器進行測量。如果采用前者，則要求我們采樣電阻的組織較小、功率大、溫度系數低，所以這中測量方法更適用于小功率的SRD系統，而霍爾電流傳感器測量則能夠使用于以單片機為核心任何功率的SRD系統，所以說其更具有代表性。

4 總結

關于AT89C51單片機在SR 電機控制中的應用，本文主要從以上幾個方面進行簡要的論述。具體的內容和方法可能因為我們看待問題的角度以及采取方法的出發點不同而存在一定的差異。本文旨在與相關專業的學習與研究人士以及相關行業的從業人員進行學術上的溝通與交流，在此也希望有更多的人士參與到這項課題的探討中來，為保障機械的現代化發展而共同努力。

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