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摘要 ：随着单片机在电机控制领域中出现的越来越频繁，其对电机的发展和完善起着越来越重要的作用。我们针对其在SR 电机控制中的应用进行了系统的探究和阐述。
关键词 ：AT89C51 单片机 ；电机控制 ；系统 ；应用 ；分析
中图分类号：TM301.2；TP368.12
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。具体如下图所示。
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=K3fi（n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。
4 总结
综上所述，文中概括的探究了AT89C51 单片机在 SR 电机控制中的应用，将其功能进行了系统的概述。本文意在和从事相关专业的人士进行沟通和交流，也希望能够用文中浅显的知识解决一些人员的困惑，以期为实现机械的现代化建设贡献的自己的力量。
参考文献：
[1]谢丽君. 基于AT89C51单片机的电机转速测量[J]. 轻工科技，2012，v.28；No.15902：72-73.
[2]付云强，宋鳳娟，韩来吉. AT89C51单片机在步进电动机控制系统中的应用[J]. 煤矿机械，2007，No.23408：89-91.
[3]谢明山，王庆芬，樊伟. 单片机在SR电机控制中的应用[J]. 石家庄联合技术职业学院学术研究，2007，No.703：11-13.
关键词 ：AT89C51 单片机 ；电机控制 ；系统 ；应用 ；分析
中图分类号：TM301.2；TP368.12
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。具体如下图所示。
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=K3fi（n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。
4 总结
综上所述，文中概括的探究了AT89C51 单片机在 SR 电机控制中的应用，将其功能进行了系统的概述。本文意在和从事相关专业的人士进行沟通和交流，也希望能够用文中浅显的知识解决一些人员的困惑，以期为实现机械的现代化建设贡献的自己的力量。
参考文献：
[1]谢丽君. 基于AT89C51单片机的电机转速测量[J]. 轻工科技，2012，v.28；No.15902：72-73.
[2]付云强，宋鳳娟，韩来吉. AT89C51单片机在步进电动机控制系统中的应用[J]. 煤矿机械，2007，No.23408：89-91.
[3]谢明山，王庆芬，樊伟. 单片机在SR电机控制中的应用[J]. 石家庄联合技术职业学院学术研究，2007，No.703：11-13.