PIC16F877A单片机PID直流电机控制设计+程序+电路图(4)

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运动控制系统的任务就是控制电动机的转速和转角，而唯一的途径就是控制电磁转矩，使转速变化按照人们期望的规律变化。所以，转矩控制是运动控制的根本问题。为了有效地控制电磁转矩，充分利用电机铁芯，在一定的电流作用下尽可能产生最大的电磁转矩，从而加快系统的过渡过程，必须在控制转矩的同时也控制磁通。所以，磁链控制与转矩控制同样重要。通常在基速（额定转速）以下采用恒磁通控制，而在基速以上采用弱磁控制[2]。

1.1.2 直流电机基本原理和调速的三大方法

直流电机主要由定子和转子两大基本结构部件构成。定子用来固定磁极和作为电机的机械支撑，转子用来感应电动势而实现能量转换，另有一个换向器和电刷结构实现交流电变成直流电的换向。当电刷两端接入直流电压，转子电枢绕组中就有电流通过，定子励磁绕组有直流电流励磁，则带电电枢导体在磁场中受电磁力的作用，产生电磁转矩，使电枢旋转，电磁转矩的方向与电机转向一致。文献综述

那么，如何实现直流电机的调速呢？分析直流电动机的机械特性和转速公式（例如并励直流电动机的转速公式可写成），可以用三种方法调速：调节励磁电流以改变每极磁通、调节外施电源电压、电枢回路中串联电阻。以下分别进行讨论。

弱磁调速：保持电动机电枢电压为额定值，电枢回路不串电阻，减小电动机的励磁电流，降低电动机的磁通来调节电动机转速的方法。对于并励、他励电动机，调节励磁回路中的变阻器就能调节它们的励磁电流从而改变电机每极磁通的大小，用磁场控制来调速，一般都是减小气隙磁通。气隙磁通减小时，首先使空载转速上升，同时使机械特性的斜率增大。这种方法便于连续平滑的调节速度，转速近似与每极磁通成反比，转速稳定性好。但是，调速时高速受到机械强度和换向的限制，最低转速受到励磁绕组自身电阻和磁路饱和的限制，因此调速比不能太大。

降压调速：保持电动机磁通为额定值，电枢回路不串电阻，通过降低电源电压来调节电动机转速的方法。由转速公式可知，当励磁电流一定的情况下，一般电机的电枢回路电压降很小，转速与外施电压近似成正比。这种方法调速时机械特性硬度不变，相对稳定性不变，而转速越低，静差率越大。调压调速需要专用的直流电源向电动机供电，专用的直流电源，一种是直流发电机与电动机组成发电机——电动机系统，另一种是可控硅整流供电或直流斩波器供电。

串电阻调速：保持电源电压为额定电压，每极磁通为额定磁通，电枢回路中串入调速电阻，使电动机带同一负载，而得到不同转速的方法。这种调速方法中调速电阻的容量大，较笨重，不易实现连续调节，只能分段有级变化，所以平滑性差；电枢回路电阻上损耗的电能多，而且转速越低，电能损耗越多。但是，由于它的线路简单，所用设备少，在一些对调速性能要求不高的设备上还有应用。

1.1.3 直流电机调速的最新发展

从20世纪80年代中后期起，晶闸管整流装置开始取代以往的直流发电机电动机组及水银整流装置，使直流电气传动进行了一次大的跃进。同时，控制电路也实现了高度集成化、小型化。

随着计算机、微电子技术的发展以及新型电力电子功率器件的不断涌现，电动机的控制策略也发生了深刻的变化。变频技术和脉宽调制技术已成为电动机控制的主流技术。正是这些技术的发展使电动控制技术在近二十年内发生了极大的变化。其中，电动机控制策略的模拟实现正逐渐退出历史舞台，而采用微处理器、通用计算机、FPGA/CPLD、DSP控制器等现代手段构成的数字控制系统正得到迅速的发展。而电动机的驱动部分所采用的功率器件在经历了数次更新换代后，速度更快、控制更易的全控型功率器件MOSFET和IGBT也正逐渐成为主流。功率器件控制条件的变化和微电子技术的使用也使新型的电动机控制方法能够得到实现。其中，脉宽调制（PWM）方法，变频技术在直流调速和交流调速系统中得到了广泛应用。永磁材料技术与微电子技术的结合又产生了一批新型的电动机，如永磁直流电动机，交流伺服电动机，超声波电动机等。事实上，应用先进控制算法，开发全数字化智能运动控制系统正成为新一代运动控制系统设计的发展方向[3]。