基于软件方式产生直流电机PWM调速波形的方法

基于软件方式产生直流电机PWM调速波形的方法 基于软件方式产生直流电机调速波形的方法马琪七五实验场云南昆明摘要针对无集成脉宽调制能的单片机在直流电机伺服控制应用中的不足在研究硬件功能发生器的基础上。提出了一种基于软件方式产生调速渡形的方法并将其改进应用至智能舵机节点控制中。关键词脉宽调制调速软件中圈分类号文献标识码在直流电动机的控制中经常需要使用脉宽调制技术通过调节信号的占空比来实现电机速度调节波形发生器在直流电动机的控制中是不可缺少的。若控制直流电机用的单片机采用内部集成功能的型号通过相应控制寄存器的设置很容易输出信号但在很多实际应用情况下为了节省成本一般选用的单片机内部都没有集成功能此外在很多应用中常需要输出口根据需要在不同硬件接口输出。在大功率、大转动惯量、可靠性要求较高的伺服驱动应用中直流电机采用单极性受限可逆调速方式进行控制为简化系统设计使用专门的桥式直流电机功率驱动集成电路来驱动及控制直流电机。如图所示该集成驱动器带四个控制输入接每个接口控制一个功率管电机正转时功率管、导通功率管、关断由功率管接人的信号控制电机转速电机反转时功率管、导通功率管、关断由功率管接人的信号控制电机转速。上述电机调速信号根据换向要求需把单片机产生的一个信号转接到接或接通过增加硬件逻辑换向电路可以实现该功能但是这样给系统设计带来了很多不便。也增加了系统成本及复杂性。划叫圈直流电机桥驱动、?实现原理为了让廉价的普通单片机具备控制功能同时便于解决图所示的四个口控制电机正反转调速时的转接问题通过分析波形产生的过程本文提出一种使用纯软件产生功能的解决办法卿硬件产生原理框图如图所示。其工作原理如果允许功能系统不断将计数器的计数值与比较寄存器的常数值进行比较当两者相等时。在输出逻辑。当溢出时在输出逻辑同时自动将保存在寄存器中的比较常数值装入比较寄存器中。如此在输出引脚即可产生脉宽调制波通过改变比较寄存器中的常数值就口丁改变输出占空比改变占空比可以通过向寄存器中写入一个常数来实现通过对硬件脉宽调制波产生原理的分析要产生波形。首先需要一个工作于自由计数模式的计数器一个脉冲宽度产生比较用的寄存器一个用于设置占空比的寄存器。当采用软件方式产生波形时可以使用一个软件定时器产生计数时钟设置一个计数变量在软件定时器的定时中断中对计数变量进行累加同时将计数变量的计数值与刑【咖脉冲宽度流量当有人反映不能连接至网络或网速很慢时可通过网管观察计算机与交换机的连接情况是否有时断时通的现象交换机负载率是否很高线路流量是否很大。通过观察设备端状态。分析和观察交换机哪个端口所接的计算机发包量不太正常。查看网络设备日志法经常看一下网络设备的日志分析设备状况。我曾经通过 命令观察到交换机下连的交换机经常每隔小时掉然后又因时间间隔较长单位人员未感觉网络中断在此期间我们检查并确定了光缆、光收发器、网线、交换机配置、交换机端口均正常。后来的问隔时间由原来的小时减为分钟。由此我们立即判定交换机本身有故障马上将已准备好的备用交换机换上从而减少了处理故障的时间。并在最短时间内恢复网络。收稿日期替换法替换法就是使用一个工作正常的物体去替换一个工作不正常的物体从而达到定位故障、排除故障的目的。这里的物件可以是一段线缆、一个设备和一块模块。配置数据分析法查询、分析当前设备的配置数据通过分析以上的配置数据是否正常来定位故障。若配置的数据有错误需进行重新配置。结束语计算机网络技术发展迅速网络故障也十分复杂本文介绍了常见的几类故障及其维护方法。为了在网络出现故障时及时对 网络进行维护以最快的速度恢复网络的正常运行在网络维护中还需要注意以下几个方面第一。建立完整的组网文档以供维护时查询。如系统需求分析报告、网络设计总体思路和、网路拓扑结构的规划、网络设备和网线的选择、网络的布线、网络的口分配网络设备分布等等。第二做好网络维护日志的良好习惯。尤其是有一些发生概率低但危害大的故障和一些概率高的故障对每台机器都要作完备的维护文档以有利于以后故障的排查。这也是一种经验的积累。第三提高网络安全防范意识提高口令的可靠性并为主机加装最新的操作系统的补丁程序和防火墙、防黑客程序等来防止可能出现的漏洞参考文献黄中伟计算机网络管理与安全技术北京人民邮电出版社?网络维护和故障诊断指南】北京清华大学出版 网络优化及故障检修北京电子工业出版社责任编辑吴银银匕匕一 万方数据允许时钟基于软件方式产生直流电机调速波形的方法圈产生原理比较寄存器的值进行比较若计数变量的计数值小于脉冲宽度比较寄存器的值则从输出引脚输出逻辑否则输出逻辑当计数变量的计数值达到最大值时将该计数值复位为。从而完成一次功能生成。软件方式生成波形的占空比由脉冲宽度比较寄存器的值除以计数最大值得到载波频率由计数最大值和软件定时器定时中断速率共同决定。如果要产生载波频率为的位波。计数变量为位最大计数值为个则一个计数值占用的时间为也就是软件定时器必须每隔产生一次定时中断。若执行一条指令的最快时间为而波形生成需要每隔就要产生一次中断致使不可能完成如此重的负荷要生成波形可能没有时间执行其它任务。直流电机脉宽调速使用的载波频率一般都超过。常选择作为控制应用在这个频段上不太容易产生需要的波形。改进的软件实现方法上述软件产生波形最大的局限是以系统定时器的中断溢出速率作为波形计数源受限于单片机的指令执行处理能力导致了载波频率无法得到提高如果将该实现方式稍微改进一下则可以实现更高的载波频率。假如直接使用系统定时器的计数源作为计数脉冲以脉冲宽度比较寄存器的值对系统定时器定时中断速率进行设置同样以的位载波为例载波对应系统定时器对周期的振荡器计数次当设置脉冲宽度比较寄存器的值为时该值设置范围为对应占空比为。用值对定时器定时中断的软件流程如图和图所示。根据该软件产生方法普通单片机任何一个口均可作为输出接口对于图所示的单极性受限可逆调速方式。在定时器中断服务程序中根据需要的电机转向信号屯 。来决定生成的波形输出接口的逻辑若为电机正转则输出口为 软件对口产生逻辑脉宽输出而输出若为电机反转则输出口为软件对口产生逻辑脉宽输出而输出如此。即可很容易地实现电机设置占空比值了亡许输出二亚?由计算出由计算出口输出将—作为初值启动定时退出圈软件设置流程否换向和调速不需要增添任何逻辑换向电路增加了系统设计的灵活性简化了系统硬件设计。实际应用效果上述软件生成波形的方法在体智能舵机控制节点中得到了实际应用该应用中因控制电路与舵机集成为一体致使控制电路板面积不能选用功能很强的单片机作为控制器这里选用的是一封装的单片机口输出作为控制器采用功率桥集成电路作为舵机驱动控制。单片机采用四个口直接控制的、和、使用和接进行舵机速度调节控制。根据实际控制效果。舵机动作迅速无超凋无振荡。调节时间短。达到了设计要求。图为实测的单片机输出调速波形。禁止定时中断结束语圈定时器中断服务程序 流程乒脉宽调制输出波形【频率占空比幅度科技创业月刊服务科学年第期使用软件方式产生直流电机调速波形具有设计灵活、容易实现电机换向和调速、不增加系统硬件成本、不需要增添任何逻辑换向电路等特点尤其适合不集成功能的普通廉价单片机以调速方式同时控制多个直流伺服电机的场合具有较大的推广应用价值。责任编辑吴银银 万方数据基于软件方式产生直流电机PWM调速波形的方法作者马琪作者单位七五?实验场云南昆明650051刊名科技创业月刊英文刊名 年卷期 被引用次数次 1.期刊论文 堵利宾.张河新.李建朝.韩建海.陈仲库.DU Libin.ZHANG Hexin.LI Jianchao.HAN Jianhai.CHENZhongku 基于C8051F脉宽调制PWM的气动比例调压阀的开发 -机床与液压2008363 介绍了气动比例调压阀的组成、工作原理及控制系统.该气动比例调压阀是由先导式调压阀、高速开关阀、压力传感器、以C8051020单片机为核心的控制电路和显示电路组成的闭环控制系统.该系统通过软件编程输出脉宽调制PWM信号来控制两个气动高速开关阀对气动调压阀先导腔压力进行控制以实现对调压阀出口压力进行比例控制的目的.通过实验表明系统具有良好的控制性能和实用性.2.期刊论文 鲍卫兵.鲍建宇.张仲超.BAO Wei-bing.BAO Jian-yu.ZHANG Zhong-chao 一种三相电流型多电平PWM整流器 -电力系统及其自动化学报2007196 为了改善电流型整流器的谐波特性提高其网侧功率因数采用载波相移SPWM整流技术和电流型整流模块的并联扩容技术提出一种三相电流型多电平脉宽调制整流器.采用数字信号处理器DSP实现正弦脉宽调制算法并利用复杂逻辑可编程逻辑器件CPLD来构造多路PWM信号发生器的方法实现了整个系统的PWM控制.仿真结果验证了其工作原理的正确性而实验结果则验证了该类三相多电平脉宽调制整流器的实际可行性.3.学位论文 邓巍 喷雾图像处理及脉宽调制 变量喷雾的雾化特性研究 2007 我国植保机械和农药使用技术严重落后已严重妨碍了农作物病虫害的防治带来了诸如农药有效利用率低、农产品中农药残留超标、环境污染、作物药害、操作者中毒等负面影响造成了不应有的损失以及其它许多不良后果。因此提高植保施药机械测试设备的测试性能、研究液体从喷嘴喷射出后的雾化特性和提高喷雾沉积率的方法对于优化农用化学制品的应用技术、控制有害物质的飘移、提高农药有效利用率、减小环境污染都有极其深远的意义。作者做了一些相关领域的研究工作现将本研究中所做的工作和研究结论归纳如下建立了雾化喷头试验台设计并建立了基于脉宽调制PWM控制技术的脉动间歇式和连续式两套喷雾流量控制装置。?用频率在20Hz以内可调、占空比可调的方波电信号驱动开关式电磁阀实现了基于脉宽调制PWM技术的间歇式变量喷雾。?用频率为24KHz、占空比可调的脉冲方波电信号驱动电磁比例调节阀实现了基于脉宽调制PWM技术的连续式变量喷雾.试验结果表明这两套喷雾流量控制装置达到了预期设想与传统基于压力式流量控制方法相比喷雾流量调节范围都有一定程度的提高。PWM间歇式喷雾流量控制范围为平口扇形喷嘴、中空锥形喷嘴、实心锥形喷嘴的流量调节范围分别为4.17、4.00、2.70PWM连续式喷雾流量控制范围为平口扇形、中空锥形、实心锥形喷嘴的流量调节范围分别为7.14、3.57、3.70。 2.针对以往喷雾角测定方法误差较大等局限性提出了一种基于图像处理的喷雾角测定方法。对同一次喷雾连续拍摄两次得到一次喷雾的两张图像对其进行图像配准、图像融合以得到图像质量较高的图像并用EM算法评价估计图像质量之后提取喷雾图像射流边界利 用MATLAB工具箱中的最小二乘直线拟合函数对不规则的喷雾图像边界进行最小二乘线性拟合得到了最接近实际射流边界的两条相交直线二直线的夹角即为喷雾角。根据最小二乘拟合的定义和原理用此方法求得的喷雾夹角误差平方和最小。 3.提出一种基于EM算法的图像融合质量评价方法.用混合瑞利概率密度函数对边缘强度分布建模用EM算法迭代估算出混合瑞利密度函数中各项的参数和权重。混合模型中最小参数项对应于弱边缘或是低频背景波动最大参数项对应于强边界。可用混合项中的最小参数项估计噪声用最大参数项度量图像的模糊度。与其它方法相比该方法的优点是不需要知道图像构造等细节信息且对较小噪声也能较精确地估计出。 4.实现了基于ActiveX技术的无VBA组态软件和MATLAB间的通信。在喷头测试试验台的控制系统中工控组态软件因其良好的人机界面等诸多优点被选为主控界面运行在前台为了弥补组态计算能力差的不足选用具有强大计算和图像图形处理能力的MATLAB软件作为计算处理工具运行在后台以实现优势互补。因工程造价问题选用了无VBA的组态软件“世纪星”因此无VBA组态软件和MATLAB间的通信问题成为关键。提出了无VBA组态软件如何利用ActiveX技术与MATLAB通信的新思路和方法即以Excel宏的VBA编辑器作为桥梁。并探讨比较了四种方法:ActiveX技术、DDE技术、MATLAB引擎技术、MATLAB编译器技术根据这四种方法的优缺点在实际开发中可根据实际情况选用不同的方法。在喷头测试试验台的控制系统中对M文件的可移植性要求不是很高ActiveX技术因使用时简单、开发周期短、调用MATLAB前后不必开启MATLAB、占用内存少等优点而被选用。 5.研究了基于PWM控制技术的间歇式变量喷雾的雾化特性。对于PWM间歇式喷雾用现阶段最先进的、精度较高的粒子动态测量分析仪PDA测量了喷雾流场中液滴的速度和粒径用自行编写的软件和MATLAB科学计算统计方法研究并分析了间歇式变量喷雾控制对喷雾特性的影响。研究结果表明随着流量的减小雾量分布有集中到中央区域的趋势、喷雾角稍有减小、雾滴粒径稍有增大但间歇式流量控制对雾量分布方式、喷雾角、雾滴粒径的影响程度都较小相对而言对实心锥形喷嘴的影响较严重对平口扇形喷嘴的影响较轻。与传统的基于压力的流量控制方法相比基本可以认为间歇式流量控制对平口扇形喷嘴的雾量分布方式、喷雾角、粒径谱的影响可忽略不计。对于间歇式流量控制当流量减小时喷雾液滴速度和比能也稍有减小。动能中值直径KEMD与喷雾液滴粒径变化趋势相同说明间歇喷雾动能中值直径与喷雾液滴粒径紧密相关而与液滴速度无关。 6.研究了基于PWM控制技术的连续式变量喷雾的雾化特性。以同样的方法测量、计算并分析了PWM连续式变量喷雾的雾化特性参数。研究结果表明雾量分布方式和喷雾角受PWM连续式流量控制的影响较严重随着流量的减小所测试的所有喷嘴的雾量分布方式都显著集中到中央区域喷雾角显著减小雾滴粒径稍有减小。PWM连续流量控制对喷雾液滴粒径的影响较小一般可以忽略不计。随着喷雾流量的减小液滴速度和比动能都会减小尤其是在占空比在以后液滴速度减小的幅度较大。流量减小时喷雾云动能中值直径KEMD减小与体积中值直径VMD的变化趋势相同说明喷雾云动能中值直径与粒径相关与液滴速度无关。 7.比较了PWM间歇式喷雾、PWM连续式喷雾、基于压力的喷雾方式发现基于压力的喷雾方式的喷雾流量调节范围最小对喷雾特性的影响程度最大当增大压力以提高流量时雾量分布方式及分散度严重变形粒径谱向小粒径方向移动幅度很大但系统对能量的利用率很低。相比较而言PWM脉动间歇式喷雾流量控制对喷雾特性的影响最小对于平口扇形喷嘴 一般可以忽略间歇喷雾对喷雾分布方式、喷雾角、粒径谱的影响喷雾云动态性能可稍被改善。因此对于以纵向调节为目的农业变量喷施而言基于PWM控制技术的间歇式变量喷雾应该是首选。然而PWM连续式喷雾流量控制方法的流量调节范围最大对于平口扇形喷嘴其流量调节范围可达7:1。虽然此种流量控制方法对喷雾分散特性即喷雾角和分布方式有一定的影响但对喷雾液滴粒径谱的影响较小。若考虑喷施时的横向宽度变化要求时PWM连续式流量控制不失为一种可供选择的方法。 8.探讨了一种基于PWM间歇式喷雾技术的、提高喷雾沉积率的方法。四组比较试验结果表明使较大喷嘴在提高工作压力的情况下间歇喷雾系统调节喷雾占空比、压力和喷嘴大小可在保证流量得到控制的同时产生合适的粒径谱雾滴速度也可得到提高这样可以提高喷施沉积率。因为提高喷施沉积性能的根本出发点是保持合适的较小粒径谱和提高雾滴速度。4.期刊论文 于飞.张晓锋.李槐树.刘亚丽 基于零序偏移时间的低耗高性能PWM控制方法 -电力系统自动化2005292 根据quot伏-秒quot平衡原理提出了一种基于零序偏移时间ZSOT的新型脉宽调制PWM实现方法给出了各种PWM方式对应的零序偏移时间.从调制范围、开关损耗、总谐波畸变率及输出电压增益等几个方面对比分析了各种PWM控制的波形质量根据分析结果提出了一种优化的零序偏移时间实现方式即根据调制指数和负载功率因数角的情况来调整零序偏移时间从而实现了整个调制范围内逆变器运行的性能优化.仿真与实验结果验证了所提出方法的优越性.5.期刊论文 胡伟荣.王景成.杨一平.HU Wei-rong.WANG Jing-cheng.YANG Yi-ping 脉宽调制控制技术在柴油机喷油系统中的应用 -现代车用动力20052 通过对微控制器等硬件分析叙述脉宽调制PWM信号的产生及其调节.将PWM技术用于高压共轨电控燃油喷射系统采用两级闭环控制实现对喷油量的精确控制.这里的关键技术是PWM的参数采样速度和它的瞬时响应.高时钟频率的CPU芯片满足了高速柴油机响应速度的要求.6.学位论文 扶庆明 非线性内点算法在谐波损耗最小PWM中的应用与研究及混合优化PWM的提出 2003 该文对原-对偶路径跟踪内点法进行研究和分析并且应用它求解谐波损耗最小脉宽调制MLPWM的非线性规划问题.原-对偶路径跟踪内点算法本质上是牛顿法、拉格朗日函数和对数壁垒函数三者的结合因而具有很高的收敛效率而且对系统规模不敏感有可能应用于传动系统的实时控制所需要的在线计算.仿真结果表明采用MLPWM控制逆变器电机的损耗小于采用选择性消谐脉宽调制SHEPWM控制时的损耗MLPWM下的电机定子的电压、电流波形也优于SHEPWM下的波形.在SHEPWM和MLPWM的基础上该文提出了一种新的脉宽调制方法——混合优化脉宽调制HOPWM并对它进行深入研究.在不同的等式约束条件数k下HOPWM表现了不同的行为特性:k1时HOPWM退化成MLPWMkMM是开关角个数时HOPWM近似于SHEPWMkgtM时HOPWM表现出了很强的模糊性逆变器输出的基波电压幅值偏离了预设的数值同时它也非常有效地降低了电机的谐波损耗.7.期刊论文 卢玉宇 用单片机产生脉宽调制PWM电压输出的方法 -福建农业大学学报自然科学版2001303 在智能化产品开发中许多常用的单片机没有提供脉宽调制PWM电压输出功能而在某些特定的场合需要得到PWM电压.本文阐述了利用单片机定时器功能通过软件设计产生PWM电压输出使产品硬件设计简单化提高可靠性降低成本提高产.