【正文】 中斷設置測速定時時間到位標志返回 圖 54 軟件定時中斷子程序 顯示模塊的軟件設計 顯示部分的程序是采用軟件定時中斷來完成的，多少時間顯示一次可在軟件 中設定。見圖 53 ⑸ 下一個轉速脈沖來時，就引起 HSI0 中斷。 ⑵ 轉速脈沖引起 HSI0 中斷，如果是第一次中斷則記下當前時間作 起始時間 ST，設軟件定時器 1 中斷時間 T0，關 HSI0 中斷，啟動 HSI 數據有效對 2m 計數；如果是第二次中斷則把當前的時間作為結束時間 FT。由此根據式 (52)即可計算出當前電機的轉速。當轉速脈沖的下一個上升沿到來時， M2 停止計數，則可得到電機的轉速 沈陽化工大學學士學位論文 第 五 章 數字直流調速系統(tǒng)的軟件設計 27 圖 52 M/T法檢測轉速原理圖 1260 ()16 cfmn rpmPm? （ 51） 式中 cf 高頻計數脈沖信號的頻率，本系統(tǒng)中為 80C196KC 內定時器 T1 的時鐘信號，由于采用 1 6MHz 晶振， cf =1MHz； P光電脈沖編碼 器每轉輸出的脈沖數， P=600 16倍頻次數。 開始常量和變量的初始化允許軟件定時中斷允許外部中斷允許高速輸出中斷打開總中斷讀取各開關量啟動軟件定時器啟動 A / D 轉換進入待機方式 如圖 51 主程序框圖 數字測速的軟件設計 本文采用 M/T39。 主程序的設計 數字控制的雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的控制規(guī)律是靠軟件來實現，系統(tǒng)中的所有硬件也靠軟件來管理。所以采樣周期不能太小。 目前，對于采樣周期的選擇，還沒有特別有效的辦法，一般憑經驗選擇相對合理的采樣周期，因此選擇應綜合考慮各方面因素，采取折衷的辦法。 沈陽化工大學學士學位論文 第 四 章 主電路的設計與參數計算 24 主電路及保護電路圖 系統(tǒng)的主電路是晶閘管三相全控橋和直流電動機，保護電路采用了阻容吸收電路和快速熔斷器進行保護。 ⑵ 電流上升率 di/dt：導通時電流上升率太大，則可能引起門極附近過熱，造成晶閘管損壞。晶閘管過電流 的保護的常用措施有快速熔斷器和硒堆保護等。限制過大可在電源輸入端串聯電感和在晶閘管每個橋臂上串聯電感，利用電感的濾波特性，使其降低。 沈陽化工大學學士學位論文 第 四 章 主電路的設計與參數計算 23 RP =fC 2mU 10 6? =50 106 1202 106= 106W 選 R 為 20Ω普通金屬膜電阻器， 。 ? 晶閘管及整流二極管兩端的過電壓保護 抑制晶閘管關斷過電壓一般采用在晶閘管兩端并聯阻容保護電路方法。 ? 直流側過電壓保護 直流側保護可采用與交流側保護相同的方法，可采用阻容保護和壓敏電阻保護。 1 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA2D a t e : 7 J un 2 0 0 7 S he e t o f F i l e : E : \ 畢業(yè)設計 \ 電路圖 \ M y D e s i g n .d db D r a w n B y:RVTB 圖 41 交流側保護電路 S=， U2=120V C≥ 6 emI S/ 2U 2= 6 12 13842/1202= 181。抑制過電壓的方法不外乎三種：用非線性元件限制過電壓的幅度；用電阻消耗產生過電壓的能量；用儲能元件吸收產生過電壓的能量。采取正確的保護措施是晶閘管裝置可靠地運行的必要條件。 ③關鍵、重大設備，電流裕量可適當選的大些。 晶閘管的額定電壓 晶閘管實際承受的最大峰值電壓 TmU ，乘以（ 2～ 3）倍的安全裕量，參照標準電壓等級，即可確定晶閘管的額定電壓 TNU ，即 TNU =（ 2～ 3） TmU ，整流電路 形式為三相全控橋，而 26TmUU? ，則 VVU TN 8 8 2~5 8 81 2 06)3~2( ??? ，取 TNU ? 800V 沈陽化工大學學士學位論文 第 四 章 主電路的設計與參數計算 21 晶閘管的額定電流 選擇晶閘管額定電流的原則是必須使晶閘管允許通過的額定電流有效值大于實際流過的電流最大有效值 即 ()T AV dBI KI? ，考慮（ ～ 2）倍的裕量。 電壓比 K=U1/U2=380/120=。 變壓器二次側電壓 U2的計算 U2 是一個重要的參數，選擇過低就會無法保證輸出額定電壓，選擇過高又會造成延遲角 ? 加大，整流元件的承受電壓升高，增加了裝置的成本。 ? ? 5%，取電流環(huán)開環(huán)放大倍數為 1 z??? 電流調節(jié)器的放大倍數為 沈陽化工大學學士學位論文 第 三 章 數字直流電機調速系統(tǒng)的數字 PID 控制 18 sRKK K???? ⑵ 轉速調節(jié)器的參數選擇 2 0 .0 2 5 4onnIT T T? ? ??? ，取 5 T s? ??? ，即中頻寬 h=5，使 PI 調節(jié)器將轉速環(huán)校正為典型 II 型系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)的跟隨行和抗干擾性。 對于晶閘管整流器，它本身是一個時滯環(huán)節(jié)，傳遞函數可以表示為 () zszzW s K e ??? （ 317） 式中 zK 管整流器放大倍數； z? 閘管整流器時間常數。 轉速、電流雙 閉環(huán)調速系統(tǒng)的分析 該系統(tǒng)為轉速電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)，動態(tài)結構圖如圖 33 所示。假設電機補償良好，不計電樞反應、禍流效應和磁滯等因素帶來的影響，并設勵磁電流恒定，得直流電機數學模型為： dd d d d edIU L I R C ndt? ? ? （ 310） 式中 dU 電樞電壓； dL 電樞回路電感； dI 電樞電流； dR 電樞回路總電阻； eC 由電機結構決定的電勢系數，單位為 min/VWb r? n電動機轉速。為書寫方便，將 e(kT)簡化表示成 e(k)，即省去 T。由于本文的 PID 控制算法的輸出量要控制晶閘管的輸出電壓，此類對象適合用位置式 PID 控制算法，所以下面主要介紹沈陽化工大學學士學位論文 第 三 章 數字直流電機調速系統(tǒng)的數字 PID 控制 13 位置式 PID 控制算法。在上面離散化的過程中，采樣周期 T 必須足夠短，才能保證有足夠的精度。積分作用度強弱取決于積分 時間常數 IT ， IT 越大，積分作用越弱，反之則越強。系統(tǒng)由模擬 PID 控制器和被控對象組成。它是一種基于負反饋的控制方法，不 僅在模擬調節(jié)器得到了廣泛應用，而且更適合于單片機控制系統(tǒng)。隨著控制理論和單片機水平的不斷發(fā)展，單片機控制系統(tǒng)的功能日益增強，適用的控制規(guī)律也越來越多，如 PID 調節(jié)、史密斯 (Smith)預估控制、最優(yōu)控制、基于狀態(tài)空間模型的設計方法和基于輸入輸出模型的設計方法等。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出很快的動態(tài)跟隨性，在動態(tài)抗擾性能上，表現在具有較強的抗負載擾動，抗電網電壓擾動。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接，這樣就可以實現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，沈陽化工大學學士學位論文 第二章 直流調速系統(tǒng)理論研究和方案確定 9 這樣就能夠獲得良好的靜、動態(tài)性能。電機轉速通過光電脈沖轉換器的計數，再直接連到單片機。 ⑵ 抗擾性能指標 ?動態(tài)降落 00maxc? 沈陽化工大學學士學位論文 第二章 直流調速系統(tǒng)理論研究和方案確定 8 最大動態(tài)降落 maxc? 與原穩(wěn)態(tài)值 ?c 之比。 在調壓調速中，常以電機額定轉速 nom 為最高轉速，若在額定負載時轉速降為nomn? ，則該系統(tǒng)的靜差率應是最低轉速時的靜差率，即 0nns num??沈陽化工大學學士學位論文 第二章 直流調速系統(tǒng)理論研究和方案確定 7 min0nns nom?? （ 24） 于是s nsnsnnnn nomnomnomnom ?????????? )1(m i n0m i n，而調速范圍為： m inm inm ax nnnnD nom?? （ 25） 將 minn 代入上式得 )1( sn snD nomnom ??? （ 26） 對于同一調速系統(tǒng)，它的特性硬度或 nomn? 值是一定的，因此，由上式（ 26）可見，如果對靜差率要求越嚴，即要求 s 越小時，系統(tǒng)能夠允許的調速范圍也越小。 ⑴ 調速范圍 D 生產機械要求電動機提供的最高轉速 maxn 和最低轉速 minn 之比稱為調速范圍，用字母 D 表示，即 ninnnD max? （ 22） 其中 maxn 和 minn 一般指電機在額定負載時的轉速，對于少數輕載的機械，也可以用實際負載時的轉速。晶閘管可控整流裝置無噪聲、響應快、重量輕、投資省，而且工作可靠，能耗小，效率高。 電動機供電方案的選擇 在 VM 系統(tǒng)中，調節(jié)器給定電壓，即可移動觸發(fā)裝置 GT 輸出脈沖的相位，從而方便的改變整流器的輸出，瞬時電壓 dU 。 ⑵ 靜止變流裝置，例如，晶閘管可控整流器，以獲得可調直流電壓，采用靜止變流裝置又稱 VM 系統(tǒng)。 改變電樞回路電阻的方法缺點很多，目前較少采用；弱磁調速調節(jié)范圍不大，往往與調壓調速配合使用。 ⑵ 減弱磁通調速。 調速方案的選擇 調速方案的優(yōu)劣直接關系到系統(tǒng)調速的效果，因此必須根據電機的型號及參數選擇最優(yōu)設計方案，以確保系統(tǒng)能夠正常，穩(wěn)定地運行，取得良好的效果。 現階段，我國在具有完全自主知識產權的全數字化調速裝置的研發(fā)水平上還落后于發(fā)達國家，而且進口的控制器價格昂貴，因此，學習和研究國外先進的控制器，具有重大的經濟價值和實際意義。 采用微機控制后，整個調速系統(tǒng)實現全數字化、智能化，標準化程度高，制作成本低，結構簡單，可靠性高，操作和維護較為方便，電機運行的動態(tài)性能較高，精度也達到了一定的要求。電機調速通常通過給定 環(huán)節(jié) ,中間放大環(huán)節(jié) ,校正環(huán)節(jié)，反饋環(huán)節(jié)和保護環(huán)節(jié)等來實現。目前，國內外一些主要電氣公司，已經研制出全數字直流調速裝置，有成熟的系列化、標準化、模塊化的應用產品供各生產企業(yè)和科研單位選用。世界上許多國家都開發(fā)出了數字式調速裝置，當前直流調速技術已經發(fā)展到一個很高的水平：功率元件采用可控硅，控制方式采用換相、相位控制等。晶閘管整流裝置逐漸取代了水銀整流裝置，使直流電力拖動完成了一次巨大的飛躍。數字化調速系統(tǒng)是指用微機處理器代替以往的模擬調速器，它具有體積小、實現方便等優(yōu)點，不僅是一般的 PID 控制，就是復雜的矢量控制、非線性魯棒控制、模糊控制等方法都可以通過編程實現，這給設計和構造調速系統(tǒng)帶來了許多便利。在要求高起、制動轉矩，快速響應和較寬速度調節(jié)范圍的電氣傳動領域中，采用直流電動機作為調速系統(tǒng)的執(zhí)行電機。 PID control。 關鍵詞 ： 直流電動機；調速； PID 控制；雙閉環(huán) Abstract In recent years, automation control system in all a wide range of applications and