关于直流电机双向可逆控制系统设计与研究

梁志国

新汶矿业集团有限责任公司翟镇煤矿机运部

近年来，随着科技的进步，直流电机较之于交流电机具有很强的优势在很多情况下应用非常广泛，可以在不同情况下满足人们对自动化系统的要求。本系统以STC89C52单片机为核心，通过内部定时器产生PWM波形，控制LN298大功率H桥路驱动直流电机已达到控制转速的目的。通过数码管将速度等级显示出来，此外分别从主控制芯片的选择、显示电路的比较与选择、 电机调速控制模块、电源电路与电机驱动电路四个方面进一步确定系统的总体设计方案，最后通过数码管LED显示程序设计以及电机控制子程序完成实验步骤，并在结论部分对系统调试过程中的常见的故障分析和注意事项做出了摘要说明，具有一定的理论和实际意义。

关键词：STC89C52； 双向可逆控制系统； PWM调速；

国内外技术发展的现状

直流电动机启动快、制动快，并且在切换不同的速度时可以平稳的过渡，所以正是因为此优势使得直流电机在很多需要改变速度和该笔那电力方向的领域中应用的非常多。以前的直流电动机都是采用的模拟电路作为控制的基本手段，且有时会采取少量的数字电路组成，这样组成的控制系统硬件部分的体积非常大，却功能非常少，系统不能灵活的运行，这些都是直流电机内采用的控制技术不能得到应用和大范围的推广。现在的计算机技术非常完善，很多的控制系统的运行程序都可以通过软件和计算机编程来解决，这样的得到的控制系统使得人们对直流电机的控制更加方便和灵活，使系统的性能得到大幅度的提高，并且节省了中间必须的人力成本，降低了直流电机的总成本，并且运行速度更快，调控更加方便，最后当然工作效率也大幅度的得到提高。

2、系统总体方案

系统总体设计方案的步骤为先选择主控制芯片，然后通过显示电路的比较与选择、电机调速控制模块、电源电路与电机驱动电路三个方面逐步确定系统的软硬件指标，最终将设计分为硬件和软件两个部分分别详细概括，本文的设计原理是主要以单片机为核心，通过内部定时器产生PWM波形，控制LN298大功率H桥路驱动直流电机控制转速，并且将结果通过数码管将速度等级显示出来作为具体分析概述。系统总体方案如下所示：

3、直流电机的调速设计

由前文介绍的直流电机的运作原理可知，直流电动机有三种调节控制速度的方法： （1）调节电枢供电电压U。改变电枢电压的途径主要是通过额定电压慢慢往下降，从电动机的额定功率慢慢往下降，这是属恒转矩调速方法。如果要达到在一定的范围内改变速度的化进行一个平稳的过渡的要求，这是目前为止可以采用的最好的办法用这种办法电流的变化非常小，可以在短时间内快速改变，执行CPU的指令，但是这个操作需要的可以调节速度的直流电源大容量。

（2）改变电动机主磁通。我们还可以通过改变磁通来实现改变速度平稳过渡。但是只能通过减弱磁通的调节方式，在额定运转速度的基础上慢慢增大。I_f遇到的时间常数同I_a变化遇到的相比要大得多，做出法英的速度慢，但是和上一个方法相比只需要一个容量小的电源。

（3）改变电枢回路电阻R。改变电枢的电阻可以通过外加电阻的方式，这种操作比较简单，通过改变回路的电阻来调节电流的速度。但是这种控制直流电机的速度的方法也有弊端，就是不能实现平稳的过渡。并且空载时没有调速作用，还会因为电路总的电阻的增大消耗的电能也较之于之前明显的增大。

直流斩波器又称直流调压器，是用开关来实现通和断，从而达到控制的目的，将直流电源的电压通过开关控制开通和断开的时间，从而控制输出电压的平均值。我们可以看到我们用电压恒定的直流电源变成了可以调节的。它的优点在于使用的效率高、成本低廉、质量小，这样的直流电源的好处就是便于携带。现如今，这种在地铁和电瓶车上运用的非常广泛。

采用晶闸管的直流斩波器的工作原理与整流电路运用的原理不同，晶闸管不会被相位决定，而是用开关来决定，开关即是使整个电路处于工作的状态。当晶闸管被触发导通时，电源电压加到电动机上，当晶闸管关断时，直流电源与直流电机开关断开时，电动机经二两端电压几乎没有。PWM不改变脉冲周期，只控制晶闸管的疏通的时间，简单的来说就是通过改变脉冲宽度来调节直流的运行速度。

系统调试

4.1 常见的故障分析

单片机应用系统的硬件调试和软件调试是分不开的．许多硬件故障只有通过软、硬件一起调试才能被发现,但是在使用这种方式之前我们要确认是否属于仅仅通过硬件调试或通过软件调试就能发现故障的情形。入股不行的化话，我们才采用联合调控的方式来找故障。

(1)逻辑错误

样机硬件的逻辑错误是由于设计错误和加工过程中的工艺错误而造成的。就包括错线、开路等等,我们经常遇到的就是短路。

(2)元器件错误

元器件错误的原因有器件被损坏或者型号等匹配不上等原因,或者极块可能装反了的原因。

(3)可靠性差

应用系统容易受到外部电波、器件负载、金属孔等干扰，并且应用系统抵制这种干扰的能力非常弱。除此之外，如果线路设计的不合理也会是造成系统稳定性差的原因。

(4)电源故障

电源故障包括：电压值不符合设计要求、电源功率不足、负载能力差、纹波太重等。

4.2 系统调试注意事项

在接通电源之前,我们一定要确保样机的线路和零件等细节完全正确。所以最好在测试之前就比照图纸核对一下来确保万无一失，争取不犯低级错误，特别是注意最常见的短路故障。需要对精细的零件进行核对时可以利用辅助工具。

在进行程序编写时，每一个环节都值得被认真对待，因为很多的细节如果不注意的话可以毁坏系统调试的结果。所以，我们一定要在调试的过程中注意细节。

结语： 本文的研究的基础是价格低廉的单片微机STC89C52直流电机，并且在本文笔者也论述了单片机的几种调节控制速度的方法，和其他的采用硬件或者硬件与软件或者两者相结合的方式调控具有明显的优势。采用PWM软件的调节控制速度的方法灵活性更强和成本更加低廉。这样在无形之中为企业节约了一笔不必要的成本，同时也不影响单片机发挥其效率，这是一种通过简单的方法来研究出速度控制系统成为可能。

参考文献：

[1]杜警,窦艳艳.PWM直流闭环调速系统设计[J].武汉职业技术学院学报,2018,17(01):92-95.

[2]李玮.基于单片机控制的直流电机PWM调速系统设计[J].产业与科技论坛,2018,17(04):74-75.