【正文】 目 錄 中文摘要 .............................................................. 1 英文摘要 .............................................................. 2 1 引 言 ............................................................. 3 2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計 .................................................. 4 調(diào)速方案的選擇 ............................................... 4 整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 ............................................... 5 3 主電路設(shè)計和參數(shù)計算 ............................................. 7 整流變壓器的設(shè)計 ............................................. 7 整流器件的選擇 ............................................... 9 晶閘管的保護電路設(shè)計 ....................................... 10 4 單片機控制系統(tǒng)的電路設(shè)計 ........................................ 16 晶閘管觸發(fā)控制電路設(shè)計 ..................................... 16 輸入通道設(shè)計 ................................................ 20 單片機系統(tǒng)的設(shè)計 ............................................ 22 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計 ............................................ 26 5 數(shù)字調(diào)節(jié)器的設(shè)計 ................................................. 27 控制對象的數(shù)學(xué)模型建立 ..................................... 27 數(shù)字電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 ....................................... 28 數(shù)字轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 ....................................... 30 6 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計 .............................................. 34 主程序設(shè)計 .................................................. 34 中斷服務(wù)程序 ................................................ 36 子程序設(shè)計 .................................................. 39 結(jié) 論 ............................................................... 42 謝 辭 ............................................................... 43 參考文獻 ............................................................. 44 附錄 1 系統(tǒng)主電路原理圖 .............................................. 0 附錄 2 系統(tǒng)控制電路原理圖 ............................................ 0 附錄 3 系統(tǒng)輸入輸出通道及直流穩(wěn)壓電源原理圖 ........................ 0 1 單片機在雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 摘 要 ： 近年來由于微型機的快速發(fā)展，國外交直流系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)達到實用階段。由于以微處理器為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)硬件電路的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，制作成本低，且不受器件溫度漂移的影響。其控制軟件能夠進行邏輯判斷和復(fù)雜運算，可以實現(xiàn)不同于一般線性調(diào)節(jié)的最優(yōu)化、自適應(yīng)、非線性、智能化等控制規(guī)律。所以微機數(shù)字控制系統(tǒng)在各個方面的性能都遠遠優(yōu)于模擬控制系統(tǒng)且應(yīng)用越來越廣泛。晶閘管可控整流供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是電氣傳動領(lǐng)域中應(yīng)用比較廣泛 ， 在理論和實踐等方面都比較成熟的 系統(tǒng) 。 本文介紹的是用一臺 ， AT89C52 單片機構(gòu)成的數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)。特點是用單片機取代模擬觸發(fā)器、電流調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器等硬件設(shè)備 。 文章主要介紹了 單片機 控制的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 ,給出了完整可實施的硬件電路圖及系統(tǒng)程序流程圖。 關(guān)鍵詞 ： 單片機 直流調(diào)速系統(tǒng) 晶閘管整流 數(shù)字觸發(fā)器 2 The Application of Microputer in Double Closedloop DC Speed Control Systems Abstract: With the fast development of microputer, the digitization of AC/DC speed control system for has reached the applied stage overseas. Since the hardware circuit of digital control system centered on microprocessor possesses the advantages, namely, higher standardization and lower cost, and it is not influenced by temperature drift of devices. Furthermore, the control software of digital control system can carry out logical judgment and sophisticated operation, and it has the control laws of optimality, adaptive trait, nonlinear and intelligence, which are different from the ordinary linear adjustability. The function of digital control system has exceeded analog control system in many aspects and it is being used widely. Thyristor rectifier based DC motor speed controlling systems have been widely used in the electrical area, which have been grown up enough in theory and practice. A digital DC speed control system posed by DC motor and AT89C52 singlechip puter is discussed, in which the analog trigger, current regulator, rotation regulator, logical handoff and other devices are replaced by singlechip puter. This paper presents a design technique of the singlechip puter based DC motor speed controlling system, and the corresponding hardware circuitry and software flow chart are given in detail. Keywords : Singlechip puter。 DC speed control systems 。 Thyristor rectifier。 Digital trigger 3 1 引 言 直流調(diào)速系統(tǒng)，特別是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣的電氣傳動裝置之一。廣泛地應(yīng)用于軋鋼機、冶金、印刷、金屬切削機床等許多領(lǐng)域的自動控制系統(tǒng)中。它通常采用三相全控橋式整流電路對電動機進行供電，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)采用模擬元件，如晶體管、各種線性運算電路等，雖在一定程度上滿足了生產(chǎn)要求，但是因為元件容易老化和在使用中易受外界干擾影響，并且線路復(fù)雜、通用性差，控制效果受到器件性能、溫度等因素的影響，從而致使系統(tǒng)的運行特性也隨之變化，故系統(tǒng)的運行可靠性及準(zhǔn)確性得不到保證， 甚至出現(xiàn)事故。直流電動機可逆調(diào)速系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)走向?qū)嵱没渲饕攸c是： （ 1） 常規(guī)的晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)中大量硬件可用軟件代替，從而簡化 系 統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少了電子元件虛焊、接觸不良和漂移等引起的一些故障，而且維修方便。 （ 2） 動態(tài)參數(shù)調(diào)整方便。 （ 3） 系統(tǒng)可以方便的設(shè)計監(jiān)控、故障自診斷、故障自動復(fù)原程序，以提高系統(tǒng)的可靠性。 （ 4） 可采用數(shù)字濾波來提高系統(tǒng)的抗干擾性能。 （ 5） 可采用數(shù)字反饋來提高系統(tǒng)的精度。 （ 6） 容易與上一級計算機交換信息。 （ 7） 具有信息存儲、數(shù)據(jù)通信的功能。 （ 8） 降低成本。 4 2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計 調(diào)速方案的選擇 直流電動機轉(zhuǎn)速和其他參量之間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系可表示為??? eC IRUn， 直流電動機電磁轉(zhuǎn)矩為 ICT Tem ?? 式中 n轉(zhuǎn)速（ r/min） ； U電樞電壓（ V）； I電樞電流（ A）； R電樞回路總電阻（ ? ）； ? 勵磁磁通（ Wb） ； eC 直流電動機在額定磁通下的 電動勢常數(shù)。 TC 轉(zhuǎn)矩常數(shù)， TC = eC 在上式中， eC 是常數(shù)，電流 I 是由負載決定的，因此調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速可以有三種方法： 1） 調(diào)節(jié)電樞供電電壓 U。 2） 減弱勵磁磁通 ? 。 3） 改變電樞回路的電阻 R。 對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速的系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞供電電壓的方式為最好。改變電阻只能實現(xiàn)有級調(diào)速；減弱磁通雖然能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，往往只是配合調(diào)壓方案，在基速（額定轉(zhuǎn)速）以上作小范圍的弱磁升速。因此，自動控制的直流系統(tǒng)往往以變壓調(diào)速為主。 變壓調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)用的主要方法， 改變電樞電壓 的方法 通常有 3種：旋轉(zhuǎn) 變 流機組，靜止可控整流器，直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器。旋轉(zhuǎn)變流機組簡稱 GM 系統(tǒng)，適用于調(diào)速要求不高，要求可逆運行的系統(tǒng)，但其設(shè)備多、體積大、費用高、效率低 、維護不便。靜止可控整流器又稱 VM 系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變 負載電壓 ，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速，且控制作用快速性能好，提高系統(tǒng)動態(tài)性能。直流斬波器和脈寬調(diào)制交換器采用 PWM 受器件各量限制，適用于中、小功率的系 5 統(tǒng)。根據(jù)本此設(shè)計的技術(shù)要求和特點選 VM 系統(tǒng)。 在 VM 系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器給定電壓，即可移動觸發(fā)裝置輸出脈沖的相位，從而方便的改變整流器的輸出，瞬時 負載 電壓。由于要求直流電壓脈動較小，故采用三相整流電路。考慮使電路簡單、經(jīng)濟且滿足性能要求，選擇晶閘管三相全控橋交流器供電方案。因 三相橋式全控整流電壓的脈動頻率比三相半波高，因而所需的平波電抗器的電感量可相應(yīng)減少約一半，這是三相橋式整流電路的一大優(yōu)點。并且晶閘管可控整流裝置無噪聲、無磨損、響應(yīng)快、體積小、重量輕、投資省。而且工作可靠，能耗小，效率高。同時，由于電機的容量較大，又要求電流的脈動小。綜上選晶閘管三相全控橋整流電路供電方案。 整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 若采用轉(zhuǎn)速負反饋和 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，例如要求快速起制動，突加負載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)難 以滿足要求，因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩，在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，只有電流截止負反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只是在超過臨界電流值以后，靠強烈的負反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想地控制電流的動態(tài)波形，當(dāng)電流從最大值降低下來以后，電機轉(zhuǎn)矩也隨之減少，因而加速過程必然拖長。 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)矩馬上與負載