斬波扇葉設計

系統需要在一個比較大的頻率范圍進行調節，所以把葉片設計為內圈和外圈葉縫數目不一樣，這樣可以很方便地換用各個檔位，根據實際需要來選擇使用內圈或者外圈。葉片的設計圖如圖4所示，當使用低頻時使用內圈，高頻段時使用外圈。葉片要求孔徑的精度很高，保持葉片斬波輸出的方波信號的均勻性，所以葉片要求的加工精度很高。為了避免由于旋轉時離心對斬波器的影響，葉片不宜太重，因此需要盡可能減小葉片的厚度。

圖5斬波器斬波扇葉設計圖樣

轉速控制機理

為了精確控制電機轉速從而達到穩定斬波的目的，并能快速穩定斬波頻率，需要一個閉環自動控制系統，使用PID算法便能很好滿足這一要求。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結構簡單、穩定性好、工作可靠、調整方便而成為工業控制的主要技術之一。PID控制器根據系統的誤差，利用比例、 積分、微分計算出控制量，進而對電機轉速進行精確的控制。

應用PID算法對電機進行的調速系統如下圖5所示，r（k）為電機轉速預設值，y（k）為當前測得值，兩者之差e（k）被反饋給PID控制器，MCU對e（k）進行比例、積分、微分運算，輸出調整值u（k），進而調整y（k），使之與r（k）逐步接近。

圖6電機轉速PID控制系統

3.2 硬件平臺選用及資源配置

控制MCU的選擇

本實例對MCU的基本要求：

需要定時器產生PWM波，用以驅動步進電機。

實時測定電機轉速。

進行快速PID運算，及時調整輸出PWM波頻率，快速穩定電機轉速。

可用LCD擴展口，顯示斬波頻率設定與實測值。

擴展輸入鍵盤，用以對斬波頻率的設定和PID算法各參數的設定。

保留通訊接口，便于與上位機相連。

可通過USB或者串行口與PC機連接，便于實際運行調試。

綜合考慮系統需求與成本，愛特梅爾公司的8位微控制器ATmega128A1是比較理想的選擇。ATmega128A1擁有128KB的Flash，8KB的SRAM，可以存儲大量的實驗數據，為了達到精確控制，PID算法的實現需要存儲大量的數據，剛好需要用到256KB的存儲空間。而且為了精確控制轉速，需要反饋的信息進行大量的計算，因此對MCU的性能也有較高的要求，ATmega128A1的速度能達到32MHz，將大大縮小計算的花銷。