单片机控制的直流调速系统

5 调节器的设计

5.1 电流调节器的设计

电流调节器的设计参见图2。

图2 单片机控制直流调速系统结构

差分方程: Ck=Ck-1+(K1+K2)ek-K1ek-1

其中, K1=K0-K’TLT
K2 = K’TLT

最后带入已知数据就可设计出电流调节器。

5.2 速度调节器的设计

在本次设计中按二次型性能指标最优控制[8]来设计速度调节器，首先求取速度环的状态方程，对于单输入系统，R为常数，选R=1，用计算机离线求出P阵，求出状态反馈阵为：

K = R-1BTP

若考虑速度调节器采用PI调节器,并加入比例微分负反馈，可以推导出：

6 系统软件设计

6.1 主程序设计

如图3所示的主程序流程图[9]，它完成主程序完成系统的各种功能初始化操作。

图3 主程序流程图

6.2 电流环中断服务程序的设计

它主要完成电机索零运算、电流调节器PI运算、轻载时电流自适应的运算。设系统电流断续临界值为I0，反馈电流采样值为I，则程序框图如图4所示。

图4 电流环中断服务程序简化框图

6.3 速度环中断服务程序的设计

速度环计算子程序完成速度给定值输入、转速计算、偏差计算、PID计算、输出限幅等功能。程序框图略。

7 结束语

本设计用一台单片机及外部扩展设备代替原模拟系统中速度调节器、电流调节器、触发器、逻辑切换单元、锁零单元和电流自适应调节器等，从而使直流调速系统实现全数字化。用软件编程完成电流、转速等各项参数的计算，实现最优化调节。

图5 转速、电流仿真曲线

通过图5所示的MATLAB仿真[10]结果可以看出系统运行稳定，稳态无静差，电流超调量≤5%,控制效果比较理想。