【正文】 ，數(shù)字方式 西南科技大學本科生畢業(yè)論文 2 目 錄 摘 要 .......................................................................................................................................... 1 引 言 .................................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。最后進行軟件編程、調試以及計算機仿真。有沒有想到的地方請閱讀的老師提出，我會在以后的學習工作中進一步的改進自己的想法和設計思路。直流電機，大體上可分為 3 類：幾相繞組的步進電機、永磁式換流器直流電機、伺服電機、 直流電機具有良好的啟動性能和調速特性，它的特點是啟動轉矩大，最大轉矩大，能在寬廣的范圍內平滑、經濟地調速，轉速控制容易，調速后效率很高。 西南科技大學本科生畢業(yè)論文 6 第 2 章 系統(tǒng)方案選擇和總體結構設計 調速方案的選擇 系統(tǒng)控制對象的確定 本次設計選用的電動機型號 Z232 型，額定功率 ，額定電壓 230V，額定電流 ,額定轉速 1000r/min, 勵磁電壓220V,運轉方式連續(xù)。直流斬波器和脈寬調制交換器采用PWM 受器件各量限制，適用于中、小功率的系統(tǒng)。考慮使電西南科技大學本科生畢業(yè)論文 7 路簡單、經濟且滿足性能要求，選擇晶閘管三相全控橋交流器供電方案。同時，由于電機的容量較大，又要求電流的脈動小。采用轉速電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設置了兩個調節(jié)器，分別調節(jié)轉速和電流，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反饋，而它和轉速負反饋不同時加到一個調節(jié)器的輸入端 ，到達穩(wěn)態(tài)轉速后，只靠轉速負反饋，不靠電流負反饋發(fā)揮主要的作用，這樣就能夠獲得良好的靜、動態(tài)性能。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)在具有較強的抗負載擾動，抗電網電壓擾動。晶閘管正反組切換由數(shù)字 邏輯切換單元來完成。 根據(jù)設計要求，采用公式： ? ?BAUU d?~12 ? 由表查得 A=；取ε =；α角考慮 10176。 此外，還需注意以下幾點： ①當周圍環(huán)境溫度超過 +40℃時，應降低元件的額定電流值。故選晶閘管的型號為 75?pK 。 過電壓保護 以過電壓保護的部位來分，有交流側過壓保護、直流側過電壓保護和器件兩端的過電壓保護三種。 耐壓≥ = 120 2 = 選取 20181。但采用阻容保護易影響系統(tǒng)的快速性，并且會造成 dtdi/ 加大。 3）閘管及整流二極管兩端的過電壓保護 查下表： 表 31 阻容保護的數(shù)值一般根據(jù)經驗選定 晶閘管額定電流 /μ A 10 20 50 100 200 500 1000 電容 /μ F 0.1 0.15 0.2 0.25 0.5 1 2 電阻 /Ω 100 80 40 20 10 5 2 抑制晶閘管關斷過電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護電路方法。 西南科技大學本科生畢業(yè)論文 14 電流保護 快速熔斷器的斷流時間短，保護性能較好，是目前應用最普遍的保護措施。造成電壓上升率 dtdu/ 過大的原因一般有兩點：由電網侵入的過電壓；由于晶閘管換相時相當于線電壓短路，換相結束后線電壓有升高，每一次換相都可能造成 dtdu/ 過大。產生 dtdi/ 過大的原因，一般有：晶閘管導通時，與晶閘管并聯(lián)的阻容保護中的電容突然向晶閘管放電；交流電源通過晶閘管向直流側保護電容充電；直流側負載突然短路等等。所以為了防止 dtdi/ 和 dtdu/ ，每個橋臂上串聯(lián)一個 30μH的電感。 2）限制輸出電流脈動的電感量 2L 由于晶閘管整流裝置的輸出電壓是脈動的，因此輸出電流波形也是脈動的。 3）電動機電感量 DL 和變壓器漏電感量 TL 電動機電感量 DL （單位為 mH）可按下式計算 4）實際串入電抗器的電感量 如上述條件均需滿足時，應取 1dL 和 2dL 中較大者作為串入平波電抗器的電感值，所以本電路選取 2dL =6 mH 作為平波電抗器的電感值。 RPL 為與電動機配套的磁場變阻器，用來調節(jié)勵磁電流。 圖 41 三相全控橋式整流電路 圖 42 三相電壓曲線 三相全控橋式整流電路共有六個晶閘管，它們分為共陰極和共陽極兩組。取線電壓 Uac 從負半波的過零點 G（ t1）作為同步基準點，則應觸發(fā)導通的第一對晶閘管為 SCR1 、 SCR6。對三相全控橋式整流電路，在交流電的一個周期內需要6個（或者 3 個）基準點。 對于單相電路，均使用絕對觸發(fā)方式。在穩(wěn)定情況下，Δ =600。 為了避免觸發(fā)錯誤，必須加入同步校正。如要求觸發(fā)整流環(huán)節(jié)為一個西南科技大學本科生畢業(yè)論文 19 放大系數(shù)為 Ks 的線性環(huán)節(jié)。 表 41 脈沖分配表（ 0 有效） 單元地址 數(shù)據(jù)（由 I/O 口輸出） 被觸發(fā)晶閘管 M M+1 M+2 M+3 M+4 M+5 X X 0 1 1 1 1 0 X X 1 1 1 1 0 0 X X 1 1 1 0 0 1 X X 1 1 0 0 1 1 X X 1 0 0 1 1 1 X X 0 0 1 1 1 1 SCR6,1 SCR1,2 SCR2,3 SCR3,4 SCR4,5 SCR5,6 單片機系統(tǒng)設計 雙閉環(huán)數(shù)字直流調速控制系統(tǒng)得采樣周期比較快，計算和控制任務也比較繁忙，因此需要使用高性能的單片機。 綜上，本系統(tǒng)采用 Inter 的 MCS51 中的 80C31 單片機。 單片機系統(tǒng)基本結構 80C31 外接 27128EPROM 作為 16K 程序存儲器，存放全部控制軟件。使用 80C31 的雙閉環(huán)數(shù)字直流調速控制系統(tǒng)的硬件電路圖見附頁 1 所示。這時， MCU 可讀入轉換結果。模擬測速一般采用測速發(fā)電機，其輸出電壓不僅表示了轉速的大小，還包含了轉速的方向，在調速系統(tǒng)中，轉速的方向也是不可缺少的。旋轉編碼器可分為絕對式和增量式兩種。通過光柵的作用，持續(xù)不斷地開發(fā)或封閉光通路，因此，在接收裝置的輸出端便得到頻率與轉速成正比的方波脈沖序列，從而可以計算轉速。采用簡單的鑒相電路就可以分辨出方向。 1： M法測速。 3： M/T 法測速 把 M 法和 T 法結合起來，既檢測 Tc 時間內旋轉編碼器輸出的脈沖個數(shù) M1，有檢測同一時間間隔的高頻時鐘脈沖個數(shù) M2，用來計算轉速，稱作 M/T 法測速。綜上所述，本系統(tǒng)的速度測量采用數(shù)字 M/T 法測速。然后延時 50μ s，置位～ ，從而輸出寬度為 50μ s 的觸發(fā)脈沖。此同步電路是由 LM339 構成的過零比較器電路和一個光電耦合器及一個反相器組成的。原始數(shù)據(jù)：直流電動機 D 的銘牌數(shù)據(jù)：型號 Z232 型，額定功率 ，額定電壓 220V，額定電流,額定轉速 1000r/min, 勵磁電壓 220V,運轉方式連續(xù)。 圖 53 簡化的電流環(huán)結構圖 西南科技大學本科生畢業(yè)論文 27 電流調節(jié)器的設計 （ 1） 閘管傳遞函數(shù) 一般三相橋式電路晶閘管最大失控時間在 0∽ 之間隨機分布 ,取其平均值 ,即 T SCR=。 圖 54 電流環(huán)最簡結構圖 (3) 電流調節(jié)器 DLT(s)的求取 為了使本系統(tǒng)電流環(huán)超調小 ,有好的動態(tài)性能 ,我們采用二階最佳來設計電流調節(jié)器。)()(zfiGLSGzLTD zLSGzLTDzLBD ?? （ 51） 上式中 DLT(z)為電流調節(jié)器的 Z 變換 , )(39。因此，系統(tǒng)速度閉環(huán)時其初始條件不為零，而按二、三階最佳工程設計是以頻率法為基礎，傳遞函數(shù)為工具，零初始條件為前提的，因而按二、三階最佳來設計速度調節(jié)器就成問題。 速度調節(jié)器的設計 （ 1） 速度環(huán)的狀態(tài)方程 由圖 53,再考慮加入給定濾波器（為了減少超調量） ,速度環(huán)被控對象結構圖如圖 58 所示。 min/r 。 圖 512 數(shù)字直流調速系統(tǒng)框圖 圖 513 速度環(huán)被控對象結構圖 （ 4）速度環(huán)穩(wěn)態(tài)誤差分析 （ 5）速度環(huán)采樣周期的選擇 我們選擇速度環(huán)采樣周期為 ～ 。 當輸入時誤差函數(shù) e(t)、輸出函數(shù)是 u(t)時， PI 調節(jié)器的傳遞函數(shù)如下 tstspiKsE sUspiW 1)( )()( ??? （ 61） 式中 Kpi 為 PI 調節(jié)器比例部分的放大系數(shù)； t為 PI 調節(jié)器的積分時間常數(shù)。由式子看出，比例部分只與當前的偏差有關，而積分部分則是系統(tǒng)過去所有偏差的累積。而位置式算法必須要同時設積分限幅和輸出限幅。數(shù)字濾波具有使用靈活、修改方便等優(yōu)點，它可以用于測速濾波，也可以用于電壓、電流檢測信號的濾波。程序框圖可由上式得出，在此略 。這里用計算機軟件來實現(xiàn)。當電樞電流斷續(xù)時，晶閘管調速系統(tǒng)的機械特性和電流連續(xù)相比有明顯的差別，其動態(tài)性能也發(fā)生兩項重要變化。 因此，從整流電壓和電流平均值的關系上看，相當于 TD=0，也就是說，在平均整流電壓和電流之間，電流連續(xù)時是慣性環(huán)節(jié)，電流斷續(xù)時就成了比例環(huán)節(jié)。 圖 66 測速時間中斷服務子程序框圖 圖 65 捕捉中斷服務子程序框圖 西南科技大學本科生畢業(yè)論文 40 轉速調節(jié)中斷服務子程序框圖如圖 67 所示。為了簡化程序，也可以使用程序詢問方式來讀入 ADC0808 的數(shù)據(jù)。 定時器 T0 中斷服務程序，它完成晶閘管觸發(fā)輸出和同步校正計算功能。 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設置 轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的主電路模型主要由交流電源、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管直流橋、平波電抗器、直流電動機等部分組成。 系統(tǒng)仿真結果的輸出及結果分析 當建模和參數(shù)設置完成后，即可開始進行仿真。 啟動過程的第一階段是電流上升階段，突 加給定電壓， ASR 的輸入很大，其輸出很快達到限幅值，電流也很快上升，接近其最大值。轉速超調后， ASR 輸入端出現(xiàn)負偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，進入線性調節(jié)階段，使轉速保持恒定，實際仿真結果基本上反映了這一點。 本設計采用采用了 MCS51 系列中的 8031 單片機，在此單片機控制的直流調速系統(tǒng)中，速度給定、速度反饋和電流反饋信號是通過模擬光電隔離器、 A/D 轉換 器送入計算機，計算機按照已定的控制算法計算產生脈沖，經并行口、數(shù)字光電隔離器、功率放大器送到晶閘管的控制級，以控制晶閘管輸出整流電壓的大小，平穩(wěn)的調節(jié)電動機的速度。 通過本次設計，加強了我對單片機應用知識的掌握，同時了解了目前工業(yè)生產中數(shù)字化系統(tǒng)的重要性，使我對使用單片機實現(xiàn)自動化控制的設計過程有了全面地了解。同時也可以設計一個鍵盤輸入電路，來完成各項參數(shù)的有效輸入。 非常感謝我的同學們，在與他們共同的學習、工作、生活過程中，他們給予了我及時的幫助和建議，開拓了我的思路。電力拖動自動控制系統(tǒng) [M]。大連：大連理工大學出版社， 1996。 [4]何立民。交直流調速系統(tǒng)與 MATLAB 仿真 [M]。北京：電子工業(yè)出版社， 20xx。 [8]余永權，汪明慧，黃英。高等學校畢業(yè)設計（論文）指導手冊 [M]。（美） ： Tsinghua university press， 1996。電動機調速的原理及系統(tǒng) [M]。系統(tǒng)仿真技術 [M]。北京電力電子技術 [M]。 Elementary Linear Circuit Analysis Second Edition[M]。 Power electronic devices