【正文】 單方便，而且穩(wěn)定性好，精確度高。 B TRCCRRR RR R RC C CC C CLT 1T 2T 3T 4T 5T 6M 圖 44 系統(tǒng)主電路圖 可控硅雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，但是它承受過電壓和過電流的能力較差，很短時間的過電壓和過電流就會把器件損壞。 單片機(jī)模塊實現(xiàn)了速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器功能和速度采樣功能，并實現(xiàn)數(shù)字觸發(fā)器、邏輯調(diào)節(jié)器功能。 速度 調(diào)節(jié)器的 主要 任務(wù)是：將輸入的電氣信號，經(jīng)各自的信號處理及變換電路對信號濾波、隔離放大適配到 A/D 轉(zhuǎn)換的量程內(nèi)。為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器都采用 PID 調(diào)節(jié)器。 第一節(jié) 雙閉環(huán)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)概述 雙閉環(huán)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成的糖分離機(jī)系統(tǒng)原理圖和雙閉環(huán)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖分別如圖 41 和圖 42 所示。 電容充電到開門電平的時間則為延時的時間，改變電容的大小就可獲得不同的延時 。 另 一 個電平檢測電路稱為零電流檢測器 LJB， 用來檢測電樞電流是否為 零。 反之， 當(dāng) 輸出為 正 值，通過 正 反饋使其輸出至深度負(fù)向飽和值。同理， T1元件 X端應(yīng)該接至 T6元件觸發(fā)電路的 Y端，因為 T6元件比 T1元件超前 60176。這樣每個觸發(fā)單元一個周期內(nèi)輸出兩個窄脈沖(相互間隔 60176。當(dāng)合成電壓 Ub4＞ ， T4由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通， T4集電極電位由正跳變到近似為 0，并通過脈沖形成環(huán)節(jié)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。選擇 T1 的同步電壓為 uTa，其余 T2～ T6的同步電壓見表 1。 為了使主電路三項全控橋的各相觸發(fā)脈沖與晶閘管陽極電路保持嚴(yán)格的相位關(guān)系，控制系統(tǒng)有專門的同步脈沖產(chǎn)生電路。 同 步 信 號A T m e g a 1 6單 片 機(jī)A T m e g a 8amp。設(shè)計時采用恒流源充電，輸出為雙窄脈沖 (也可 為單窄脈沖 )，脈沖寬度在 8176。 直 流調(diào)速系 統(tǒng)晶閘管觸發(fā)裝置可分為：電平檢測電 路，邏 輯控制器。 電流 PI調(diào)節(jié)器 電流 調(diào)節(jié)器 傳遞函數(shù)為 ： )/(/)1()( 21 nfnkI UUUSTSTKsW ???? 36 調(diào)整 R C2值 能 調(diào) 整電流調(diào) 節(jié) 器的傳遞函數(shù)。 電流反饋環(huán)節(jié)由霍爾器件及運(yùn)算放大器組成，用以檢測可控硅直流側(cè)的電流信號，以獲得與變流器電流成正比的直流電壓信號和過流信號。直 流發(fā)電機(jī)輸出電 壓 與 電動機(jī)轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系，可用發(fā) 電機(jī)輸出 電壓 代表電動機(jī)轉(zhuǎn)速 。下面 ， 主 要就速度環(huán)和電流環(huán)進(jìn)行詳細(xì)的分析。這時，系統(tǒng)的過渡時間不會產(chǎn)生振蕩，但消除偏差所需時間也就較長，使過渡時間加長，不能較快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。 在 TF1350型調(diào)速系統(tǒng)中，速度 調(diào)節(jié) 器和電流 調(diào) 節(jié) 器均采 用比 例積 分調(diào)節(jié)。 三、 PID調(diào) 節(jié) 器 PID調(diào)節(jié) 器是 Proportional(比 例 )， Integral(積分 )， Differential(微分 )三 者縮 寫 ， 是連 續(xù)系統(tǒng)中成熟、 廣 泛應(yīng)用的調(diào) 節(jié) 方式 。 如果電網(wǎng)電壓發(fā)生突變 (如降低 )時，整流器輸出電壓也會隨之變化 （ 降低 ） ，引起 主 回路電流變化 （ 減小 )， 由于快速性好，不經(jīng)過 電動 機(jī)機(jī)械環(huán)節(jié) 的電流反饋環(huán)的作 用 ，立即使調(diào) 節(jié) 器的輸出變化 (增 大 )， 則 ? 也變化 （ 變小 )， 最后 使整流器輸出 電壓 又恢復(fù) (增加 )致電原來的數(shù)值，這就抑制了 主回 路電流的 變化 。如果擾動不是來自負(fù)載而是來自交流電網(wǎng)，比如交流電壓下降，則系統(tǒng)也會按 上 述過程進(jìn)行調(diào)節(jié)，使電動機(jī)轉(zhuǎn)速維持在 給定值上運(yùn)行。當(dāng)?shù)扔?或 接 近給 定值時， 系統(tǒng)達(dá)到 平 衡，電 動 機(jī) 在 給定數(shù)值 下 以較高的轉(zhuǎn)速穩(wěn) 定 轉(zhuǎn)動 。系統(tǒng)外環(huán)是速度環(huán)，內(nèi)環(huán)是電流環(huán)，分別對轉(zhuǎn)速和電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，兩者之間實行串行聯(lián)接。 二、晶閘管調(diào)速原理 我們知道各相波形的交點(diǎn)為自然換相點(diǎn)。 直 流電動機(jī) 具 有四象限 運(yùn) 行特 性。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 12 第 三 章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 雙 閉 環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)采 用 模擬電路組成 整 個系統(tǒng)。由于其先進(jìn)的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間， ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá) 1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 10 第三節(jié) AVR 單片機(jī) 一、 AVR 單片機(jī)的特點(diǎn) AVR 單片機(jī)廢除了機(jī)器周期，同時拋棄了復(fù)雜指令計算機(jī)（ CISC）追求指令完備的做法，采用精簡指令集，以字作為指令長度單位，將內(nèi)容豐富的操作數(shù)與操作碼安排在一字之中（指令集中占大多數(shù)的單周期指令都是如此），又可預(yù)取指令實現(xiàn)流水作業(yè)，故可高速執(zhí)行指令。但是必須同時看到，隨著各種 電 力電子設(shè)備應(yīng)用數(shù)量的不斷增多和容量的不斷增大，對供電電網(wǎng)造成的影響和危害也與日俱增。顯然，當(dāng)輸出的直流電壓較低時，直流側(cè)的功率變低了，而整流裝置的視在功率不變，表明整個系統(tǒng)無功功率增大了。高次諧波電流會引起電網(wǎng)電壓波形的畸變，這個畸變了的電壓波形會影響電網(wǎng)上的其它負(fù)載，因此必須予以處理。因為負(fù)載只需要直流分量，為了消除負(fù)載電流中的交流分量，一般在電樞回路中串聯(lián)一個平波電抗器，保證整流電流的波形在較大范圍內(nèi)比較光滑。因此晶閘管在施加觸發(fā)脈沖后可導(dǎo)通的必要條件是，電動機(jī)的反電動勢 E和電感中的感應(yīng)電動勢 eL 的代數(shù)和應(yīng)小于變壓器二次繞組的瞬時電壓。在感性負(fù)載時有 ： ????? c os2 3222 2222 LLd UUUUU ?????? 輸出整流電壓 Ud的波形是兩組半波整流電壓的波形疊加。三相可控整流電路也分為三相半控整流電路和三相全控整流電路兩類。當(dāng)反向電壓增加到一定限度后，反向漏電流急劇增加，會導(dǎo)致晶閘管反向擊穿而損壞。導(dǎo)通期間，如果門極電流降為零并且陽極電流降到維持電流 IH以下，則晶閘管又回到正向阻斷狀態(tài) 。當(dāng) UA從零開始逐漸上升時，陽極電流了，廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 7 也從零逐漸上升，但其數(shù)值很小， 上 升也很 緩慢 。而且電源電壓在過零時，就會因為正向電壓太小而使晶閘管關(guān)斷 。導(dǎo)通條件 ： 是晶閘管從截止到導(dǎo)通所需的條件，即在晶閘管的陽極施加正向電壓，同時在門極施加正向電壓。目前己經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)和使用各種類型的電力電子器件，單個普通晶閘管的容量已達(dá) 120xxV 和1000A 以上。然后通過系統(tǒng)仿真之后就可以直接交付廠家印制電路板?，F(xiàn)在最初的MCS51單片機(jī)己經(jīng)逐步退出了應(yīng)用，但由于其生產(chǎn)廠商 Intel 公司采取了技術(shù)開放政策，其它廠商可以生產(chǎn)指令系統(tǒng)兼容的芯片。因此，單片機(jī)往往成為優(yōu) 先選擇的目標(biāo)。 PLC 則正好相反，它只能完成邏輯判斷、定時、計數(shù)和簡單的運(yùn)算。 二 、 單片機(jī)和工控機(jī)、 PLC 應(yīng)用比較 除了采用單片機(jī)作為電動機(jī)的控制器外，可以作為電動機(jī)控制器的新型設(shè)各還有多種，例如工業(yè)控制計算機(jī)、可編程控制器 (PLC)和數(shù)字信號處理廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 5 器 (DSP)等 。在系統(tǒng)調(diào)試和升級的時候，可以不斷嘗試選擇不同的參數(shù)，非常方便。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 4 計 算 機(jī)控 制速 度指 令速 度調(diào) 節(jié) 器電 流調(diào) 節(jié) 器移 相 脈沖 觸 發(fā)可 控 硅裝 置電 機(jī)速 度反 饋電 流反 饋電 流 控制 器++UAUBUC 圖 13 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)框圖 第三節(jié) 選題的科學(xué)依據(jù)、意義 一 、 單片機(jī)對電動機(jī)控制所起的作用 以 前電動機(jī)大多使用由模擬電路組成的控制柜進(jìn)行控制，現(xiàn)在單片機(jī)己經(jīng)開始取代模擬電路作為電機(jī)控制器。 主 要參數(shù)如 下： 卸料速度 50prm 卸料時間 20s 上料速度 180prm 下 料限定時 間 2030s 可預(yù)置 分離速度 1000prm 分離時 時間 1060s 可預(yù)置 洗水 時間 1020s 分蜜 時間 2030s 這些參數(shù)實際也是控制 直 流 電機(jī)驅(qū) 動糖機(jī) 工 作的 主 要 參 數(shù) 三 、 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 分離機(jī) 主 軸 電 機(jī)為 220kW直 流電機(jī)，采 用雙閉 環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 。 y ( p r m )05 01 8 01 0 0 0t ( s ) 圖 11 TF1350型糖分離機(jī)生產(chǎn)工藝曲線 TF 1350型分離機(jī)的 工 藝流程要求糖分離機(jī)要有良好的動態(tài) 響 應(yīng)，即應(yīng) 有足夠的動態(tài)穩(wěn)定性和快速性，要求起、制動和調(diào)速迅速平 穩(wěn)， 有較小的動態(tài)速度誤 差 ，可靠性高，這樣就可以提高砂糖一級品率和降低能源消耗 。在關(guān) 閉 加料 門 的同時，電機(jī)升速 ， 升速過程伴隨蜜洗、水洗過程 。 第二節(jié) TF1350 型糖分離機(jī)簡介 一 、 TF 1350型糖分離機(jī)生產(chǎn) 工 藝 當(dāng) 需要分糖時，控制系統(tǒng)給 主 機(jī)加電， 計算機(jī) 對分離機(jī)的 工 作條件 自 動循回檢 查 ，如果檢 查正 常 ， 系統(tǒng)進(jìn)入 工 作 準(zhǔn)備狀態(tài)，由控制臺啟動 主 機(jī)，電機(jī)以 50prm速度旋轉(zhuǎn)并清洗篩網(wǎng)。 目前 大 多數(shù) 國內(nèi) 糖廠 使用的糖分離機(jī)都是六七十年代產(chǎn)品。例如 ： 軍事和宇骯方面的雷達(dá)天線、火炮瞄準(zhǔn)、慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星姿 態(tài)的控制等 ； 工業(yè)生產(chǎn)中的各種加工中心、專用加工設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器入、塑料機(jī)械、印刷機(jī)械、紡織機(jī)械、新型制衣機(jī)械、泵和壓縮機(jī)、工業(yè)軋機(jī)等設(shè)備的控制 ；辦公和商務(wù)設(shè)備中的磁帶機(jī)、繪圖儀、掃描儀、打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等設(shè)備的控制 ； 家用電器中的 DVD、 DC、 DV、音響、洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)、電動由行車、家用汽車等設(shè)備的控制。因此，常常通過對電動機(jī) 的控制來實現(xiàn)運(yùn)動控制?？梢姡妱訖C(jī)與人們的生活息息相關(guān)、密不可分。廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 1 第一章緒論 第一節(jié) 選題背景 在電氣時代的今天，電動機(jī)一直在現(xiàn)代化的生產(chǎn)和生活中起著十分重要的作用。我國生產(chǎn)的電能大約有 60%用于電動機(jī)。 對運(yùn)動控制的最有效方式是對運(yùn)動源的控制。以前對電動機(jī)簡單控制的應(yīng)用比較多，但是現(xiàn)在人們對電動機(jī)控制的水平要求越來越高，使電動機(jī)的復(fù)雜控制逐漸成為應(yīng)用主流，其應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛。因此糖分離機(jī)是生產(chǎn)成品糖的關(guān)鍵設(shè)備 。 下面將簡單介紹一種 糖分離機(jī) — TF1350型糖分離機(jī) 。此刻測厚系統(tǒng)根據(jù)糖 層 的厚度發(fā)出測厚信號，關(guān)閉主門。 TF1350型 糖分離機(jī)生產(chǎn) 工 藝曲線圖 11。工 作參數(shù)是根據(jù)制糖 工 藝和原科成分及煮糖 工藝提供 的糖膏 粘稠 等一系列參數(shù)綜合 設(shè) 定的 。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖如圖 13。如果需要修改控制規(guī)律，一般不需要改變系統(tǒng)的硬件電路，只需要修改程序 即可。 可多機(jī)聯(lián)網(wǎng)工作，提供人機(jī)界面 ： 新型單片機(jī)內(nèi)多嵌有各種總線，可以方便地進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信，實現(xiàn)多機(jī)聯(lián)網(wǎng)工作 :還能夠和上位機(jī)進(jìn)行通信，提供可視化人機(jī)界面，方便進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。所以一般只用于大型控制系統(tǒng)。人們在選擇電動機(jī)控制器時，常常是在滿足設(shè)計需求的前提下，優(yōu)先選擇低成本的控制器。從上世紀(jì) 70 年代開始，在我國應(yīng)用的 8 位單片機(jī)經(jīng)歷了 Z80 時代和 MCS51 時代。用戶不需要再像傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計一樣，繪制和制造龐大復(fù)雜的電路板，只需要綜合時序設(shè)計，直接在 SOC 中調(diào)用內(nèi)嵌的各種通用器件。 近幾十年來電力半導(dǎo)體制造與應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速。它的 工 作原理可以用兩個條件加以說明 ：導(dǎo) 通條件和關(guān)斷條件。 在晶閘管的陽極施加交流電壓，只是電壓在正半 波時，晶閘管才有可能導(dǎo)通 ； 而電壓在負(fù)半波時，晶閘管就會關(guān)斷。如不在門極施加正向電壓，只讓晶閘管承受正向陽極電壓 UA,則晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)，只流過很小的正向漏電流。 晶閘管