【正文】 帶傳輸系統(tǒng)上物料重量的目的。 硬件調(diào)試法： 硬件調(diào)制法是為解決等面積法計(jì)算繁瑣的缺點(diǎn)而提出的，其原理就是把所希望的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過對(duì)載波的調(diào)制得到所期望的 PWM 波形 .通常采用等腰三角波作為載波，當(dāng)調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，所得到的就是 SPWM 波形 .其實(shí)現(xiàn)方法簡單，可以用模擬電路構(gòu)成三角波載波和正 弦調(diào)制波發(fā)生電路，用比較器來確定它們的交點(diǎn) ,在交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，就可以生成 SPWM 波 .但是，這種模擬電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精確的控制 . 軟件生成法： 由于微機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得用軟件生成 SPWM 波形變得比較容易，因此，軟件生成法也就應(yīng)運(yùn)而生 .軟件生成法其實(shí)就是用軟件來實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法，其有兩種基本算法，即自然采樣法和規(guī)則采樣法 . 本設(shè)計(jì)利用軟件編程設(shè)置一些關(guān)鍵控制字，實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制信號(hào)的輸出，達(dá)到控制的目的。 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)計(jì)算簡單，比較容易實(shí)現(xiàn)。要實(shí)現(xiàn)上述要求，其唯一的途徑就是采 11 用電流和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制方法，即采用速度、電流雙閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。 圖 21 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理圖 圖中兩個(gè)調(diào)節(jié)器 ASR 和 ACR 分別為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，二者串級(jí)連接，即把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。 12 兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用 [8]： ASR 的作用 （ 1）使轉(zhuǎn)速 n 跟隨給定電壓 *mU 變化，穩(wěn)態(tài)無靜差。 （ 2）起動(dòng)時(shí)保證獲得允許的最大電流。 配料系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)以 AT89C52 系列單片機(jī)為主要控制芯片 ，首先通過荷重傳感器將重量信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)經(jīng)過濾波、信號(hào)放大，將采集到的微弱電信號(hào)轉(zhuǎn)化為一定模擬量再送給 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，然后送給單片機(jī)。其內(nèi)環(huán)是電流反饋及控制環(huán)，外 環(huán)是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速反饋及控制環(huán)，內(nèi)環(huán)和外環(huán)的調(diào)節(jié)都是由 AT89C52 微機(jī)軟件完成數(shù)字 PI 控制規(guī)律的運(yùn)算。同時(shí)， 8279 芯片外接一個(gè) 4 4 鍵盤，通過鍵盤可設(shè)置數(shù)字來控制系統(tǒng)的啟動(dòng)停止，最終達(dá)到一個(gè)智能控制的目的。因此，配料系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)必須具 14 有良好的加減速性能，跟隨性能如上升時(shí) 間 Tr，調(diào)節(jié)時(shí)間 Ts 和超調(diào)量 ? 都要滿足一定的要求；另一方面，由于配料系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)工作的環(huán)境一般情況下比較惡劣，所以在抗擾動(dòng)上也具有很高的要求：所涉及的系統(tǒng)必須具有抗負(fù)載擾動(dòng)和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)等動(dòng)態(tài)抗擾性能。最高轉(zhuǎn)速為 3000 r/min，重量76kg。 電動(dòng)勢系數(shù) eC 由電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算公式 RInCU Ne ?? ， 有 n RIUC aNe ?? （ 24） 代入?yún)?shù) U=220V， NI =， aR =? 計(jì)算得 eC = 電動(dòng)機(jī)額定勵(lì)磁下的轉(zhuǎn)矩電流比 mC 根據(jù)公式 eem CCC ?? ? （ 25） 代入 eC =可得 mC = 電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪轉(zhuǎn)矩 2GD 計(jì)算 由 gJGD 42 ? （ 26） 其中 /g m s? ，代入 J= 可得 22 NmGD ? 機(jī)電時(shí)間常數(shù) mT 由公式 2375m emGD RT CC? （ 27） 將以上計(jì)算結(jié)果代入?yún)?shù)計(jì)算得 Tm = 電磁時(shí)間常數(shù) lT l LT R? （ 28） 16 其中 10%NUL I? ? 計(jì)算得 ? 雙閉環(huán)穩(wěn)態(tài)工作時(shí)靜特性 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系： 0*nnU U n n??? ? ? （ 29） *i i d dlU U I I??? ? ? （ 210） 0 */d e d e n d lcts s sU C n I R C U I RU K K K ???? ? ? （ 211） 上述關(guān)系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上，轉(zhuǎn)速 n 是由給定電壓 *nU 決定的， ASR的輸出量 *iU 是由負(fù)載電流 dlI 決定的，而控制電壓 ctU 的大小則同時(shí)取決于*iU 和 dlI ，或者說，同時(shí)取決于 *nU 和 dlI 。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，要校正成 I 型系統(tǒng)，顯然要用 PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 ? ?ssKWiiiSAC R ?? 1)( ?? Ki — 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； i? — 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。 （ 2）忽略反電動(dòng)勢對(duì)電流環(huán)的影響條件： 13ci mlTT? ? 現(xiàn)在， 13mlTT= ci? ，滿足近似條件。 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差， ASR 中必須包含一個(gè)積分環(huán)節(jié)，而在擾動(dòng)作用點(diǎn)后面已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié)，所以這個(gè)轉(zhuǎn)速環(huán)中有兩個(gè)積分環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速 環(huán)應(yīng)該設(shè)計(jì)成典型的 II 型系統(tǒng)。 s + 1A SRUi*( s )KN( tns + 1 )s2( T Σns + 1 )( c )A SRId( s )( b )a / 223。 22 第 3 章 配料系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 本章作為整個(gè)設(shè)計(jì)最主要的一章，分析了整個(gè)系統(tǒng)的硬件選擇和硬件電路 設(shè)計(jì)方案，并確定了各個(gè)模塊電路圖的連接方法。 要達(dá)到設(shè)計(jì)的性能要求，傳感器的精度起著決定性作用。 它的缺點(diǎn)是對(duì)于大應(yīng)變有較大的非線性、輸出信號(hào)較弱，但可采取一定的補(bǔ)償措施。 23 電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)把被測的物理量如位移，壓力，流量，振動(dòng)等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實(shí)現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。但不足的是，它有頻率響應(yīng)較低，不宜快速動(dòng)態(tài)測控等缺點(diǎn)。 它的兩只應(yīng)變片和兩只電阻貼在彈性梁上，測量電阻隨重力變化導(dǎo)致彈性梁應(yīng)變而產(chǎn)生的變化，電阻的變化使橋式測量電路的輸出電壓發(fā)生變化，即輸出電壓的變化反映出重力的變化，電路圖如圖 31所示。 應(yīng)變片測量電橋在測量前使電橋平衡，從而使測量時(shí)電橋輸出電壓只與應(yīng)變片感受的應(yīng)變所引起的電阻變化有關(guān) 。所以應(yīng)該在電路中設(shè)置一對(duì)大的電解電容 濾除低頻噪聲 和一對(duì)普通小電容消除高頻干擾。因此，一般對(duì)放大器有如下一些要求： 輸入 阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)源內(nèi)阻。從而保證放大器輸出性能穩(wěn)定。可 通過改變 RG 的大小來改變放大器的增益。 C)特性。 穩(wěn)壓管 D16 的作用是使 AD620 電壓輸出低于 ADC0809 輸入最大值，防止造成芯片損壞。多路開關(guān)可選通 8 個(gè)模擬通道，允許 8 路模擬量分時(shí)輸入，共用 A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。另一方面，由于 ADC0809 無內(nèi)部時(shí)鐘，可利用單片機(jī) ALE 管腳輸出時(shí)鐘信號(hào)經(jīng) D 觸發(fā)器二分頻之后送給ADC0809 的 CLK 管腳。 +5VGNDu18NORu19NOR1 2U14ASN74F04DGND+5VALED5Q1CK3Q2R4S6U13A4013IN026msb21212220IN12723192418IN22825826。中斷請(qǐng)求信號(hào)由 ADC0809 的 EOC 端接單片機(jī) INT0 口輸入。 對(duì)于單片機(jī)與 ADC0809 的接口電路，我使用或非門電路與單片機(jī)相連接作為控制信號(hào)。 經(jīng)過資料搜尋，我決定采用 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 來完成本次設(shè)計(jì)的A/D 轉(zhuǎn)換部分， ADC0809 是 8位逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器。 AD620 的兩個(gè)內(nèi)部增益電阻為 kΩ ,因而增益方程式為 G = kΩ /Rg + 1 （ 33） 對(duì)于所需的增益 , 則外部控制電阻值為 Rg =（ G 1） kΩ AD620 構(gòu)成的放大器及濾波電路如圖 32 所示。 AD620 是一款低成本、高精度儀表放大器，僅需要一個(gè)外部電阻來設(shè)置增益，增益范圍為 1 至 10,000。如放大器增益的外接電阻調(diào)整、方便準(zhǔn)確的量程切換、極性自動(dòng)變換等。 抗共模電壓干擾能力強(qiáng)。 放大器的輸入信號(hào)一般是由傳感器輸出的。為此，測量電路中常設(shè)有模擬放大環(huán)節(jié) 和濾波電路 。 當(dāng)忽略電源的內(nèi)阻時(shí)，由分壓原理有： ADABBDo uuuu ??? )( 43 421 1 RRRRR RE ???? ))(( 4321 4231 RRRRRRRRE ?? ??? （ 31） 當(dāng)滿足條件 4231 RRRR ??? 時(shí)，即 3421 RRRR ? （ 32） ou =0，即電橋平衡。 重量信號(hào)的采集電路 本設(shè)計(jì)的測量電路采用最常見的橋式測量電路，用到的是電阻應(yīng)變傳感器半橋式測量電路。傳感器的輸出信號(hào)強(qiáng)，電壓靈敏度一般每毫米的位移可達(dá)數(shù)百毫伏的輸出；線性度和重復(fù)性都比較好。電容器傳感器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單 ,價(jià)格便宜，靈敏度高，零磁滯，真空兼容，過載能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性良好和對(duì)高溫、輻射、強(qiáng)振等 惡劣條件的適應(yīng)性強(qiáng)等。 電阻應(yīng)變式傳感器是將非電量的變化轉(zhuǎn)換成與之有一定關(guān)系的電阻值變化，其結(jié)構(gòu)簡單， 精度高，測量范圍廣 ,壽命長 ,結(jié)構(gòu)簡單，頻響特性好，能在惡劣條件下工作，易于實(shí)現(xiàn)小型化、整體化和品種多樣化等 。然后將放大后的電壓經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后送到單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，通過編程達(dá)到自動(dòng)控制的目的。 （ 2）小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件： 1123 i onTT? ??，現(xiàn)在 1123 i onTT?=大于 ? ，滿足近似條件 。 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖簡化過程如圖 23。 二、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的參數(shù)設(shè)計(jì) 電流環(huán)經(jīng)過簡化之后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)， 11)( ?? Ic li KssW 19 整個(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖 23 中的 a 圖。 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括 iK 和 i? ， i? 是超前時(shí)間常數(shù) ， 為了讓調(diào)節(jié)器零點(diǎn)對(duì)消掉控制對(duì)象的大時(shí)間常數(shù)極點(diǎn)，取 i? = lT ? 。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 10 / NVI? ? 得 ?? 10 / NVn?? 得 ?? 1 0 / 1 5 0 0 0 .0 0 7 / m inVr? 晶閘管裝置放大系數(shù) 22sK? 17 電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 一、電流調(diào)節(jié)器 ACR 的參數(shù)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)要求穩(wěn)態(tài)電流無靜差，動(dòng)態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量 i? 5%，系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時(shí)有太大的超調(diào) ，以保證電流在動(dòng)態(tài)過程中不超過允許值，于是電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主 [11]。轉(zhuǎn)速超調(diào)量 n? 10%； 低速平穩(wěn)性好，穩(wěn)定精度好，調(diào)速范圍廣； UPE 系統(tǒng)開關(guān)頻率高，電機(jī)損耗，發(fā)熱量要求??； 系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，抗干擾能力強(qiáng)； 有鍵盤、顯示器組成的人機(jī)界面，顯示器用來顯示測量秤上物料的重量和當(dāng)前皮帶的轉(zhuǎn)速；鍵盤用來設(shè)定測量秤所允許的重量裕度。勵(lì)磁電壓： 220V。 重 量信 號(hào)采 集電 路信 號(hào)放 大電 路A / D轉(zhuǎn)換 電路單 片機(jī)A T8 9 C5 2直 流電 機(jī)系 統(tǒng)電 流檢 測電 路轉(zhuǎn) 速檢 測電 路鍵 盤顯 示P WM 控制 電路光 電編 碼器 圖 22 配料系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)框圖 配料系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì) 配料系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)性能及技術(shù)要求 配料系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)是一個(gè)控制皮帶上電機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)加減速和停車的自動(dòng)配料傳輸系統(tǒng)。電流檢測是通過電流互感器檢測出模擬信號(hào)，經(jīng)過濾波和降壓環(huán)節(jié)處 13 理后，送入 ADC0809 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸出的數(shù)字信號(hào)送入主芯片，通過 PI算法，進(jìn)而達(dá)到電流調(diào)節(jié)的目的。 電機(jī)控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)雙閉環(huán)調(diào)速，可以達(dá)到迅速控制電機(jī)轉(zhuǎn)速變化，快速穩(wěn)定轉(zhuǎn)速等目的。 （ 4）當(dāng)電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，從而起到快速的安全飽和作用。 （ 3）其輸出限幅值決定允許的最大電流。 兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸出都帶有限幅， ASR 的輸出限幅什 Uim 決定了電流調(diào)節(jié)器 ACR的給定電壓最大值 Uin，對(duì)就電機(jī)