【正文】 性，另一方面又可減少能量的損耗，提高效率。但發(fā)電機、電動機調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點是需要增加兩臺與調(diào)速電動機相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機和一些輔助勵磁設(shè)備。但此方法的主要缺點是系統(tǒng)重量大、占地多、效率低及維修困難。自出現(xiàn)汞弧變流器后，利用汞弧變流器代替上述發(fā)電機、電動機系統(tǒng)，使調(diào)速性能指標(biāo)又進(jìn)一步提高。特別是它的系統(tǒng)快速響應(yīng)性是發(fā)電機、電動機系統(tǒng)不能比擬的。但是汞弧變流器仍存在一些缺點:維修還是不太方便，特別是水銀蒸汽對維護(hù)人員會造成一定的危害等。1957年，世界上出現(xiàn)了第一只晶閘管，與其它變流元件相比，品閘管具有許多獨特的優(yōu)越性，因而晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)立即顯示出強大的生命力。由于它具有體積小、響應(yīng)快、工作可靠、壽命長、維修簡便等一系列優(yōu)點，采用晶閘管供電，不僅使直流調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)濟指標(biāo)上和可靠性有所提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出很大的優(yōu)越性。晶閘管變流裝置的放大倍數(shù)在10000以上，比機組(放大倍數(shù)10)高1000倍，比汞弧變流器(1000)高10倍。在響應(yīng)快速性上，機組是秒級，而晶閘管變流裝置為毫秒級。從20世紀(jì)80年代中后期起，以晶閘管整流裝置取代了己往的直流發(fā)電機電動機組及水銀整流裝置，使直流電氣傳動完成一次大的躍進(jìn)。同時，控制電路已經(jīng)實現(xiàn)高集成化、小型化、高可靠性及低成本。以上技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴大，直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展。近年來，隨著得力于微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，由晶閘管變流器供電的直流電動機調(diào)速系統(tǒng)已取代了發(fā)電機電動機調(diào)速系統(tǒng)，它的調(diào)速性能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過了發(fā)電機電動機調(diào)速系統(tǒng)。特別是大規(guī)模集成電路技術(shù)以及計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，使直流電動機調(diào)速系統(tǒng)的精度、動態(tài)性能、可靠性有了更大的提高。電力電子技術(shù)中IGBT等大功率器件的發(fā)展正在取代晶閘管，出現(xiàn)了性能更好的直流調(diào)速系統(tǒng)，出現(xiàn)了微控制器技術(shù)，現(xiàn)代控制技術(shù)是以微控制器為核心的技術(shù)，由此構(gòu)成的控制系統(tǒng)成為當(dāng)今工業(yè)控制的主流系統(tǒng)。這種系統(tǒng)已取代常規(guī)的模擬檢測、調(diào)節(jié)、顯示、記錄等儀器設(shè)備和很大部分操作的人工職能，使受控對象的動態(tài)過程按規(guī)定方式和技術(shù)運行，以完成各種控制、操作管理等任務(wù)。這種嵌入式系統(tǒng)在肩同、通信、工業(yè)、儀器、等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。正是這些技術(shù)的進(jìn)步使電動機控制技術(shù)在近20年內(nèi)發(fā)生了很大的變化。其中，電動機控制策略的模擬實現(xiàn)正逐漸退出歷史舞臺，而采用微處理器、通用計算機、PWM控制技術(shù)等現(xiàn)代手段構(gòu)成的數(shù)字控制系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。應(yīng)用先進(jìn)控制算法，開發(fā)全數(shù)字化的智能控制運動控制系統(tǒng)將成為新一代控制系統(tǒng)設(shè)計方向使得直流電機調(diào)速系統(tǒng)的研究得到了更深的發(fā)展。第二章 直流電機的控制方案設(shè)計 調(diào)速方案的選擇方案一：直接加直流電源來控制電機的轉(zhuǎn)動速度；根據(jù)電動機在其額定電壓時，電動機有一定的額定轉(zhuǎn)速。根據(jù)其輸入電壓的減小，其轉(zhuǎn)動速度也相應(yīng)的減小。從而在傳統(tǒng)的改變電動機的轉(zhuǎn)速問題中，就是利用所給電動機的電壓的不同，而達(dá)到人們所需要的大約速度。方案二：以單片機AT89C51為中心通過D/A轉(zhuǎn)換器,將單片機數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，從而起到控制電動機的轉(zhuǎn)速問題。其中在單片機控制部分通過按鍵直接從程序中調(diào)出所需要速度的值，同時輸?shù)綌?shù)碼顯示部分和D/A轉(zhuǎn)換部分以實現(xiàn)電動機的調(diào)速。如圖211所示：圖211 電路組成框圖方案三：采用AT89C52單片機進(jìn)行控制。通過加正反信號調(diào)節(jié)鍵盤，鍵盤向單片機AT89C52輸入相應(yīng)控制指令，由單片機其中一端口輸出與轉(zhuǎn)速相應(yīng)的PWM脈沖，另一口輸出低電平，經(jīng)過霍爾傳感器控制電機實現(xiàn)電動機轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速的控，電動機的運轉(zhuǎn)狀態(tài)通過數(shù)碼管顯示出來。如圖212所示：圖212 電路組成框圖方案分析：方案一只能以減小所給電壓值而能使電動機的轉(zhuǎn)速有相應(yīng)的減小，此方案操作性差且不安全。方案二不能及時的從電動機那里得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)動速度，而是直接從程序哪兒調(diào)用相應(yīng)的數(shù)值給數(shù)碼顯示。所以，此處的電路在速度的顯示上失去了其真實性。方案三簡單實用，既可以給電機加速也可以減速，而測得的數(shù)值比較準(zhǔn)確真實，綜上選擇方案三。 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計若采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)雖然可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，不過當(dāng)對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高。若采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，則可以近似在電機最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機的允許過載能力，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又可以讓電流迅速降低下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行，此時起動電流近似呈方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長的，這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受到限制的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動過程。采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行串級聯(lián)接，這樣就可以實現(xiàn)在起動過程中只有電流負(fù)反饋，而它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不同時加到一個調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只靠轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要的作用，這樣就能夠獲得良好的靜、動態(tài)性能。與帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)相比，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于Idm時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主調(diào)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差。得到過電流的自動保護(hù)。顯然靜特性優(yōu)于單閉環(huán)系統(tǒng)。在動態(tài)性能方面，雙閉環(huán)系統(tǒng)在起動和升速過程中表現(xiàn)出很快的動態(tài)跟隨性，在動態(tài)抗擾性能上，表現(xiàn)在具有較強的抗負(fù)載擾動，抗電網(wǎng)電壓擾動。圖221主框圖綜上所述，本系統(tǒng)用一臺單片機及外部擴展設(shè)備代替原模擬系統(tǒng)中速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、觸發(fā)器、邏輯切換單元、電壓記憶環(huán)節(jié)、鎖零單元和電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器等，從而使直流調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)全數(shù)字化。其硬件主結(jié)構(gòu)如圖21所示：圖22結(jié)構(gòu)框圖第三章 硬件設(shè)計 AT89C52單片機簡介 AT89C52功能介紹AT89C52 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k 字節(jié) Flash 閃速存儲器，256 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個 I／O 口線，3 個 16 位定時／計數(shù)器，一個 6 向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一