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3.2.8供电电路
供电电路模块是为整个电路提供电源的部分，整个模块由一个直流电源插座和一个自锁开关组成。
因为本课题研究的是直流电动机的软启动器的设计与仿真，所以选择使用直流电源供电。
直流电源插座是一种直流电源输入线相配的插座，由横向插口、纵向插口、绝缘基座、叉型接触弹片、定向键槽组成，两只叉型接触弹片定位在基座中心部位，成纵横向排列互不相连。
叉型接触弹片一端为接线口，外露在基座圆柱体顶面，供连接输入电源线用，另一端由基体互连的两只弹性臂组成，设置在直流电源插头插入方向绝缘基座插孔内。
自锁开关是一种常见的按钮开关，第一次按时，开关接通并保持，即自锁，在开关按钮第二次按时，开关断开，同时开关按钮弹出来。
图3.13供电电路
3.3直流电动机软启动器整体电路
直流电动机软启动器的整体电路如图3.14所示。
图3.14直流电动机软启动器整体电路
4软件程序的设计
4.1主程序
4.1.1设计要求
主程序的作用主要是完成各功能模块子程序的调用以及中断器的初始化、定时器的初始化和堆栈的设置。
通过调节直流电动机的电压可以改变电动机的转速，但是一般我们设计的电源大都是固定的电压，而且模拟可调电源不易于单片机控制，数字可调电源设计麻烦。
所以这里用脉宽调制（PWM）来实现调速。
直流电动机利用PWM控制子程序模块时主要是由单片机给直流电动机控制芯片输出相应的控制信号。
单片机根据上述算法由反馈信号计算得出方向信号和占空比参数大小，再由单片机调用下载模块的子程序，通过写入到特定的寄存器中，由单片机通过驱动芯片L293D完成对直流电动机的控制。
方波的有效电压跟电压幅值和占空比有关，我们可以通过站空比实现改变有效电压。
一般用软件模拟PWM可以有延时和定时两种方法，延时方法占用大量的CPU，所以这里采用定时方法。
4.1.2主程序流程图
主程序要实现的功能主要是通过对直流电动机转动速度的测量，并用L293D器件来驱动直流电动机的转动速度的加减变化。
然后用4位数码管显示出来直流电动机当前的转动速度与转动方向。
主程序的完整流程图如图4.1所示。
图4.1主程序流程图
4.1.3主程序程序设计
主程序如下：
****************************************************
=========直流电动机控制和速度显示==========
#include<
reg52.（）
{
init（）;
while
（1）
{
key（）;
sudu（）;
}
}
**************************************************
函数名称：
定时器计数器0中断子函数
函数功能：
控制定时器和中断
voidT1_time（）interrupt3
count++;
if（count>
CYCLE）
count=0;
if（count<
PWM_ON）如果计时时间在不大于高电平时时间，电动机转
if（flat==0）
{
PWM1=0;
PWM2=1;
}
if（flat==1）
PWM1=1;
PWM2=0;
else如果计时时间大于高电平时时间，电动机停
PWM1=1;
PWM2=1;
voidT0_time（）interrupt1定时器0
num1++;
if（num1==10）每0.5s刷新一次数据
num1=0;
flag=1;
}
voidtimer（）interrupt0外部中断1
num2++;
4.2数码管显示程序
4.2.1设计要求
数码管要及时的显示当前直流电动机的各种状态，比如说直流电动机的当前转动速度与当前转动方向。
当电动机转动速度发生改变的时候，数码管显示内容立即刷新变化为当前直流电动机的转动速度。
4.2.2注意事项
数码管显示程序在设计过程中需要注意以下几点：
（1）相邻的数码管之间的显示阴影部分一定要消除；
（2）由于直流电动机软启动器的硬件电路中没有设置锁存器，那么想要使数码管显示的更加清晰则需要延长数码管的点亮时间；
（3）为了避免数码管显示不清晰，所以要合理的运用数码管的程序空间；
（4）各个数码管的不同显示可以通过使用动态扫描来实现。
（5）使数码管具有恒定的工作电流，且不受温度及其它因素的影响可以保证数码管具有良好的亮度均匀度。
4.2.3数码管显示程序设计
数码管显示程序如下：
数码管显示
if（flat==0）
P0=table[11];
"
C"
else
P0=table[12];
A"
P2=0xfe;
delayms（3）;
P2=0xfd;
P0=table[shuju100];
P2=0xfb;
P0=table[shuju%10010];
P2=0xf7;
P0=table[shuju%10];
P2=0xff;
消隐部分
4.3功能程序
4.3.1设计要求
功能程序的部分主要为了实现直流电动机软启动器上的各个按键的功能，各个按键的功能主要有如下几个：
（1）起动停止按键：
用来控制直流电动机的起动或者停止的按键，第一次按下起动停止按键时直流电动机起动，再次按下起动停止按键时直流电动机停止。
（2）加速按键：
用来控制直流电动机的转动速度，可以增加直流电动机的当前转动速度，按下加速按钮时，单片机根据PWM脉冲信号调整占空比，直流电动机即根据速度反馈增加直流电动机的转速。
（3）减速按键：
用来控制直流电动机的转动速度，减缓直流电动机的转动速度，按下减速按钮时，单片机根据PWM脉冲信号调整占空比，直流电动机即根据速度反馈减缓直流电动机的转速。
（4）正反转按键：
用来控制直流电动机的正反转之间的调节，直流电动机初次起动时沿逆时针方向转动，第一次按下正反转按钮时，直流电动机沿逆时针方向减速停止之后沿顺时针方向加速转动，再次按下正反转按钮时，直流电动机沿顺时方向减速停止之后沿逆时针方向加速转动。
4.3.2功能程序流程图
主要功能按键程序流程图如图4.2所示。
图4.2主要功能按键程序流程图
4.3.3主要功能按键程序设计
主要功能按键程序如下：
if（K4==0）起动停止
delayms（5）;
if（K4==0）
while（!
K4）;
num=!
num;
if（K1==0）加速键
if（K1==0）
K1）;
if（num<
3）
num++;
if（K2==0）减速键
if（K2==0）
K2）;
if（num>
0）
num--;
5软启动器的仿真
5.1MATLAB仿真软件简介
MATLAB（MatrixLaboratory）是美国Math-works公司推出的一种集数值计算、符号运算、可视化建模、仿真和图形处理等多种功能于一体的图形化语言。
在工程技术界，系统仿真是通过对系统模型实验，去研究一个存在或设计中的系统，是建立在系统科学、系统辨识、控制理论、计算机技术和计算方法等学科上的一种综合性很强的实验科学技术。
因此通过计算机技术和控制理论的结合，以实现仿真技术在减少损失、节约经费开支、缩短开发周期、提高产品质量等方面的重要作用。
在控制系统仿真技术的诸多环节中，MATLAB的仿真算法选择是很重要的环节，它直接影响到仿真模型是否能精确地替代实际系统。
本文在分析直流电动机调速系统数学模型的基础上，借助于MATLAB强大的仿真建模功能，在MATLABSIMULINK中建立直流电动机PWM调速系统软启动器的仿真模型，通过对MATLAB的仿真算法的不同选择，得到不同的仿真结果，从而研究得出如何选择MATLAB的仿真算法。
MATLAB仿真软件的工作界面如图5.1所示。
图5.1MATLAB工作界面
MATLAB是一个高级的矩阵阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。
用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序后再一起运行。
新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C++语言基础上的，因此语法特征与C++语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。
使之更利于非计算机专业的科技人员使用。
而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。
5.2MATLAB仿真建模与波形分析
分别选取他励直流电动机直接启动电路、他励直流电动机电枢串联电阻启动电路与直流电动机软启动电路，利用MATLAB内的SIMULINK搭建模型进行仿真分析并对三种启动电路的仿真结果进行对比，通过对比来分析直流电动机软启动相对于他励直流电动机直接启动和他励直流电动机电枢串联电阻启动的优点有哪些。
5.2.1他励直流电动机直接启动仿真
直流电动机在直接起动的时候，起动的瞬间电流会很大，大约可以达到额定电流的10到20倍，所以会对直流电动机产生非常大的冲击转矩，对直流电动机的磨损消耗很大，不利于直流电动机的使用。
现在试用MATLABSIMULINK对他励直流电动机的直接启动的过程建立一个仿真模型，通过对仿真模型的分析得到他励直流电动机的直接启动电流的变化过程以及电磁转矩在启动时的变化过程。
图5.2他励直流电动机直接起动仿真模型原理图
图5.2是他励直流电动机直接启动电路仿真图，他励直流电动机直接启动电路由直流电源模块、直流电动机模块、定时模块、开关模块等模块组成。
其中直流电源模块有两个，分别为直流电动机电枢以及直流电动机励磁提供电源电压，直流电动机模块包括一个他励直流电动机，定时模块的作用为定时接通或断开电源的开关，开关模块为控制电路电源通断的模块。
各电路模块参数的设定如下:
（1）直流电动机模块:
Presetmodel设置为：
5HP240V1750RPMField：
300V；
（2）直流电源模块:
Amplotude（V）_设置为:
240；
（3）定时模块:
Time（s）设置为：
[00.5]，Amplitude设置为：
[01]；
（4）开关模块：
Threshold设置为：
1000；
（5）其它模块采用默认设置。
设置仿真的开始时间为0s，结束时间为1s，采用Ode23tb算法。
MATLABSIMULINK仿真的结果如图5.3所示。
图4电机定子绕组串电抗降压启动电流、转矩波形
5.2.2电动机软启动电路仿真
图5是电机软启动电路仿真图[7],由电源模块、电机模块、六脉冲触发模块、常量输入模块、有效测量模块、电压流测量模块、示波器、晶闸管、回馈控制部分（由选路器、放大器、阶跃信号模块、增益模块、信号求和模块组成）组成。
模块参数设定:
1）电机模块:
5HP;
2）电源模块:
_Peakamplitude_设置为220*sqrt
（2）;
3）常量输入模块:
设置为11.87（电机转矩）;
4）六脉冲触发模块:
_Pulsewidth（degrees）_设置为10;
_Frequencyofsynchronizationvoltages_设置为50;
5）其它模块采用默认设置。
设置仿真开始时间为0s,结束时间为0.5s,采用Ode23tb算法。
Simulink仿真结果如图6所示:
5.2.3电动机软启动的优点分析
通过仿真波形和实时数字显示模块的读数可知:
串电抗器降压启动瞬间,产生较大的冲击量（其中电流约为稳定时的5倍,转矩为稳定时的7倍）,过程变化突然,其中转矩出现两次变化。
软启动瞬间,产生的冲击明显减弱（电流约为稳定时的3倍,转矩为稳定时的4倍）,变化趋于平缓,且转矩未出现两次变化,有利于系统稳定和设备保护。
启动电流和启动转矩是体现异步电动机启动性能最重要的两个因素。
因此在电机的启动过程中,如何降低起动电流,减小冲击成为电机启动控制的关键。
电动机软启动器以大功率双向晶闸管构成交流调压电路,通过控制晶闸管的触发角来调节晶闸管调压电路的输出电压,很方便的实现了电动机的无触点降压软启动。
软启动器从本质上解决了传统启动设备存在一些固有的缺点,具有传统启动方法无法比拟的优势。
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