一、直流调速系统实现原理：
系统设计思路：主控制器为c8051f040单片机，它可以产生六路16位的pwm，有5个通用计数/定时器，12位的ad等资源，通过单片机的pwm占空比控制双极式可逆pwm变换器，控制电机的正反转及调速，电机的电枢电压是通过二极管整流滤波三相电压后得到的，单片机ad采样给定电压，转速反馈电压，电流反馈电压，通过软件pi算法实现pi控制，通过电流pi运算输出后的uct调节单片机pwm的占空比d，从而调节电机的电枢电压，从而调节电机的转速，ad采样程序在定时中断服务程序中，定时时间为采样周期。
单片机输出pwm与电动机驱动h桥电路之间加了光耦合器，提高单片机的抗干扰性。h桥采用igbt器件，当正转时vt1与vt4导通，反转时vt2与vt3导通。加续流二极管。
单片机采集转速反馈电压，电流反馈电压和给定电压，通过测速电机将转速转变为小电压信号，电流互感器将电枢电流转变为小电压信号。
供电有低压供电和高压供电，低压有+5v、-5v和+12v。通过二极管整流滤波电路将三相电压变为直流电压给电动机供电。因为单片机不能采样负电压，所以在采样给定电压un*时加了差分电路。
并有负压产生电路。
系统加了一个液晶显示模块，12864液晶显示系统中的各个变化量：给定电压un*、转速反馈电压un、转速pi输出电压ui*、电流pi输出电压uct、电流反馈电压ui、电枢电压ud、电枢电流i、转速n、pwm占空比d。
二、型号选择及依据：
1 变压器、整流二极管及滤波电容选型：
二极管电流和电压需要留有足够的余量！一般电流可以取2倍，电压取2-3倍！在一个周期内每只管子只有1/3时间内导通，所以每只管子的平均电流，只为负载电流的三分之一。
即i=(1/3)il,每只管子承受的最大反向电压应是变压器次级线电压为最大值，即u反=√2×√3×e2=2.45e2=1.05ul.
电容量越大，滤波效果越好，输出波形越趋于平滑，输出电压也越高。但是，电容量达到一定值以后，再加大电容量对提高滤波效果已无明显作用。电容器的耐压值一般取的1．5倍。
三相全波整流电路波形的脉动幅度是：u=up（1-sin60）=532v×0.134=71.
3v，up=380×√2=532v，输出电压平均值ud=1.35uab=514v。而题目中的要求为ud=220v，inom=17.
5a。所以在380v三相电源与整流电路之间加一个变压器。
所以变压器次级线圈线电压所以。
通过二极管电流有效值正反向重复电压峰值电压。
所以二极管为35a/1200v 电容为1000uf/800v
2 光耦器和igbt选型：
光耦采用agilent(安捷伦)公司的高速、高共模比的光耦hcpl-4504。该光耦具有极短的寄生延时，瞬时共模；ipm专用的电气隔离；ttl兼容等。
igbt，fujiigbt模块 600vn系列第三代igbt模块 2mbi150u2a-060
3 电位器选10k ，光耦部分选1k的电阻作为igbt的门极电阻。
4 测速电机：0.0033v min/r
5 电流互感器：0.14v/a
6 液晶选hs12864_nc
三、软件部分：
1、 核心算法：
pi算法：当输入误差函数e (t)，输出函数是u (t)时，pi调节器的传函： ；则u (t)和e (t)关系的时域表达式可写成：
其中，kp=kpi，为比例系数； 为积分系数。将上式离散化成差分方程，其第k拍输出为：
由设计可知：电流环的pi系数为：kp=ki=4.
29， ki=1/0.04=25，速度环的pi系数为：按mmin时， kp=kn=23.
3，ki=1/0.045=22.2
按时，kp=kn=17.38，ki=1/0.045=22.2
c程序框架：
#include <>
#include <>
typedef struct pid
void main(void)
pi spi;
double rout; /pi 输出。
double rin; /pi 输入。
piinit ( spi初始化pi
= 4.29; /比例系数 p
= 25积分常数 i
= 5给定初值。
forpi处理运算过程。
rin = sensorpi输入
rout = picalc ( spid,rin );pi运算过程。
actuator ( routpi输出。
以上只是框架，在本系统中速度环的pi输出rout为电流环的输入rin。
数字滤波算法：
数字滤波器是将一组输入数字序列进行一定的运算而转换成另一组输出数字序列的装置。设数字滤波器的输入为x(n)，输出为y(n)，则输入序列和输出序列之间的关系可用差分方程式表示为：
其中：输入信号x(n)可以是模拟信号经采样和a/d变换后得到的数字序列，也可以是计算机的输出信号。具有上述关系的数字滤波器的当前输出与现在的和过去的输入、过去的输出有关。
由这样的差分方程式组成的滤波器称为递归型数字滤波器。如果将上述差分方程式中bk取0，则可得：
说明输出只和现在的输入和过去的输入有关。这种类型的滤波器称为非递归型数字滤波器。
参数ak、bk的选择不同，可以实现低通、高通、带通、带阻等不同的数字滤波器。
ad采样程序：
单片机040ad采样程序不详细说明，只说一下采样周期算法， 根据采样定理，必须使采样频率ws≥2wmax，以便采样后的离散信号不会失真，ws=2π(1／ts)，为采样角频率； wmax=2πfma为信号最高角频率。按采样定理可以确定采样周期的上限值：ts≤π／wmax；
实际应用中，常按一定的原则，结合使用经验来选择采样周期ts:tmin≤ts≤tmax。
在一般情况下，可以令采样周期， 或用采样角频率ws≥(4～10)wc，wc为控制系统的截止频率。由双闭环的设计参数知：
系统电流环的开环截止频率 wci=250/s
选取电流环的采样角频率 wsi=5wci=1250/s
得电流环的采样周期ti=2∏/wsi=5.0ms
按mmin时，wcn=49.69/s，wsn=4wcn=198.76/s tn=31.6ms
按时， wcn=66.67/s, wsn=4wcn=266.68/s tn=23.5ms
采样周期即为单片机定时时间。
pwm与定时中断程序也不详述，只说在单片机初始化设置时的占空比是怎样实现的，pca0工作在16位pwm方式时，16位捕捉/比较模块定义pwm信号低电平时间的pca0时钟数。为了输出一个占空比可变的波形，新值的写入应与pca0 ccfn匹配中断同步。置1 pca0cpmn寄存器中的ecomn 、 pwmn、和pwm16n位将使能16位脉冲宽度调制方式，应将ccfn设置为逻辑1以允许匹配中断。
可以通过清零ecomn位产生0%的占空比。占空比d的计算公式如下：
d=（65536—pca0cpn）/65536
在此处通过电流pi运算输出后的uct与pca0cpn建立关系，pca0cpn=auct，从而控制占空比d。
2、 软件流程图：
主程序流程图电流环流程图）
速度环流程图）
系统结构框图）
供电部分及给点电压模块）
pwm端口与光耦电路）
液晶模块电路）
三相整流供电及转速、电流反馈电路）
040最小系统原理图）
系统设计原理图）
一、参数设计：
1、电流环设计。
1）电流环被控对象的参数如下：
电枢回路总电阻：r=ra+rrec=1.2+0.3=1.5欧。
电枢回路励磁时间常数： =s
电流环小时间常数： s
电流反馈系数：
2)选择电流调节器结构和参数。
根据性能指标要求，应将电流环校正成典型i型系统，acr需选用pi调节器，即。
并取，为满足的要求，取电流环开环放大倍数为
则acr的比例放大系数为
3）检验近似条件：
电流截止频率。
忽略电动机反电动势的影响的近似条件为，现。
该近似条件满足。
小时间常数近似处理条件，现。
该近似条件满足。
2、转速环设计。
（1）转速环的对象参数如下：
转速环小时间常数： s
（2）确定转速调节器结构及参数。
由于要求转速无静差，因此asr应选用pi调节器，即。
转速环按典型ⅱ型系统设计，并取h=5,则。
按准则选择asr参数。
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