浅谈AT89C51单片机在SR电机控制中的应用

曾 浩

（台州学院 318000）

在电机实际运用的过程中，对电机转速控制的要求是对电机控制精度要求高低的关键所在，而其中最基本的是开环控制系统与闭环控制系统，在此，值得我们注意的是，闭环控制的性能要远远概予开环控制系统。SR电机的调速性能较其他类型的电机具有很强的优势，它可以构成恒速传统系统和变速传动系统两种系统，但是无论哪一种传动系统，都要求系统具有非常良好的操作性能，这也是电机高效率运转的前提条件，而良好的系统操作性能通常包括具有良好的稳定性和随动性以及较硬的机械特性等等。电机调速系统作为一种新型的变速传动系统，具有在额定转矩以下，可以实现恒转矩调速，电动机输出额定转矩，输出功率与转速成正比；而在额定转速以上，为恒功率运转，电动机输出额定功率，输出转矩随转速升高而下降的特性。

1 关于电机调速系统的概述

为了实现传统装置从静止到具有恒转矩，在基速以上具有恒功率的特性，我们的调速系统可以采取的控制策略为基速以下，电压PWM控制，输出恒转矩特性；基速以上，角度位置控制（APC），输出恒功率特性。

AT89C51 单片机定时采样由转子位置传感器获得的反馈速度, 与由键盘敲入的给定速度相比较,误差经数字PID 调节,再经软件处理, 根据反馈速度的大小是否在基速以上转换成PWM 脉冲或控制角度的APC 单脉冲的控制参数。微机控制器根据转子位置控制对应相绕组的导通或关断, 输出对应的PWM 脉冲或APC 单脉冲, 经功率变换器,实现对SR 电机的控制。为简化硬件电路, PWM控制、APC 脉冲控制、速度检测、PID调节器均由软件实现；而为了提高过流保护动作快速性和安全性，我们应采用硬件过流保护电路。

电机调速系统（SRD）既可以是速度单闭环系统，也可以是转速—电流双闭环系统，尽管双闭环控制系统在性能上要高于单闭环控制系统，但其实现起来相对要麻烦许多。

2 电机调速系统（SRD）硬件与软件的设计

2.1 系统硬件的设计

以AT89C51单片机为核心的控制系统硬件结构图如下图所示，通常由AT89C51单片机，外界A/D、位置逻辑、驱动电路、限流电路等组成。鉴于我们在基速以下采用的是PWM的电压方式，所以为了防止GTR因过流而损坏，我们专门设计了过流保护电路实施防护。

2.2 控制系统的软件的组成与功能

通常情况下，系统软件由主程序、中断服务程序以及专用子程序共同组成。它们的功能分别是，主程序初始化整个系统和将显示缓冲区的四位速度值传送到显示RAM；而中断服务程序主要包括键盘中断服务程序以及定时器T0、T1中断服务程序等等。其中键盘中断服务程序的功能主要是：读取按下的键值，然后根据按下的键跳转到相对应的功能模块控制系统程序上进行执行。而专用子程序则是由四字节浮点运算子程序以及十六进制数转换成BCD码子程序等共同构成的。

主程序在初始化系统的时候，会将中断方式设置成每次跳变触发，因此电机每转过一个步进角的时候，中断服务程序就会被执行一次，而相应的状态则会给寄存器装载相对应的命令字，同时也会产生所要求的输出信号。而我们对转速的测量则是通过在采样周期内记录时间触发的次数，即转过的步近角（通常为15度）数目N来实现。

3 电机调速系统（SRD）的运行试验

3.1 电机的实际转速检测

SRD系统的双闭环控制，使电机的运行维持在给定的速度上，因此，系统只有对电机的瞬时转速进行实时、快速的检测，将所测得的转速值与给定的转速值进行比较，控制器才能根据两者之间的差值确定具体的控制策略。SRD系统中必不可少的位置检测器为其提供的位置检测信号里包含了转速的一切相关信息，而传统的调速系统则是设有了专门的测速装置，来对转速信息进行收集并分析的。在以单片机为核心的SRD系统，常用的检测方法一般包括以下两种：

（1）硬件检测方法

硬件检测方法的工作原理是利用频压转换器，将脉冲型转子位置信号转换成电压信号，然后直接与速度给定电压信号相迭加。具体的措施是我们可以采用频压转换集成电路，例如使用LM2917完成频压转换，当其外围电路元件参数配置合适时，其输出电压与输入信号频率成正比，而SR电机的转速与位置信号的频率则存在以下的关系：n=K3fin（其中，K3为外部元件参数决定的常数）。

（2）数字测量法

数字测量法是通过测量单位时间内或者是电机转过单位角度所发出的脉冲数来完成的，也可以说成是测频测速法。在此，我们设SR电机的每转步数为NP，转子位置信号下跳沿触发计数器计数，电机定子绕组为p相，f表示变换器供电基本变化频率，则电机每分钟有60pf个步进状态，由此得出电机转速为：n=60pf/Np*r/min.

因此，只要我们测出变换器供电基本变化频率f，就可以测量出电机实际转速n。

3.2 SRD系统中的电流检测

在双闭环SRD系统中，由于其内环为电流环，因此必须实施检测电流。根据SR电机调速控制原理，SRD系统通常情况下采用PWM技术来实施调速。由于电流测量一般是测量主功率开关流过电流或的绕组相电流，而这些电流又存在着瞬时变化大、峰值高以及波形复杂、不规则等特点，因此要求电流传感器必须反映灵敏、准确，以方便适时控制，同时要求电气隔离，以免主电路干扰控制其他电路。

对电流的检测往往采用电阻取样法，还可以采用霍尔电流传感器进行测量。如果采用前者，则要求我们采样电阻的组织较小、功率大、温度系数低，所以这中测量方法更适用于小功率的SRD系统，而霍尔电流传感器测量则能够使用于以单片机为核心任何功率的SRD系统，所以说其更具有代表性。

4 总结

关于AT89C51单片机在SR 电机控制中的应用，本文主要从以上几个方面进行简要的论述。具体的内容和方法可能因为我们看待问题的角度以及采取方法的出发点不同而存在一定的差异。本文旨在与相关专业的学习与研究人士以及相关行业的从业人员进行学术上的沟通与交流，在此也希望有更多的人士参与到这项课题的探讨中来，为保障机械的现代化发展而共同努力。

[1] 曹亢,谭功全,储海兵. 基于单片机的电机随动控制系统[J]. 电机技术, 2008,(01) .

[2] 张劲. 利用AT89S52单片机控制步进电机[J]. 常州工程职业技术学院学报, 2008,(02) .

[3] 伍道明. 基于单片机的数据采集与控制系统[J]. 化工职业技术教育, 2011,(03) .

[4] 颜用先. 用单片机直接测量时间量和频率量[J]. 大连大学学报, 2009,(01) .