【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(jī)、電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是需要增加兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)和一些輔助勵(lì)磁設(shè)備。但此方法的主要缺點(diǎn)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(jī)、電動(dòng)機(jī)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(jī)、電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)不能比擬的。但是汞弧變流器仍存在一些缺點(diǎn):維修還是不太方便，特別是水銀蒸汽對(duì)維護(hù)人員會(huì)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(dú)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(qiáng)大的生命力。由于它具有體積小、響應(yīng)快、工作可靠、壽命長(zhǎng)、維修簡(jiǎn)便等一系列優(yōu)點(diǎn)，采用晶閘管供電，不僅使直流調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)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(jī)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(jī)組是秒級(jí)，而晶閘管變流裝置為毫秒級(jí)。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(jī)電動(dòng)機(jī)組及水銀整流裝置，使直流電氣傳動(dòng)完成一次大的躍進(jìn)。同時(shí)，控制電路已經(jīng)實(shí)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(kuò)大，直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展。近年來(lái)，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(dòng)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(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)已取代了發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，它的調(diào)速性能也遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過(guò)了發(fā)電機(jī)電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)。特別是大規(guī)模集成電路技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的精度、動(dòng)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(cè)、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(duì)象的動(dòng)態(tài)過(guò)程按規(guī)定方式和技術(shù)運(yùn)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(dòng)機(jī)控制技術(shù)在近20年內(nèi)發(fā)生了很大的變化。其中，電動(dòng)機(jī)控制策略的模擬實(shí)現(xiàn)正逐漸退出歷史舞臺(tái)，而采用微處理器、通用計(jì)算機(jī)、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(kāi)發(fā)全數(shù)字化的智能控制運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)將成為新一代控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方向使得直流電機(jī)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(jī)的控制方案設(shè)計(jì) 調(diào)速方案的選擇方案一：直接加直流電源來(lái)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度；根據(jù)電動(dòng)機(jī)在其額定電壓時(shí)，電動(dòng)機(jī)有一定的額定轉(zhuǎn)速。根據(jù)其輸入電壓的減小，其轉(zhuǎn)動(dòng)速度也相應(yīng)的減小。從而在傳統(tǒng)的改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速問(wèn)題中，就是利用所給電動(dòng)機(jī)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(jī)AT89C51為中心通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器,將單片機(jī)數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，從而起到控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速問(wèn)題。其中在單片機(jī)控制部分通過(guò)按鍵直接從程序中調(diào)出所需要速度的值，同時(shí)輸?shù)綌?shù)碼顯示部分和D/A轉(zhuǎn)換部分以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)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(jī)進(jìn)行控制。通過(guò)加正反信號(hào)調(diào)節(jié)鍵盤(pán)，鍵盤(pán)向單片機(jī)AT89C52輸入相應(yīng)控制指令，由單片機(jī)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(guò)霍爾傳感器控制電機(jī)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向與轉(zhuǎn)速的控，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)通過(guò)數(shù)碼管顯示出來(lái)。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(dòng)機(jī)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(shí)的從電動(dòng)機(jī)那里得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)性。方案三簡(jiǎn)單實(shí)用，既可以給電機(jī)加速也可以減速，而測(cè)得的數(shù)值比較準(zhǔn)確真實(shí)，綜上選擇方案三。 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，不過(guò)當(dāng)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)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(jī)最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機(jī)的允許過(guò)載能力，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又可以讓電流迅速降低下來(lái)，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，此時(shí)起動(dòng)電流近似呈方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長(zhǎng)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(dòng)過(guò)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(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在起動(dòng)過(guò)程中只有電流負(fù)反饋，而它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不同時(shí)加到一個(gè)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(dòng)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(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無(wú)靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主調(diào)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無(wú)靜差。得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。顯然靜特性優(yōu)于單閉環(huán)系統(tǒng)。在動(dòng)態(tài)性能方面，雙閉環(huán)系統(tǒng)在起動(dòng)和升速過(guò)程中表現(xiàn)出很快的動(dòng)態(tài)跟隨性，在動(dòng)態(tài)抗擾性能上，表現(xiàn)在具有較強(qiáng)的抗負(fù)載擾動(dòng)，抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)。圖221主框圖綜上所述，本系統(tǒng)用一臺(tái)單片機(jī)及外部擴(kuò)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(shí)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(jì) AT89C52單片機(jī)簡(jiǎn)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(chǔ)器，256 字節(jié)內(nèi)部 RAM，32 個(gè) I／O 口線，3 個(gè) 16 位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一