摘要
传统的直流电机调速系统，电机工作不稳定，难以满足高精度、大功率场合的要求。随着科学技术的发展，对直流电机的需要和要求越来越高。本文介绍了一种基于51单片机的直流电机调速控制系统，采用可逆PWM系统来实现电机转速控制。其电路简单、性能稳定、控制精度高、调试修改参数方便、可调范围宽、响应速度快和成本低，能非常方便和灵活地应用于大功率、可靠性要求较高的直流电机控制中。对于PWM脉宽调制电机调速的研究逐渐深入，凸显出愈多的可能性。
关键词: 51单片机 电机调速 PWM脉宽调制
- 课题研究背景和意义
现在电气传动的主要趋势是电机调速系统采用微处理器实现数字化智能化控制，电机在各种工业中发挥着重要的作用,而电机转速是衡量电机性能的重要性指标之一,因而控制电机的转速和电机的调速,使之满足人们的各种精度控制需求,显得更加重要，直流具有优良的调速特性，调速平滑，方便，调速范围广，过载能力强，能承受频繁的冲击负载，可实现频繁的无极快速起动、制动和反转等交流电机无法比拟的优点，而且随着科技的进步发展,PWM调速方式已经成为电机调速的主要新方式。随着科学技术的发展，人们对控制系统的要求越来越高,电机调速成了人们研究的重要课题,直流电机调速基本原理是比较简单的（相对于交流电机），只要改变电机的电压就可以改变转速了[1]，现在对于普通直流电机的调速已经有了一些比较成熟的方法。文献[2]中提出直流电动机转速的控制方法可分为两类励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法控制磁通,其控制功率虽然小,但低速时受到磁饱和的限制,高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制,而且由于励磁线圈电感较大,动态响应较差,所以使用较少。电枢电压控制法总体上可以分为两种,一种是调节电压,一种是调节电流。传统的调速系统是用模拟电子电路来实现的,这种电路虽然响应快,但是灵活性较差,维修复杂。
单片机[3]作为一种可编程控制器技术上已经比较成熟。通过单片机对普通直流电机进行调速的系统已经存在，单片机具有性能高、速度快、体积小、价格低、稳定可靠、应用广泛、通用性强等突出优点。改变电枢回路电阻调速、改变电压调速等技术已远远不能满足现代科技的要求，并且随着现代化生产规模的不断扩大，各个行业对直流电机的需求愈益增大，并对其性能提出了更高的要求。为此，研究并制造高性能、高可靠性的直流电机控制系统有着十分重要的现实意义。
- 评述
原理研究
PWM脉冲宽度调制技术通过对系列数字脉冲的宽度进行调制，在脉冲作用下，当电机通电时速度加快，断电时速度逐渐变慢，只要按一定规律改变通断电时间，即可对电机的转速控制，实现直流电机调速数字化。PWM将占空比(电机电枢电压接通时间与通电周期的比值)不同的脉冲变成不同的电压来驱动直流电机转动，通过改变占空比，得到不同的转速，实现电机启动、停止、和反转等功能。
调速原理:占空比表示了在一个周期T里，开关管导通的时间与周期的比值。其变化范围为0-1。在电源电压不变的情况下，电枢的端电压的平均值U取决于占空比的大小。改变其值就可以改变端电压的平均值，从而达到调速的目的。[4]
文献[5]中指出在调速精度要求高、带载能力要求大的工作环境下, 使用PWM脉宽调制技术来改变电枢回路电压的效果优于使用滑动变阻器的效果。优点在于灵敏度高，调节步进精度高。同时，PWM控制信号可由嵌入式单片机产生，便于进行自动化控制。调速电路线性范围宽、调速精度高、带载能力强，电路拓扑结构简洁、电气原理清晰便于制作与检修，具有良好的实用性与稳定性。
应用实例
