【正文】 由圖 52 可以立即得到電動機(jī)數(shù)學(xué)模型： 廈門南洋職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 27 121)()()(???? smTsDTmTeCsDOUsnssG （ 57） 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計及采樣周期的選擇 確定了被控對象電動機(jī)的數(shù)學(xué)模型 ,很容 易作出電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖 ,如圖53 所示 。 廈門南洋職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 28 本系統(tǒng)電流調(diào)節(jié)器最大輸出電壓 UKm=,晶閘管最大輸出整流電壓為 UDO = 則 KSCR= = 所以晶閘管傳遞函數(shù)為 10 0 1 )( ???? ssS C RT S C RKsS C RG （ 58） （ 2） 電流反饋傳遞函數(shù) 電流反饋回路由交流互感器經(jīng)三相橋式整流及 T 型濾波構(gòu)成 ,一 般時間常數(shù)在 1∽ 2ms 之間。 圖 55 電流環(huán)最簡結(jié)構(gòu)圖 其中 , DLT (s)為電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù) , GLS(s)電流環(huán)廣義控制對象。 = (s) τ D=TD = (s) 這樣可得 : ss ssLTD 1 0 1 )( ???? 令 K0=,K,=,則有 DLT(s)=K0 + K’ /s (512) 式（ 512）是一個 PI 調(diào)節(jié)器 ,可以導(dǎo)出離散化方程和差分方程 : 離散化方程 : ????kiieKkeKkC021 (513) 差分方程 : Ck =Ck1+(K1+K2)ekK1ek1 （ 514） 其中 , K1 = K0K,TLT =179。 電流環(huán)的穩(wěn)定性分析 由圖 54 可以作出電流環(huán)采樣系統(tǒng)框圖 ,如圖 56 所示。 zLSG 為電流環(huán)控制對象的 Z 變換 , )(39。 z3= z4 = 從而可知 z1 、 z2 、 z 、 z4S 四個根的絕對值均小于 1,它們都在單位圓內(nèi) ,因此電流環(huán)是穩(wěn)定的。但是此時速度反饋來不及跟上速度給定，即 Ugn＞ Ufn，則 ST 仍然處于飽和限幅，故速度環(huán)工作在開環(huán)狀態(tài)，速度繼續(xù)上升，只有當(dāng) Ugn＜ Ufn 時， ST 才退出飽和限幅，這時才真正構(gòu)成速度閉環(huán)，直到穩(wěn)態(tài)為止。本系統(tǒng)設(shè)計穩(wěn)態(tài)運(yùn)行為初態(tài)，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)到零時為平衡狀態(tài)，即當(dāng)速度給定突然變?yōu)榱銜r尋找制動過程最優(yōu)控制律。 其中 Q 為 n179。 n 對稱陣 ,它是 Riccati 代數(shù)方程 PAATP+PBR1BTPQ=0 （ 524） 的解。這樣電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)作為速度環(huán) 的一個環(huán)節(jié)來處理。 ???????????0000000011qQ q11 不能選擇過大，否則使系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，一般先 q11?1 ，選 q11 = 0。 廈門南洋職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 35 圖 59 速度環(huán)狀態(tài)反饋框圖 由于本設(shè)計是在速度給定降為零時 ,尋找制動過程最優(yōu)控制律 ,因而令UGn = 0, 此時圖 59 成為圖 510。 圖 510 速度環(huán)狀態(tài)反饋簡化圖 圖 511 PI 調(diào)節(jié)器加比例微分負(fù)反饋框圖 比較圖 510 和圖 511 可得 廈門南洋職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 36 ???????? ?????? )1(13211)1()1( sfTsmKK mTKsmTmKKKSFKsfTsspK ?? （ 526） 比較式 (526)兩邊系數(shù)有： KP = , τ = , Tf = , 相應(yīng)速度調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 ssKKsssspKsSTD )1()( ????????? ?? (527) 比例微分反饋的傳遞函數(shù)為 Gfn（ s） = 1 + Tfs = 1 + (528) 由式 (527)可得到速度調(diào)節(jié)器的離散化方程和差分方程為 ???? ki iekekC （ 529） ????? kekekCkC （ 530） 由式 (528)可得比例微分反饋差分方程為 Ufn（ k） = USF（ k） + [USF（ k） USF（ k1） ] （ 531） （ 3）速度環(huán)穩(wěn)定性分析 考慮反電勢的影響 ,數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖 512 所示。 （ 4）速度環(huán)穩(wěn)態(tài)誤差分析 由圖 532 可得到系統(tǒng)誤差脈沖傳遞函數(shù)為 )2)(1()()()(1 1)( ???? ???????? zzzz zzzzzGSGzfnGzSTDzEG 當(dāng)給定為單位階躍輸入時有 011 1)()11(1lim)( ?????????? zzEGzze 當(dāng)給定為速度輸入時有 2)11( 100 9 )()11(1lim2)11( 1)()11(1lim)( ??? ????????? ???????? z zzEGzzz zSTTzEGzze 當(dāng)給定為加速度輸入時有 廈門南洋職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 38 ???? ???????? 3)11( )21(20 0 )()11(1lim)( z zzzEGzze （ 5）速度環(huán)采樣周期的選擇 速度環(huán)的控制對象傳遞 函數(shù)為 242)( 13 5 9 3)( ??? ssSG 則有 : )(), in (21),1m in (21)1(11)1()1(22ssstSTTssssst??????????????? 我們選擇速度環(huán)采樣周期為 ～ 。 當(dāng)輸入時誤差函數(shù) e(t)、輸出函數(shù)是 u(t)時， PI 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)如下 tstspiKsE sUspiW 1)( )()( ??? （ 61） 式中 Kpi為 PI 調(diào)節(jié)器比例部分的放大系數(shù)； t 為 PI 調(diào)節(jié)器的積 分時間常數(shù)。由式子看出，比例部分只與當(dāng)前的偏差有關(guān)，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(shè)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(diǎn)，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(jī)軟件來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)電樞電流斷續(xù)時，晶閘管調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)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(xiàng)重要變化。因此，從整流電壓和電流平均值的關(guān)系上看，相當(dāng)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)。 廈門南洋職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 46 圖 64 電流自適應(yīng)程序框圖 速度環(huán)中斷服務(wù)程序的設(shè)計 測速軟件包括捕捉中斷服務(wù)子程序（如圖 65 所示）和測速時間中斷服務(wù)子程序（如圖 66 所示）構(gòu)成，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序中進(jìn)行到“測速允許 ” 時，開放捕捉中斷，但只有到旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖前沿到達(dá)時，進(jìn)入捕捉中斷服務(wù)子程序，旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖計數(shù)器 M1 和高頻時鐘計數(shù)器 M2 才真正開始計數(shù)，同時打開測速時間計數(shù)器 T1，禁止捕捉中斷，使之不再干擾計數(shù)器計數(shù)。進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序后，首先應(yīng)保護(hù)現(xiàn)場，再計算實(shí)際轉(zhuǎn)速，完成 PI 調(diào)節(jié)，最后啟動轉(zhuǎn)速檢測，為下一步調(diào)節(jié)作。在這一組軟件框圖中，測速軟件僅完成 M1 和 M2 計數(shù)，轉(zhuǎn)速計算是在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序中完成的。若用計算機(jī)軟件來實(shí)現(xiàn)電流自適應(yīng)控制，只要判斷主回路電流是否連續(xù)即可，若電流連續(xù)就按 PI 算法，若電流斷續(xù)就按 I 算法。 （ b）當(dāng)電流斷續(xù)時，由于電樞回路電磁時間常數(shù) TD 存在，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)計采用中值平均濾波。 廈門南洋職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 41 數(shù)字濾波器程序設(shè)計 在檢測得到的轉(zhuǎn)速信號中，不可避免地要混入一些干擾信號。 為了安全起見，常須對調(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 amTIKkePKkIukekiPKies amTIKkePKku （ 63） 其中， Tsam 為采樣周期。 系統(tǒng)主程序設(shè)計流程圖 圖 61 主程序流程圖 如圖 61 所示的主程序流程圖，它完成主程序完成系統(tǒng)的各種功能初始廈門南洋職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 40 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 個控制數(shù)據(jù)等的初始化，然后循環(huán)定時執(zhí)行速度環(huán)和電流環(huán)的計算，并完成鍵盤輸入、顯示掃描等各種功能。 圖 512 數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)框圖 圖 513 速度環(huán)被控對象結(jié)構(gòu)圖 廈門南洋職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 37 )( 1 35 9 3111)(?????????ssmTmCKssTiKsmTmKsiTiKssGe ? ? )( 591)( ?? ??????????????????zzzssSTezssGz ? ? zzsfnGz )( ?? ? ? )( ?? ??? zz zsGsGz ? ? )( ??? zzsSTDz 由圖 512 可得到系統(tǒng)閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為 0 0 2 ))(()()(1 )()()( ???? ?????? zzzz zzzzSGGfnGzSTD zSGzSTDzBG 因而得到系統(tǒng)特征方程為 z4 – z3 + z2 – + = 0 （ 532） 利用計算機(jī)求解式 ()得到的根為 z1,2 = 177。 min/r 。 對于單輸入系統(tǒng)， R 為常數(shù)，選 R=1，把以上四參數(shù)代入式（ ）。 圖 58 速度環(huán)被控對象結(jié)構(gòu)圖 設(shè)狀態(tài)量 : y=x1=n x2 =Id x3= Ugi 則有 : ????????????????UxxiTiKxiTxxmTmKx3321221??? 相應(yīng)狀態(tài)方程為 : ? ????????????????????????????????????????????????????????CXXYUxxxiTiKiTmTmKxxxX1001003210001000213???? 其 中 : 廈門南洋職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 34 ? ?? ?0,0,11,0,00000001000375222)m i (m i m i ??????????????????????????????????????????????CTBiTiKiTmTmKAsCeCGDeRmTmkgGDAmNmNrAVeCCrVHnDRHIHUeCVreCRmK??? 把 A,B 代入式 (521)得 [B ┊ AB┊ A2B] = ???????????001108 39 113 62 300 它的秩為 3, 因而此狀態(tài)方程有解 ,即系統(tǒng)能控。將式 (524)改寫為 P（ A BR1BTP） +（ A BR1BTP） TP = （ PBR1BTP） Q （ 525） 先給定一個初值 P0，代 入公式 (525)，求出新值 P