【正文】 and application manual[M]。電力電子器件 [M]?？刂葡到y(tǒng)數(shù)字仿真 [M]。自動(dòng)控制系統(tǒng) [M]。 [10]caihanhu。北京：電子工業(yè)出版社， 20xx。單片微機(jī)控制技術(shù) [M]。 [6]潘新民，王燕芳。北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1991。電力電子技術(shù) [M]。 [2]徐維祥。 最后，向所有幫助過(guò)我的人致以最誠(chéng)摯的謝意。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 46 致 謝 各位老師，在這里我向我的導(dǎo)師表示深深的謝意，同時(shí)，我要感謝其他的代課老師對(duì)我們的學(xué)習(xí)和工作嚴(yán)格要求，并耐心地教導(dǎo)激勵(lì)我們積極進(jìn)取，培養(yǎng)我們形成良好的科研作風(fēng)，所有這些，我們將終生受益。同時(shí)在對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)的過(guò)程中，鞏固了我的專業(yè)課知識(shí)，使自己受益匪淺。數(shù)字測(cè)速不僅精度高，而且安全穩(wěn)定、維護(hù)方便，同時(shí)采用 M/T 數(shù)字測(cè)速方法，兼?zhèn)淞?M法和 T法測(cè)速的優(yōu)點(diǎn)，有效地?cái)U(kuò)大了調(diào)速范圍。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 44 結(jié)束語(yǔ) 本設(shè)計(jì)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、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。第三階段，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值后。從仿真結(jié)果可以看出，它非常接近于理論分析的波形。 圖 71 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的控制電路包括：給定環(huán)節(jié)、 ASR、 ACR、限幅器、偏置電路、反相器、電流反饋環(huán)、速度反饋環(huán)等，因?yàn)樵谖髂峡萍即髮W(xué)本科生畢業(yè)論文 43 本次設(shè)計(jì)中單片機(jī)代替了控制電路絕大多數(shù)的器件，所以在此直接給出各部分的參數(shù)，各部分參數(shù)設(shè)置參考前幾章各部分的參數(shù)。另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖，使用 Power System 工具箱進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)仿真的新方法。 定時(shí)器 T1 中斷服務(wù)程序，它完成采樣時(shí)間定時(shí)和轉(zhuǎn)速脈沖周期西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 41 測(cè)量計(jì)算功能。在中斷返回前應(yīng)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)使中斷的上級(jí)程序正確可靠地恢復(fù)運(yùn)行。待測(cè)速時(shí)間計(jì)數(shù)器到達(dá)計(jì)數(shù)值，發(fā)出停止測(cè)速信號(hào)，再次開(kāi) 放捕捉中斷，到旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖前沿再到達(dá)時(shí)停止計(jì)數(shù)。 （ b）當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)，由于電樞回路電磁時(shí)間常數(shù) TD 存在，西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 38 從整流電壓 UDO的突變到平均電樞電流 ID響應(yīng)不可能瞬間完成，而是按指數(shù)規(guī)律逐漸變到穩(wěn)態(tài)值。若為零，使電流調(diào)節(jié)器輸出為負(fù)電壓，把晶閘管調(diào)速系統(tǒng)推向逆變，迫使電動(dòng)機(jī)停止（爬行），其程序框圖如圖 63 所示。設(shè)系統(tǒng)電流斷續(xù)臨界值為 I0，反饋電流采樣值為I，則程序框圖如圖 62 所示。本次設(shè)計(jì)采用中值平均濾波。 數(shù)字濾波器程序設(shè)計(jì) 在檢測(cè)得到的轉(zhuǎn)速信號(hào)中，不可避免地要混入一些干擾信號(hào)。 為了安全起見(jiàn)，常須對(duì)調(diào)節(jié)器的輸出實(shí)行限幅。 將上式離散化成差分方程，其第 k 拍輸出為 )1()()()()(1)()()( ????????? ? kIukes a mTIKkePKkIukeki PKies a mTIKkePKku （ 63） 其中， Tsam 為采樣周期。 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)流程圖 圖 61 主程序流程圖 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 33 如圖 61 所示的主程序流程圖，它完成主程序完成系統(tǒng)的各種功能初始化操作，包括 8031的片內(nèi) I/O寄存器、各種狀態(tài)和標(biāo)志位、各個(gè)控制數(shù)據(jù)等的初始化，然后循環(huán)定時(shí)執(zhí)行速度環(huán)和電流環(huán)的計(jì)算，并完成鍵盤輸入、顯示掃描等各種功能。 圖 510 速度環(huán)狀態(tài)反饋簡(jiǎn)化圖 圖 511 PI 調(diào)節(jié)器加比例微分負(fù)反饋框圖 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 31 （ 3）速度環(huán)穩(wěn)定性分析 考慮反電勢(shì)的影響 ,數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖 512 所示。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 30 圖 59 速度環(huán)狀態(tài)反饋框圖 由于本設(shè)計(jì)是在速度給定降為零時(shí) ,尋找制動(dòng)過(guò)程最優(yōu)控制律 ,因而令 UGn = 0, 此時(shí)圖 59 成為圖 510。 按二次型性能指標(biāo)最優(yōu)設(shè)計(jì)速度調(diào)節(jié)器的方法是基于控制作用受約束下，確定最優(yōu)控制規(guī)律，使系統(tǒng)從任意初態(tài)，以最優(yōu)性能指標(biāo)轉(zhuǎn)移到新的平衡狀態(tài)。 zfiGLSG 為調(diào)節(jié)對(duì)象和電流反饋傳遞函數(shù)積的 Z 變換 , 由上式可得特征方程為 z4 – + z2– z + = 0 （ 52） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)及采樣周期的選擇 當(dāng)突加速度給定后 ,ST 輸出立即達(dá)到限幅值 ,ST 輸出就是 LT的給定 ,因而系統(tǒng)以最大加速度升速。 圖 56 電流環(huán)采樣系統(tǒng)框圖 則電流環(huán)閉環(huán)的脈沖傳遞函數(shù)為 )(39。取 TLF = 。 圖 52 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖 由于突加給定階躍后，速度調(diào)節(jié)器輸出馬上達(dá)到飽和限幅值，電流環(huán)投入工作使電機(jī)電樞電流很快上升，相對(duì)電流來(lái)說(shuō)，速度變化很緩慢。西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 25 第 5 章 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 對(duì)象的數(shù)學(xué)模型 單片機(jī) 控制直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 51 所示。這里由于 80C31的 P1 口在復(fù)位后初態(tài)為 1，故采用 0 為有效輸出位，以保證初態(tài)時(shí)晶閘管處于截止?fàn)顟B(tài)。 晶閘管控制 晶閘管觸發(fā)采用 80C31 的定時(shí)器 T0 實(shí)現(xiàn)。由于 M/T 法的計(jì)數(shù)值 M1 和 M2 都隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化，高速時(shí)，相當(dāng)于 M 法測(cè)速，最低速時(shí)， M1=1，自動(dòng)進(jìn)入 T 法測(cè)速。把 M1除以 Tc 就得到了旋轉(zhuǎn)編碼器輸出脈沖的頻率 f1=M1/Tc,所以又稱頻率法。采用倍率電路可以有效地提高轉(zhuǎn)速分辨率，而不增加旋轉(zhuǎn)編碼器的光柵數(shù)，一般多采用四倍頻電路。為了獲得轉(zhuǎn)速的方向，可增加一 對(duì)發(fā)光與接收裝置，使兩對(duì)發(fā)光與接收裝置錯(cuò)開(kāi)光柵節(jié)距的 1/4，則兩組脈沖序列 A 和 B 的相位相差 900，如圖 44 所示。絕對(duì)式編碼器常用于檢測(cè)轉(zhuǎn)角，若需得到轉(zhuǎn)速信號(hào)，必須對(duì)轉(zhuǎn)角進(jìn)行微分處理。對(duì)于要求精度高、調(diào)速范圍大的系統(tǒng)，往往需要采用旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)速，即數(shù)字測(cè)速。但這時(shí)，一方面成本將較高，另一方面計(jì)算將大大復(fù)雜，因?yàn)楸仨毑捎?16 位計(jì)算，所以在選型時(shí)應(yīng)該多方面考慮。寫入該地址，啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換器，通道地址由 A A A0 決定。在 80C31的 P3 口上外接三個(gè)按鍵，一個(gè)為啟動(dòng) /停止鍵，用于啟動(dòng)或停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；另兩個(gè)為顯示選擇鍵，一個(gè)用于控制顯示速度設(shè)定值，另西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 21 一個(gè)用于控制顯示電流值，不按這兩個(gè)鍵時(shí)，顯示實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)速。指令系統(tǒng)中設(shè)置了乘、除運(yùn)算指令、數(shù)據(jù)查找指令和位處理指令等。它們能在幾微秒內(nèi)完成 16 位加法和乘法，并且有 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 16 位高性能多功能定時(shí)器系統(tǒng)，可完成調(diào)速系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計(jì)算、控制輸出等功能。為了方便起見(jiàn)，可建立一個(gè)脈沖分配表，如表 41，它放于程序存儲(chǔ)器中。這可采用在每個(gè)周期用定時(shí)器計(jì)數(shù)同步脈沖發(fā)生時(shí)刻與實(shí)際同步脈沖發(fā)生時(shí)刻之差 Te，然后在計(jì)算第一對(duì)晶閘管的控制時(shí)刻時(shí)，按以下公式進(jìn)行計(jì)算： 控制角的計(jì)算 對(duì)于數(shù)字調(diào)節(jié)器，要求對(duì)象為線性系統(tǒng)。這樣，須把角度轉(zhuǎn)換成時(shí)間值。 綜上本次設(shè)計(jì)使用相對(duì)觸發(fā)的觸發(fā)控制方法。但由于電網(wǎng)頻率的波動(dòng)以及計(jì)算 機(jī)定時(shí)器的誤差，會(huì)使控制角偏離要求值。 在控制觸發(fā)時(shí)，有兩種觸發(fā)方法：絕對(duì)觸發(fā)方法和相對(duì)觸發(fā)方西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 18 法。六個(gè)晶閘管的導(dǎo)通順序?yàn)?SCR SCR SCR SCR SCRSCR6，如圖 42 所示。根據(jù)額定勵(lì)磁電流 Iex =，可選用吸引線圈電流為 的 JL1411ZQ 直流欠電流繼電器。 勵(lì)磁電路元件的選擇 整流二極管耐壓與主電路晶閘管相同，故取 700V。通常負(fù)載需要的只是直流分量，對(duì)電動(dòng)機(jī)負(fù)載來(lái)說(shuō)，過(guò)大的交流分量 會(huì)使電動(dòng)機(jī)換向惡化和鐵耗增加，引起過(guò)熱。其主要參數(shù)有流過(guò)電抗器的電流一般是已知的，因此電抗器參數(shù)計(jì)算主要是電感量的計(jì)算。限制 dtdu/ 和dtdi/ 的電感，可采用空心電抗器，要求 L≥（ 20～ 30）μ H；也可采用鐵心電抗器， L 值可偏大些。電流上升率 dtdi/ ：導(dǎo)通時(shí)電流上升率太大，則可能引起門極附近過(guò)熱，造成晶閘管損壞。電壓上升率 dtdu/ ：正相電壓上升率 dtdu/ 較大時(shí)，會(huì)使晶閘管誤導(dǎo)通。得 C=， R=100Ω，選 R 為 的 CZJD2 型金屬化紙介質(zhì)電容器。 U1MA=（ ） UDC=() 230=414460V 選 MY31440/5 型壓敏電阻。允許偏差 +10％（ 242V）。 本系統(tǒng)采用 DY 連接。設(shè)計(jì)晶閘管電路除了正確的選擇晶閘管的額定電壓、額定電流等參數(shù)外，還必須采取必要的過(guò)電壓、過(guò)電流保護(hù)措施。 ③關(guān)鍵、重大設(shè)備，電流裕量可適當(dāng)選大些。 電壓比 K=U1/U2=380/120=。 整流變壓器的設(shè)計(jì) 變壓器二次側(cè)電壓 U2 的計(jì)算 U2是一個(gè)重要的參數(shù)，選擇過(guò)低就會(huì)無(wú)法保證輸出額定電壓。其硬件結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。得到過(guò)電流的自動(dòng)保護(hù)。 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選擇 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，例如要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)難以滿足要求，因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來(lái)控制動(dòng)態(tài)過(guò)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(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來(lái)控制電流的，但它只是在超過(guò)臨界電流值以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想地控制電流的動(dòng)態(tài)波形，當(dāng)電流從最大值降低下來(lái)以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減少，因而加速過(guò)程必然拖長(zhǎng)。并且晶閘管可控整流裝置無(wú)噪聲、無(wú)磨損、響應(yīng)快、體積小、重量輕、投資省。 在 VM 系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器給定電壓，即可移動(dòng)觸發(fā)裝置 GT 輸出脈沖的 相位，從而方便的改變整流器的輸出，瞬時(shí)電壓 Ud。旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組簡(jiǎn)稱 GM系統(tǒng)，適用于調(diào)速要求不高，要求可逆運(yùn)行的系統(tǒng)，但其設(shè)備多、體積大、費(fèi)用高、效率低、維護(hù)不便。適用范圍：直流調(diào)速器在數(shù)控機(jī)床、造紙印刷、紡織印染、光纜線纜設(shè)備、包裝機(jī)械、電工機(jī)械、食品加工機(jī)械、橡膠機(jī)械、生物設(shè)備、印制電路板設(shè)備、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、焊接切割、輕工機(jī)械、物流輸送設(shè)備、機(jī)車車輛、醫(yī)療設(shè)備、通訊設(shè)備、雷達(dá)設(shè)備、衛(wèi)星地面接受系統(tǒng)等行業(yè)廣泛應(yīng)用。大家熟悉的錄音機(jī)、電唱機(jī)、錄相機(jī)、電子計(jì)算機(jī)等，都不能缺少直流電機(jī)。 主要內(nèi)容是系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及這個(gè)設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)。 第 2 章 系統(tǒng)方案選擇和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .................................................................... 6 調(diào)速方案的選擇 .......................................................................................................6 系統(tǒng)控制對(duì)象的確定 ........................................................................................6 電動(dòng)機(jī)供電方案的選擇 .............................................................................. 6 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...................................................................................................... 7 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選擇 ................................................................................................. 7 系統(tǒng)的工作原理 .............................................