【正文】 或脈寬調(diào)制變換器產(chǎn)生可變的平均電壓。但又不是固定其中一個(gè)橋臂始終為低頻 (輸出基頻 )，另一個(gè)橋臂始終為高頻 (載波頻率 )，而是每半個(gè)輸出電壓周期切換工作，即同一個(gè)橋臂在前半個(gè)周期工作在低頻，而在后半周則工作在高頻，這樣可以使兩個(gè)橋臂的功率管工作狀態(tài)均衡，對于選用同樣的功率管時(shí)，使其使用壽命均衡，對增加可靠性有利。為了提高生產(chǎn)率，要求盡量縮短起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)過渡過程的時(shí)間，最好的辦法是在過渡過程中始終保持電流（即動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩 ）為允許的最大值，使系統(tǒng)盡最大可能加速起動(dòng)，達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降低，進(jìn)入轉(zhuǎn)矩與負(fù)載相平衡的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。 圖 1－ 為轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理圖。 5 圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 如 圖 所示。 6 本系統(tǒng)采用霍爾元件作為檢測電動(dòng)機(jī)電樞電流的傳感器 ,其電流容量為 50A,轉(zhuǎn)換比例為 1000： 1。 經(jīng)上述考慮 ,本系統(tǒng)組成的方框圖如圖 所示。本系統(tǒng)選用我們比較熟悉的 8051 作為微型計(jì)算機(jī)。通常說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器就是指這前 128 個(gè) 單元，簡稱內(nèi)部 RAM。 串行口：它是用來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。系統(tǒng)允許的最高晶振頻率為 12MHz。這種紋波往往是有害的，需要由平波電抗器加以抑制。 快速熔斷器的額定電流的計(jì)算如下： Itn=π *Ita/2 (A) 其中 Ita 為晶閘管的額定通態(tài)平均電流，即為 。 2） 電流濾波時(shí)間常數(shù) Toi:取 Toi=4ms=。 檢查對電源電壓的抗干擾性能： Tl /T∑ I =,參照教材中表 23 的典型型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能， 各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。 圖 轉(zhuǎn)速環(huán)等效近似處理后校正成為典型 II 系統(tǒng)框圖 ASR 也應(yīng)該采用 PI 調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： WASR（ s） = Kn（τ ns +1） /τ ns Kn轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； τ n轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。 兩片數(shù)值比較器 4585，即圖上 U U3 的 A 組接 12 位串行 4040 計(jì)數(shù)輸出端 Q2— Q9，而 U U3 的 B 組接到單片機(jī)的 P1 端口。隨著計(jì)數(shù)值的增加， Q2— Q9 由全“ 1” 16 變?yōu)槿?0”時(shí)，圖中 U2 的（ AB）輸出端又 變?yōu)榈碗娖?，這樣就在 U2 的（ AB）端得到了 PWM 的信號，它的占空比為（ 255 X / 255） *100%，那么只要改變 X 的數(shù)值，就可以相應(yīng)的改變 PWM 信號的占空比，從而進(jìn)行直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。 （ 2）芯片 4585 的功能表： 輸入 輸出 比較 級取 AB3 AB2 AB1 A0、B0 AB A=B AB AB A=B AB A3B3 * * * * * 1 0 0 1 A3=B3 A2B2 * * * * 1 0 0 1 A3=B3 A2=B2 A1B1 * * * 1 0 0 1 A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0B0 * * 1 0 0 1 A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 0 0 1 0 0 1 A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 0 1 0 0 1 0 17 A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0B0 1 0 0 1 0 0 A3=B3 A2=B2 A1B1 * * * * 1 0 0 A3=B3 A2B2 * * * * * 1 0 0 A3B3 * * * * * * 1 0 0 （ 3）芯片 4585 的引腳圖： 圖 4585 的 引腳圖 2．芯片 4040 芯片 4040 是一個(gè) 12 位的二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器，所有計(jì)數(shù)器位為主從觸發(fā)器，計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù)。 10mA 貯存溫度范 圍： 65176。 圖 為 SOIC 封裝的IR2112S 的引腳排列。由光電式旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生與被測轉(zhuǎn)速成正比的脈沖，測速裝置將輸入脈沖轉(zhuǎn)換為以數(shù)字形式表示的轉(zhuǎn)速值。 圖 增量式光電編碼盤結(jié)構(gòu)及信號輸出 這里以三相編碼器為例介紹增量式編碼 器的工作原理及其結(jié)構(gòu)。 碼盤上有相標(biāo)志，每轉(zhuǎn)一圈 Z 相 輸出一個(gè)脈沖。編碼盤輸出的 Z 相脈沖用于復(fù)位計(jì)數(shù)器，每轉(zhuǎn)一圈復(fù)位一次計(jì)數(shù)器；編碼盤的旋轉(zhuǎn)方向可以通過 D 觸發(fā)器的輸出 信號 Q 來判斷。觸發(fā)器總是在 B 脈沖為高電平時(shí)觸發(fā)，這時(shí) D 觸發(fā)器的輸出端 Q 輸出為高電平。由此確定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。這樣循環(huán)， T/C0 完成了記數(shù)高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù) 2M 和 8279 脈沖信號的輸出。 START是芯片的啟動(dòng)引腳，其上脈沖的下降沿起動(dòng)一次新的 A/D 轉(zhuǎn)換。DB0DB7是數(shù)字量的輸 出。 INTEL8279 可以顯示 8 位或 16 位 LED 顯示器，可以和具有 64 個(gè)按鍵或傳感器的陣列相連，通過編程可以實(shí)現(xiàn)多種工作方式。由 口為 8279 輸出定時(shí)時(shí)鐘。因此 8279 的地址分別為：數(shù)據(jù)口： 7EFFH；命令口或狀態(tài)口： 7FFFH。鍵盤的列掃描縣送會(huì)掃端 RL0RL3 上。隨之而來的制動(dòng)問題越來越受到人們的關(guān)注，在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，異步電機(jī)的減速或停止是通過逐漸降低變頻器的輸出頻率來實(shí)現(xiàn)的，隨著變頻器輸出頻率的降低，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速降低，但是由于機(jī)械慣性的存在，電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不會(huì)突變。能耗制動(dòng)單元配合制動(dòng)電阻可以很好地實(shí)現(xiàn)對再生能量的消耗，達(dá)到變頻器制動(dòng)的目的。 其中的制動(dòng)電阻與絕緣門雙極晶體管 IGBT 組成的制動(dòng)單元串聯(lián)連接，然后并聯(lián)在直流回路上。當(dāng)直流電壓上升到制動(dòng)運(yùn)行時(shí)的電壓上限 UDH 時(shí)，制動(dòng)單元的控制電路使制動(dòng)開關(guān)器件 Q1 導(dǎo)通，電阻被并聯(lián)在直流回路上，開始工作。因此，制動(dòng)電阻是制動(dòng)單元的重要參數(shù)；制動(dòng)單元的控制方式則涉及是否能夠有效地控制和實(shí)現(xiàn)控制過程的問題 . 3 制動(dòng)控制單元設(shè)計(jì) 28 直流電壓上下限的確定 工程上，泵升電壓抑制電路的參數(shù)計(jì)算和選擇原則： (1)泵升電壓必須低于主電路電容器和功率器件的電壓定額，一般可選擇 130% UC(0)作為上限 (其中 ,UC(0)為正常運(yùn)行時(shí)電容 C 上的電壓值 )。 制動(dòng)電路的下限電壓值 UDL= 110%=566V。 泵升電壓控制電路 29 泵升電壓檢測和控制電路如圖 3 所示，當(dāng)電解電容 C 兩端的電壓 Uin 大于泵升電壓下限 UDL 時(shí)， U1B 輸出高電平，三極管 Q 2 導(dǎo)通， A 點(diǎn)電勢變?yōu)楦唠娖健? 4 制動(dòng)電阻的計(jì)算 制動(dòng)電阻最小值 制動(dòng)單元由制動(dòng)電阻和制動(dòng)功率管組成，構(gòu)成的制動(dòng)回路中，其最大電流受功率管 Q 1最大電流的限制，最小制動(dòng)電阻： .. (2) RBmin=UDL/IQmax UDL— 制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，直流電壓下限值 30 IQmax— 制動(dòng)控制功率管最大工作電流 (取 決于所選功率管型號 ) 制動(dòng)電阻最大值 根據(jù)變頻器額定電流計(jì)算 再生發(fā)電能量流回直流回路時(shí)，是通過逆變器的。 制動(dòng)電阻功率計(jì)算 制動(dòng)電阻的工況屬于短時(shí)工作，即每次通電時(shí)間都很短，在通電時(shí)間內(nèi)，其溫升遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到穩(wěn)定溫升，而在每次斷電以后的停歇時(shí)間又較長，其溫度可以降至與周圍環(huán)境溫度相同。單片機(jī)數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的軟件有主程序、初始化子程序、中斷服務(wù)子程序等。啟動(dòng)功能鍵按下時(shí)，系統(tǒng)開始啟動(dòng) 采樣定時(shí)并進(jìn)入實(shí)時(shí)控制階段，每次中斷返回時(shí)若有復(fù)位鍵和新的參數(shù)設(shè)置 33 鍵按下則返回鍵處理程序。 1 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序 2 電流調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序 3 故障保護(hù)中斷服務(wù)子程序 保護(hù)現(xiàn)場讀入轉(zhuǎn)速給定計(jì)算轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)允許測速中斷返回恢復(fù)現(xiàn)場保護(hù)現(xiàn)場讀入電流反饋電流調(diào)節(jié)PW M 生成啟動(dòng) A / D 轉(zhuǎn)換中斷返回恢復(fù)現(xiàn)場封鎖 PW M輸出分析、判斷故障原因顯示故障原因故障報(bào)警等待系統(tǒng)復(fù)位 35 1 2 3 36 第三節(jié) PI 控制子程序設(shè)計(jì) 為了安全起見，系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器實(shí)行限幅，當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序或電流調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序進(jìn)行到 “ 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié) ” 或 “ 電流調(diào)節(jié) ” 時(shí)，便進(jìn)入 PI 控制子程序（如圖 ）。 程序： 因?yàn)?8051 得外部中斷源有限，在進(jìn)行 M 發(fā)測速時(shí)，可以擴(kuò)展外部中斷來滿足要求，相應(yīng)的設(shè)置程序設(shè)置如下所示， 此程序 可跟據(jù)情況設(shè)定時(shí)時(shí)間，測得的脈沖個(gè)數(shù)將通過數(shù)碼管顯示 1S 定時(shí)，測量外部脈沖輸入個(gè)數(shù)程序 D_TMP EQU 35H COUNT1 EQU 36H COUNT2 EQU 37H ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP INT0 ORG 000BH LJMP TT0 ORG 保護(hù)現(xiàn)場 禁止策速 開放捕捉中斷 恢復(fù)現(xiàn)場 中斷返回 容許中斷嗎？ 開放 T/C1 和 T/C0 關(guān)閉 T/C1 恢復(fù)現(xiàn)場 中斷返回 容許中斷嗎？ 禁止捕捉中斷 保護(hù)現(xiàn)場 Y N 41 0030H MA 電機(jī)測速計(jì)程序 D_TMP EQU 35H COUNT1 EQU 36H COUNT2 EQU 37H ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP INT0 ORG 000BH LJMP TT0 ORG 0030H MAIN: MOV 30H,00H 。1S 定時(shí)計(jì)數(shù)值 MOV COUNT2,60 。計(jì)數(shù)標(biāo)志位為 0,則等待 LCALL HEXTOBCDD 。計(jì)數(shù)標(biāo)志位清 0 SJMP LOOP 。T0 中斷程序 。計(jì)數(shù)標(biāo)志位置 1,則執(zhí)行計(jì)數(shù) MOV COUNT1,50 。每位數(shù)加上本身相當(dāng)于將這個(gè)數(shù)乘以 2 ADDC A , R5 DA A MOV R5 , A 45 MOV A , R4 ADDC A , R4 DA A 。R5 高低 4 位互換 ANL A , 0FH 。屏蔽低 4 位 INC R0 。R4 高低位互換 ANL A , 0FH 。顯示程序 MOV A,30H LCALL MM MOV P0,A CLR LCALL DELAY 47 MOV A,31H LCALL MM MOV P0,A CLR LCALL DELAY MOV A,32H LCALL MM MOV P0,A CLR LCALL DELAY MOV A,33H LCALL MM MOV P0,A CLR LCALL DELAY RET MM: MOV P2,0FFH MOV P0,00H MOV DPTR,TAB MOVC A,A+DPTR RET 48 TAB: DB 03FH , 06H , 5BH , 4FH , 66H , 6DH , 7DH , 07H , 7FH , 6FH 。 PinB = (bit) (Address amp。 PinSTART = 0。 PinOE = 0。 return(temp)。 PinC = 0。 } voidchuli() { uint temp。i++) { StartADC(4)。 第一節(jié) 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置 直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型 在本設(shè) 計(jì)中討論的是直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)巨負(fù)載的自動(dòng)控制系統(tǒng)，直流電動(dòng)機(jī)本身是一個(gè)電 磁相互作用的非線性系統(tǒng)，在這里將其近似為一個(gè)線性系統(tǒng)，得到直流電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)為： 120()() 1() ed l m mCnsd Us T T S T SWs ????? 求取雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型一般采用由內(nèi)到外，逐環(huán)求取。 由于電流環(huán)的重要作用是保持電樞電流在動(dòng)態(tài)過程中不超過允許值，因而在土家控制作用時(shí)不希望有超調(diào)，而且