基于测速发电机的双闭环运动控制系统

1基于测速发电机的双闭环运动控制系统2目录摘要 .3一、实验原理 .31.1 测速发电机测速原理 31.2 双闭环控制系统组成 4二、控制系统实现 .62.1 电流调节器设计 72.2 转速调节器设计 10三、控制系统硬件及电路设计 .143.1 电动机主电路的设计 153.2 ACR 模拟电流调节器（ PID）具体设计 153.3 ASR 数字调节器（PID）的具体设计 .163.4 单片机及其接口电路的设计 173.5 AD/DA 设计： .223.6 电源电路的设计： 23四、控制系统误差分析 .254.1 电刷位置的影响 254.2 温度的影响 25五、运动控制的程序编写 .28六、仿真分析 .336.1 电路建模 336.2 电流调节器的设计 366.2 速度调节器的设计 366.3 仿真实验和结果分析 37参考文献 .40附录 系统电路图 .413摘要本文基于测速发电机，利用转速和电流两种负反馈作用，设计了双闭环控制系统，在系统中要设置两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间串连。以单片机为微控制器，进行控制程序的编写，编写出 PID 控制 C51 程序。本文从以下三个方面对基于测速发电机的双闭环控制系统进行可设计。1、论述直流双闭环调速系统的工作原理和建立双闭环调速系统的数学模型。建立模型之后，进行工程实现。2、设计出系统的硬件模型和电路。3 分析系统的性能指标，进行运动控制程序的编写。关键词：测速发电机 双闭环控制系统 PID 控制一、实验原理1.1 测速发电机测速原理输出电动势与转速成比例的微特电机称为测速发电机。测速发电机的绕组和磁路经精确设计，其输出电动势 和转速 成线性关系，即 , 是常EnEnK数。改变旋转方向时输出电动势的极性即相应改变。在被测机构与测速发电机同轴联接时，只要检测出输出电动势，就能获得被测机构的转速，故又称速度传感器。为保证电机性能可靠，测速发电机的输出电动势具有斜率高、特性成线性、无信号区小或剩余电压小、正转和反转时输出电压不对称度小、对温度敏感低等特点。此外，直流测速发电机要求在一定转速下输出电压交流分量小，无线电干扰小；交流测速发电机要求在工作转速变化范围内输出电压相位变化小。测速发电机广泛用于各种速度或位置控制系统。在自动控制系统中作为检测速度的元件，以调节电动机转速或通过反馈来提高系统稳定性和精度；在解算装置中可作为微分、积分元件，也可作为加速或延迟信号用或用来测量各种运动机械在摆动或转动以及直线运动时的速度。测速发电机分为直流和交流两种。4直流测速发电机有永磁式和电磁式两种。其结构与直流发电机相近。永磁式采用高性能永久磁钢励磁，受温度变化的影响较小,输出变化小，斜率高, 线性误差小。这种电机在 80 年代因新型永磁材料的出现而发展较快。电磁式采用他励式，不仅复杂且因励磁受电源、环境等因素的影响，输出电压变化较大，用得不多。用永磁材料制成的直流测速发电机还分有限转角测速发电机和直线测速发电机。它们分别用于测量旋转或直线运动速度，其性能要求与直流测速发电机相近，但结构有些差别。本文以直流测速发电机为研究对象交流测速发电机。有空心杯转子异步测速发电机、笼式转子异步测速发电机和同步测速发电机 3 种。空心杯转子异步测速发电机：结构原理如图所示，主要由内定子、外定子及在它们之间的气隙中转动的杯形转子所组成。励磁绕组、输出绕组嵌在定子上, 彼此在空间相差 90电角度。杯形转子是由非磁性材料制成。当转子不转时，励磁后由杯形转子电流产生的磁场与输出绕组轴线垂直，输出绕组不感应电动势；当转子转动时，由杯形转子产生的磁场与输出绕组轴线重合，在输出绕组中感应的电动势大小正比于杯形转子的转速，而频率和励磁电压频率相同，与转速无关。反转时输出电压相位也相反。杯形转子是传递信号的关键，其质量好坏对性能起很大作用。由于它的技术性能比其他类型交流测速发电机优越，结构不很复杂，同时噪声低，无干扰且体积小，是目前应用最为广泛的一种交流测速发电机。笼式转子异步测速发电机：与交流伺服电动机相似，因输出的线性度较差，仅用于要求不高的场合。同步测速发电机同步测速发电机：以永久磁铁作为转子的交流发电机。由于输出电压和频率随转速同时变化，又不能判别旋转方向,使用不便，在自动控制系统中用得很少, 主要供转速的直接测量用。51.2 双闭环控制系统组成调速是指在某一具体负载情况下，通过改变电动据或电源参数的方法，使机械特性曲线得以改变，从而使电动机转速发生变化或保持不变。采用转速负反馈和 PI 调节器的单闭环调速系统可以在保证系统稳定的条件下实现转速无静差。 由于主电路电感的作用，电流不能突跳，为了实现在允许条件下最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值的恒流过程，按照反馈控制规律，采用某个物理量的负反馈就可以保持该量基本不变，那么采用电流负反馈就应该能得到近似的恒流过程。问题是希望在起动过程中只有电流负反馈，而不能让它和转速负反馈同时加到一个调节器的输人端，到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈，不再靠电流负反馈发挥主要的作用。怎样才能做到这种既存在转速和电流两种负反馈作用，又使它们只能分别在不同的阶段起作用呢?双闭环调速系统正是用来解决这个问题的。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置了两个调节器，分别调节转速和电流，二者之间实行串级联接。这就是说，把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看，电流调节环在里面，叫做内环；转速调节环在外边，叫做外环。这样就形成了转速、电流双闭环调速系统。 为了获得良好的静、动态性能，双闭环调速系统的两个调节器一般都采用PI 调节器本文是根据工程设计方法来对控制系统结构及参数进行设计。按照设计多环控制系统先内环后外环的一般原则，先设计电流调节器，然后把整个电流环看作是转速系统中的一个环节，再设计转速调节器。6二、控制系统实现根据工程设计方法的基本思路我们知道首先应该选择电流调节器的结构。因为电流环作为内环，从稳态要求上看，要求电流无静差，以得到理想的堵转特性，从动态上看，实际系统不允许电枢电流在突加控制作用下时有太大的超调，以保证电流在动态过程不超过允许值，而对电网电压波动的及时抗扰作用只是次要的因素。因而电流环应以跟随性能为主。所以本文采用典型型系统。对于转速环，由于转速环作为外环，主要要求系统抗干扰性能好和转速无静差，所以将转速环设计成典型系统。双闭环直流调速系统的动态结构框图如图所示： )(sUi )(sE)(sIdL1sTon)(ASR1Toi )(scACR1TK0Ud1/Rl TmeC1oi)(sn1sTon电流环图 2-1 双闭环调速系统的动态结构框图上图 2-1是双闭环调速系统的实际动态结构框图。由于电流检测信号中常含有交流分量，为了不使它影响到调节器的输入，需要加低通滤波。这样的滤波环节传递函数可用一阶惯性环节来表示，其滤波时间常数 按需要选定，以滤oiT平电流检测信号为准。然而，在抑制交流分量的同时，滤波环节也延迟了反馈信号的作用，为了平衡这个延迟作用，在给定信号通道上加入一个同等时间常数的惯性环节，称作给定滤波环节。其意义是让给定信号和反馈信号经过相同的延时，使得二者在时间上恰好的配合。由测速发电机得到的转速反馈电压含有换向纹波，因此也需要滤波，滤波时间常数用 表示。根据和电流环一样的道理，在转速给定通道上也加入时间onT常数 的给定滤波环节。72.1 电流调节器设计（1）电流环结构框图的化简在图 2-1点划线框的电流环中，反电动势与电流反馈的作用相互交叉，这将给设计工作带来麻烦。实际上，反电动势与转速成正比，它代表转速对电流环的影响。在一般情况下，系统的电磁时间常数 远小于机电时间常数 ，因此，lTmT转速的变化往往比电流变化慢得多，对电流环来说，反电动势是一个变化较慢的扰动，在电流的瞬变过程中，可以认为反电动势基本不变，即 ，这样，0E在按动态性能设计电流环时，可以暂不考虑反电动势变化的动态影响，得到的电流环的近似结构框图如图 2-2。)(sUi )(sUc )(sId)(0sd1sToi1Toi ACR1Ks 1/TRl图 2-2 忽略反电动势的动态影响如果把给定滤波和反馈滤波两个环节都等效地移到环内，同时把给定信号改成 ，则电流环便等效成单位负反馈系统，如图2-3。/)(sUi )(sUc )(sIdACR1sToi)(i )1(/sTRKls图 2-3 等效成单位负反馈系统由于 和 比 小得多，可以当作小惯性群而近似地看作是一个惯性环节，sToil其时间常数为： oisiT则电流环结构框图最终简化成下图2-4。8)(sIdACR)(sUi )1(/sTRKil图 2-4 小惯性环节近似处理（2）电流调节器结构的选择 图2-4表明，电流环的控制对象是双惯性的，要校正成典型型系统，显然应采用PI型的调节器，其传递函数可以写成sKWiACR)1()式中 -电流调节器的比例系数 -电流调节器的超前时间常数iKi为了让调节器零点与控制对象的大时间常数极点对消，选择 liT则电流环的动态结构框图便成为图2-5 所以的典型形式，其中 RKisI)(sId)(sUi 1(sTKiI图 2-5 校正成典型型系统电流环动态结构框图下图5-6绘出了校正后电流环的开环对数幅频特性. dBL/OciiT1decB/40deB/20 1/s图 5-6 校正成典型 型系统电流环开环对数幅频特性9校验 ， ， 是否满足条件13cisT1cisoiT13cisoiT 电流调节器的参数计算由式 可以看出，电流调节器的参数是 和 ，其中sKWiACR)1() iKi已选定，待定的只有比例系数 ，它可根据所需的动态性能指标选取。i i计算电流环开环增益： Ici计算电流调节器的比例系数： 2lisiTRK如果实际系统要求的跟随性能指标不同，式 和 可以做相Ici2lisiTRK应的改变，然后再次校验抗扰性能的指标是否满足。（4）计算调节器电阻和电容按含给定滤波和反馈滤波的模拟式PI 型电流调节器原理图如图 2-7，图中为电流给定电压， 为电流反馈电压，调节器的输出就是电力电子变换iUdI器的控制电压 。c-iU20R2000balRiRiCoiCoidI cUA+图 2-7 含给定滤波与反馈滤波的 PI 型电流调节器102.2 转速调节器设计 电流环的等效闭环传递函数电流环经化简后可视作转速环中的一个环节，为此需要求出它的闭环传递函数 ，由图2-5可知：)(sWcli1)1(/)( 2 sKTsKsUI IIiiIiIidcli 忽略高此项， 可降阶近似为：)(Wcli1)(sKIcli接入转速环内，电流环等效环节的输入量应为 ，因此电流环在转速环)(sUi中应等效为：1)()(sKWsUIIcliid这样，原来是双惯性环节的电流环控制对象，经闭环控制后，可以近似地等效成只有较小时间常数 的一阶惯性环节。IK1 转速环结构的化简和转速调节器结构的选择用电流环的等效环节代替图2-1中的电流环后，整个转速控制系统的动态结构框图如图2-8所示。11sTo n1sTo n)( sUnA S R)( sUi111sKI)( sId)( sId L)( snsTCRme图 2-8 用等效环节代替电流环11和电流环中一样，把转速给定滤波和反馈滤波环节移到环内，同时将给定信号改成 ，再把时间常数 和 的两个小惯性环节合并起来，近似/)(sUn IK/1onT成一个时间常数为 的惯性环节，其中 ，则转速环结构框图可化nT onI简成图2-9。A S R)( sId)( sId L)( snTC sRme1/Tn)(*sUn图 2-9 等效成单位负反馈和小惯性的近似处理为了实现转速无静差，在负载扰动作用点前必须有一个积分环节，它应该包含在转速调节器中。现在扰动作用点后面已经有了一个积分环节，因此转速环开环传递函数应共有两个积分环节，所以应该设计成典型系统，这样的系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。至于其阶跃响应超调量较大，那么线性系统的计算数据，实际系统中转速调节器的饱和非线性性质会使超调量大大降低。由此可见 也应该采用PI 调节器，其传递函数为：ASRsKsWnASR)1()式中 -转速调节器的比例系数 nK-转速调节器的超前时间常数)(sUn )1(2sTKnN(s图 2-10 校正后成为典型系统12这样，调速系统的开环传递函数为： )1()1(/)1() 2sTCRKsTCRsKsWnmennmenn 令转速环开环增益 为： NmenTK则 )1()2ssWnNn至于中频宽为多少，要看动态性能的要求决定。 转速调节器的参数的计算转速环开环增益为： 21NnhKT的比例系数为： ASR()emnnCR校验转速环的截止频率为： 1NcnnK 计算调节器电阻和电容-20R2000RbalA+onConnRnCiUnUn图 2-11 含给定滤波与反馈滤波的 PI 型转速调节器13根据图2-11，计算 是否满足要求0nRKnCR04 onoT最后对转速退饱和超调量进行校核。14三、控制系统硬件及电路设计以电动机运行主电路为基础，通过控制 PWM 的占空比实现电动机正转、翻转、速度的控制。双闭环包括电流环和转速环，通过不断的检测电流和转速，然后进行与给定值比较，实现对电动机的控制。系统的硬件结构图如下图所示。图 3-1 系统硬件结构图单片机作为系统的控制核心，主要是对采集 AD 反馈过来的信息，还有就是码盘输入的信息以及按键的信息。然后，做出相应的应答。本设计主要是对89C52 单片机的设计、双闭环的设计、电动机主电路的设计。电流检测速度控制 电流控制 PWM 驱动 电机测速发电机15图 3-2 单片机选用设计的主要内容有电动机运行主电路、双闭环控制器、89C52 单片机最小系统及 PWM 产生电路、 8279 键盘及其显示电路、测速及其报警电路、AD/DA 转换电路。3.1 电动机主电路的设计 D123456MB0VAGSH8NUF79LCIT-图 3-3 电动机运行主电路此电路为三相桥式不可控整流电路，输入为三相交流 AC1，AC2,AC3 。通过16桥式整流，转化为直流电，电路中的平波电抗器和电容主要起滤波作用以及电机在最低负载（Id=Idim）下也能工作在连续段机械特性上。G1、G2、G3 、G4为 IGBT 开关器件，通过对其的控制，实现对电动机的调速控制，而本设计中主要是用 PWM 实现对其的控制。其中， D7D10 四个二极管为续流二极管，其作用为防止负载电流突变，起到平滑电流以及续流的作用。设计中选的 IGBT 管的型号是 SGH80N60UFD,它的参数如下：管子类型：NMOS 场效应管极限电压 Vm：600V；极限电流 Im：80 A；耗散功率 P：195 W ；额定电压U：220V；额定电流 I：45A3.2 ACR 模拟电流调节器（PID）具体设计模拟调节器的控制规律： 01(t)(t)Ke(t)(t)dTpeu为调节器输出， 为调节器误差输入， 为调节器比例增。本设计只用(t)uet pPI 调节器就能满足要求。电流调节器设计电路图如下： 4kR/2.FC8oi975bal-+3L6GND*c图 3-4 电流环调节器173.3 ASR 数字调节器（ PID）的具体设计PI 调节器是电力拖动自动控制系统中最常用的一种控制器，在微机数字控制系统中，当采样频率足够高时，可以先按模拟系统的设计方法设计调节器，然后再离散化，就可以得到数字控制器的算法，这就是模拟调节器的数字化。 PI 调节器时域表达式： teKttetKtu d)()(d)(1)()( IPpi 其中 为比例系数 ， 为积分系数 pi I将上式离散化成差分方程，其第 k 拍输出为： )1()()( )()( IsamIP IP1saI kueTKke kueKikui（*）式中 为采样周期 samT数字 PI 调节器有位置式和增量式两种算法：位置式算法即为差分方程，算法特点是：比例部分只与当前的偏差有关，而积分部分则是系统过去所有偏差的累积。位置式 PI 调节器的结构清晰，P 和 I 两部分作用分明，参数调整简单明了，但需要存储的数据较多。 增量式 PI 调节器算法： )()1()1()( samIP keTKkeKkuku PI 调节器的输出可由下式求得： )()()( u只要在计算机中多保存上一拍的输出值就可以了。与模拟调节器相似，在数字控制算法中，需要对 u 限幅，这里，只须在程序内设置限幅值 Um，当 u(k) Um 时，便以限幅值 Um 作为输出。不考虑限幅时，位置式和增量式两种算法完全等同，考虑限幅则两者略有差异。增量式PI 调节器算法只需输出限幅，而位置式算法必须同时设积分限幅和输出限幅，缺一不可。 183.4 单片机及其接口电路的设计（1）89C52 简介 ：本设计使用 89C52 单片机作为控制芯片，其功能丰富，且使用简单，具体功能如下： 兼容 MCS51 指令系统 8k 可反复擦写(1000 次）Flash ROM 32 个双向 I/O 口 256x8bit 内部 RAM 3 个 16 位可编程定时/计数器中断 时钟频率 0-24MHz 2 个串行中断 可编程 UART 串行通道 2 个外部中断源 共 6 个中断源 2 个读写中断口线 3 级加密位 低功耗空闲和掉电模式 软件设置睡眠和唤醒功能（2）8279 键盘及其显示电路：19OUTA027B3165948DSLRIQCWKHFEN/GeycsfgdPbap mr-M+V.图 3-5 8279 键盘及其显示电路DB0DB7：双向数据总线。在 CPU 与 8279 间做数据与命令的传送。CLK：8279 的系统时钟，100KHz 为最佳选择。RESET：复位信号，输入线，当 RESET=1 时，8279 复位，其复位状态为：16 字符显示，编码扫描键盘双键锁定，程序时钟编码 1。CS：芯片选择信号，低电平有效。A0：区分信息的特征位。A0=1 时，读取状态标志位或写入命令；A0=0 时， 读写一般数据。：读取控制线。RD=0，8279 会送数据至外部总线。20：写入控制线。WR=0，8279 会从外部总线捕捉数据。IRQ：中断请求输出线，高电平有效。在键盘工作方式中，当 FIFO 传感器 RAM中有数据时为“1” ，CPU 每读一次就变为 0，如果 RAM 中仍有数据则 IRQ 又变为“1” 。在传感器工作方式中，传感器矩阵无论哪里发生变化都会使 IRQ 为“1”。SL0SL3：扫描按键开关或传感器矩阵及显示器，可以是编码模式或解码模式。RL0RL7：回复输入线，它们是键盘或传感器的列（或行）信号输入线；平时保持为“1” ，当矩阵结点上有键（开关）闭合时变为“0” 。SHIFT：移位信号输入线，高电平有效。通常用来扩充键开关的功能，可以用作键盘上、下档功能键。在传感器方式和选通方式中，SHIFT 无效。CNTL/STB：控制 /选通输入线，高电平有效。通常用来扩充键开关的控制功能，作为控制功能键用。在选通输入方式时，该信号的上升沿可把来自 RL0RL7 的数据存入 FIFO/RAM 中；在传感器方式下，该信号无效。OUTA0OUTA3：动态扫描显示的输出口（高四位） 。OUTB0OUTB3：动态扫描显示的输出口（低四位） 。BD：消隐输出线, 低电平有效，当显示器切换或使用显示消隐命 令时，将显示器消隐。8279 与 89C52 的许多信号是兼容的，可直接连接，十分方便。8279 的 8位数据线（DB0 DB7 ）直接接 89C52 的 P0 口。RD 、WR 与 89C52 的读写信号（RD 、 WR）直接连接。 89C52 的地址锁存信号 ALE 接 8279 的 CLK，在内部分频后产生其内部时钟信号。8279 的中断请求信号（IRQ）经一个反相器反相后接 89C52 的 。8279 的三个可寻址的寄存器只需两个地址，即：命令 /状态寄存器地址和数据寄存器地址。8279 中与地址有关的信号为 A0 和 CS，它们的连接情况直接决定着寄存器的地址，一旦硬件电路确定，寄存器的地址也就确定下来了。C)74LS154：为 4 线16 线译码器，当选通端（G1 、G2 ）均为低电平时，可将地址端（ABCD ）的二进制编码在一个对应的输出端，以低电平译出。 如果将 G1 和21G2 中的一个作为数据输入端，由 ABCD 对输出寻址，74LS154 还可作 1 线-16 线数据分配器。A、B 、C、D 译码地址输入端( 低电平有效)G1、G2 选通端(低电平有效)015 输出端(低电平有效 )74LS154 对应真值表：图 3-7 74LS154 真值表键盘采用的是行列式键盘，通过扫描的方式进行判断键的按下与否，当CBA=000，此时， Key1 为低电平，电路中的 S1，S3，.S5.S15 键的右端为低电平，若 S1 被按下，则 RL0 则有高电平变为低电平，从而确定 S1 被按下，其他键的确认也是一样。当 CBA=001 时，Key2 为低电平，S2，S4 ，S6S16 键的右端为低电平，检测原理和 Key1 为低电平时相同。本设计使用的是共阴极数码管，当电路中的 cs1，cs2，cs3.cs8 为低电平时，数码管才开始工作，数码管的 a,b,c,d,e,f,g,h 中接入相应的高电平，相应的二极管会亮，不同的组合会形成不同的显示模式。当 cs1，cs2，cs3.cs8 分别给其低电平，并且有短暂的延时（肉眼不能分辨的延时） ，就可以形成数码管的动态显示。74LS164 为 8 位移位寄存器，当清除端（CLEAR ）为低电平时，输出端22（QA QH）均为低电平。 串行数据输入端（A， B）可控制数据。当 A、B 任意一个为 低电平，则禁止新数据输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用下Q0 为低电平。当 A、B 有一个为高电平，则另一个就允许输入数据，并在CLOCK 上升沿作用下决定 Q0 的状态。CLOCK ：时钟输入端CLEAR： 同步清除输入端（低电平有效） A，B ：串行数据输入端QAQH： 输出端89C52 单片机产生 PWM： 85234671U9OP0KR+VGNDWMLSC.T图 3-8 单片机产生 PWM 及光电隔离电路通过 89C52 单片机中的定时器，设定好时间间隔，不断的高低电平的取反形成 PWM 波，引脚 P2.0 为 PWM 波。然后，通过光电隔离器实现绝缘隔离。随后，通过 OP07 放大电路进行放大，此电路放大三倍左右就能满足电动机主电路中的 IGBT 的导通，从而实现对电机的控制。PWM1 可以接到图一的G1，G4，PWM2 可以接到图一的 G2,G3，通过单片机对 PWM 的控制实现对电动机转速的控制。光电耦合器（optical coupler，英文缩写为 OC）简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用。其主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。使用光耦，不仅实现了电气隔离和绝缘，而且还减小了电动机运行时对单23片机的影响，有利于单片机对电动机的精确控制。3.5 AD/DA 设计：DA 设计：单片机对采集来的信息作出应答后，需要将数字量转化为模拟量才能被外界的电路接收，此时，就必须进行 DA 转换才行，下面的电路就是将单片机的数字量转换为外界的模拟量的电路！ DIN1SCLK2/3OUTA4G5REF6B7V8P.0M9+ui*图 3-9 DA 转换电路TLV5638：TLV5638是TI公司的 12位D/A转换器，具有两个输出通道，数据传输接口为3线的串行接口，该接口能够与常用的微控制器或者微处理器直接相连。每次传输数据由16位的数据组成一帧，其中4位控制命令字，12位输出数据。本设计仅需一个通道就足够！TLV5638的引脚功能说明： DIN：串行数据输入 SCLK：串行接口时钟输入 /CS：片选信号输入，低电平有效 OUTA：A通道模拟电压输出 AGND：模拟地 REF：模拟电压参考输入/输出 OUTB：B通道模拟电压输出 VDD：供电电源（2.7V5.5V）通过单片机编程实现数字量的转换，输出Ui*的范围为0-5V。AD 设计：外电路的模拟量要想被计算机接收，必须转换为数字量。这是就24需要 AD 转换电路，下面就是将外电路中的模拟量转化为数字量的电路： CS1H023GND4I5O6LK7V8UAP.MT9c图 3-10 AD 转换电路3.6 电源电路的设计：正负 12V 电压设计电路图如下：ranspFu+-图 3-11 交流 220V 转正负 12V 电源上述电路实现 AC220V 变为 正负 DC12V 电源的电路，首先是降压变压器，将 AC220V 变为 AC16V，然后，通过桥式整流，变为直流。然后滤波，通过三25端集成稳压块，降电压稳定在正负 12V，供其他一些运算放大器或者芯片使用。+5V 电源电压设计电路图：T2ransD1340uFC78p9INOUGLM5V+图 3-12 交流 220V 转 +5V 电源该电路的设计原理和正负 12V 的设计原理基本相同，唯一不同的就是三端稳压器 LM7805。26四、控制系统误差分析控制系统在控制的过程中，首先，给系统上电，系统处于等待状态。通过按键设定转速，单片机接收到信息，输出相应占空比的 PWM 波，控制电动机在适当的转速上稳定运行。同时，8 位数码管开始显示，其中四位可以显示给定的转速，另外四位可以显示电动机的实际转速。电动机运行过程中，会出现电流和转速的变化，电流变化，通过 ACR 调节器调节将变化的电流和给定值比较，产生差值，然后，差值进行放大处理通过 AD 送入单片机，单片机做出反应，并显示出来。转速变化，可以通过码盘检测，将测量出来的结果送入单片机，然后，单片机通过比较，做出相应的应答，通过 DA 模块将数值传送给ACR，作为给定值，并显示出来。当电动机运行过程中出现故障，本设计主演是过电流故障，霍尔传感器将检测到的电流送入单片机，单片机将接收到的电流值与给定值相比较，如果超出给定值，则进行故障报警，即立即停止电动机的运行，同时将 P2.4 口置 0，LED 发光指示故障！在运行的过程中，结果会出现偏差。总结影响精度的因素主要有以下几个方面。4.1 电刷位置的影响当直流测速发电机带负载运行时，若电刷没有严格地位于几何中性线上，会造成测速发电机正反转时输出电压不对称，即在相同的转速下，测速发电机正反向旋转时，输出电压不完全相等。这是因为当电刷偏离几何中性线一个不大的角度时，电枢反应的直轴分量磁通若在一种转向下起着去磁作用，而在另一种转向下起着增磁作用。因此，在两种不同的转向下，尽管转速相同，电枢绕组的感应电动势不相等，其输出电压也不相等。4.2 温度的影响电磁式直流测速发电机在实际工作时，由于周围环境温度的变化以及电机本身发热（由电机各种损耗引起） ，都会引起电机中励磁绕组电阻的变化。当温度升高时，励磁绕组电阻增大。这时即使励磁电压保持不变，励磁电流也将27减小，磁通也随之减小，导致电枢绕组的感应电动势和输出电压降低。铜的电阻温度系数约为 0.004/，即当温度每升高 25，其电阻值相应增加 10%。所以，温度的变化对电磁式直流测速发电机输出特性的影响是很严重的。为了减小温度变化对输出特性的影响，通常可采取下列措施：（1）设计电机时，磁路比较饱和，使励磁电流的变化所引起磁通的变化较小。（2）在励磁回路中串联一个阻值比励磁绕组电阻大几倍的附加电阻来稳流。附加电阻可用温度系数较低的合金材料制成，如锰镍铜合金或镍铜合金，它的阻值随温度变化较小。这样尽管温度变化，引起励磁绕组电阻变化，但整个励磁回路总电阻的变化不大，磁通变化也不大。其缺点是励磁电源电压也需增高，励磁功率随之增大。直流测速发电机是一种测速元件，它把转速信号转换成直流电压信号输出。直流测速发电机广泛地应用于自动控制、测量技术和计算机技术等装置中。对直流测速发电机的主要要求是：（1）输出电压要严格地与转速成正比，并且不受温度等外界条件变化的影响；（2）在一定的转速下，输出电压要尽可能的大；（3) 不灵敏区要小。直流测速发电机可分为励磁式和永磁式两种。励磁式由励磁绕组接成他励，永磁式采用矫顽力