【正文】 中斷設(shè)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(shè)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(shè)定。見圖 53 ⑸ 下一個轉(zhuǎn)速脈沖來時，就引起 HSI0 中斷。 ⑵ 轉(zhuǎn)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(shè)軟件定時器 1 中斷時間 T0，關(guān) HSI0 中斷，啟動 HSI 數(shù)據(jù)有效對 2m 計數(shù)；如果是第二次中斷則把當前的時間作為結(jié)束時間 FT。由此根據(jù)式 (52)即可計算出當前電機的轉(zhuǎn)速。當轉(zhuǎn)速脈沖的下一個上升沿到來時， M2 停止計數(shù)，則可得到電機的轉(zhuǎn)速 沈陽化工大學學士學位論文 第 五 章 數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計 27 圖 52 M/T法檢測轉(zhuǎn)速原理圖 1260 ()16 cfmn rpmPm? （ 51） 式中 cf 高頻計數(shù)脈沖信號的頻率，本系統(tǒng)中為 80C196KC 內(nèi)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(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)， P=600 16倍頻次數(shù)。 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(guān)量啟動軟件定時器啟動 A / D 轉(zhuǎn)換進入待機方式 如圖 51 主程序框圖 數(shù)字測速的軟件設(shè)計 本文采用 M/T39。 主程序的設(shè)計 數(shù)字控制的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律是靠軟件來實現(xiàn)，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(jīng)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(shè)計與參數(shù)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(lián)電感和在晶閘管每個橋臂上串聯(lián)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(shè)計與參數(shù)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(guān)斷過電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護電路方法。 ? 直流側(cè)過電壓保護 直流側(cè)保護可采用與交流側(cè)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(shè)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(cè)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(chǎn)生過電壓的能量；用儲能元件吸收產(chǎn)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(guān)鍵、重大設(shè)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(shè)計與參數(shù)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(cè)電壓 U2的計算 U2 是一個重要的參數(shù)，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(shù)為 1 z??? 電流調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)為 沈陽化工大學學士學位論文 第 三 章 數(shù)字直流電機調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字 PID 控制 18 sRKK K???? ⑵ 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)選擇 2 0 .0 2 5 4onnIT T T? ? ??? ，取 5 T s? ??? ，即中頻寬 h=5，使 PI 調(diào)節(jié)器將轉(zhuǎn)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(shù)可以表示為 () zszzW s K e ??? （ 317） 式中 zK 管整流器放大倍數(shù)； z? 閘管整流器時間常數(shù)。 轉(zhuǎn)速、電流雙 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的分析 該系統(tǒng)為轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 33 所示。假設(shè)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(shè)勵磁電流恒定，得直流電機數(shù)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(jié)構(gòu)決定的電勢系數(shù)，單位為 min/VWb r? n電動機轉(zhuǎn)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(shù)字直流電機調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)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(shù) 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(diào)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(diào)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(shè)計方法和基于輸入輸出模型的設(shè)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(xiàn)出很快的動態(tài)跟隨性，在動態(tài)抗擾性能上，表現(xiàn)在具有較強的抗負載擾動，抗電網(wǎng)電壓擾動。采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行串級聯(lián)接，這樣就可以實現(xiàn)在起動過程中只有電流負反饋，而它和轉(zhuǎn)速負反饋不同時加到一個調(diào)節(jié)器的輸入端，到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只靠轉(zhuǎn)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(diào)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(zhuǎn)速通過光電脈沖轉(zhuǎn)換器的計數(shù)，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(diào)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(diào)壓調(diào)速中，常以電機額定轉(zhuǎn)速 nom 為最高轉(zhuǎn)速，若在額定負載時轉(zhuǎn)速降為nomn? ，則該系統(tǒng)的靜差率應是最低轉(zhuǎn)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(diào)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(diào)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(diào)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(diào)速范圍也越小。 ⑴ 調(diào)速范圍 D 生產(chǎn)機械要求電動機提供的最高轉(zhuǎn)速 maxn 和最低轉(zhuǎn)速 minn 之比稱為調(diào)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(zhuǎn)速，對于少數(shù)輕載的機械，也可以用實際負載時的轉(zhuǎn)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(diào)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(diào)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(diào)速調(diào)節(jié)范圍不大，往往與調(diào)壓調(diào)速配合使用。 ⑵ 減弱磁通調(diào)速。 調(diào)速方案的選擇 調(diào)速方案的優(yōu)劣直接關(guān)系到系統(tǒng)調(diào)速的效果，因此必須根據(jù)電機的型號及參數(shù)選擇最優(yōu)設(shè)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(xiàn)階段，我國在具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的全數(shù)字化調(diào)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(jīng)濟價值和實際意義。 采用微機控制后，整個調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)全數(shù)字化、智能化，標準化程度高，制作成本低，結(jié)構(gòu)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(diào)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(xiàn)。目前，國內(nèi)外一些主要電氣公司，已經(jīng)研制出全數(shù)字直流調(diào)速裝置，有成熟的系列化、標準化、模塊化的應用產(chǎn)品供各生產(chǎn)企業(yè)和科研單位選用。世界上許多國家都開發(fā)出了數(shù)字式調(diào)速裝置，當前直流調(diào)速技術(shù)已經(jīng)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(shù)字化調(diào)速系統(tǒng)是指用微機處理器代替以往的模擬調(diào)速器，它具有體積小、實現(xiàn)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(xiàn)，這給設(shè)計和構(gòu)造調(diào)速系統(tǒng)帶來了許多便利。在要求高起、制動轉(zhuǎn)矩，快速響應和較寬速度調(diào)節(jié)范圍的電氣傳動領(lǐng)域中，采用直流電動機作為調(diào)速系統(tǒng)的執(zhí)行電機。 PID control。 關(guān)鍵詞 ： 直流電動機；調(diào)速； PID 控制；雙閉環(huán) Abstract In recent years, automation control system in all a wide range of applications and