【正文】 導(dǎo)通后的伏安特性與二極管的 正 向特性相似，即通過較大的陽極電流，晶閘管本身的壓降卻很小。反向電壓增加時，反向漏電流略有增加，但是總的來說 很小。當負載功率較大時，考慮到三相負載的平衡，應(yīng)采用三相可控整流電路。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 8 圖 21 三相橋式全控整流電路 如圖 所示，三相橋式全控整流電路是由一組共陰極的三相半波可控整流電路與一組共陽極的三相半波可控整流電路串連而成，控制角 ? 完全相同。 直流電動機負載除了本身的感性阻抗外，還有一個反電動勢 E。 由于整流電路輸出電壓的波形是脈動的，所以輸出電流的波形也是脈動的，可以看成一個恒定的直流分量和一個包含高頻成分的交流分量組合。 在整流電路中，變壓器原邊的電流在大多數(shù)情況下，即使在最理想的情況下也是一定形狀的方波或階梯波，電流的波形和幅值取決于整流電路的形式和負載電流的平均值，也與控制角 ? 有關(guān)。原邊的電壓也基本不變，表明整流裝置的視在功率基本不變。 各種晶閘管和其它電力電子器件的迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，對于各個工業(yè)部門提高生產(chǎn)技術(shù)水平、改善生產(chǎn)過程和提高經(jīng)濟效益都有很大的作用。兩個結(jié)果相互作用，變流裝置兩端的高次諧波就是在這種情況下產(chǎn)生的。 二、 ATmega16 單片機 圖 22 ATmega16 引腳圖 ATmega16 是基于增強的 AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。 ATmega16 具有一整套的編程與系統(tǒng)開發(fā)工具，包括： C 語言 編譯器、宏匯編、 程序調(diào)試器 / 軟件仿真器、仿真器及評估板 。直 流調(diào)速系統(tǒng)就是采用了 晶閘管調(diào)壓 原理， 調(diào)壓調(diào) 速 在 整個調(diào)速范 圍 內(nèi)有較 大 硬度且調(diào)速范圍很寬 。這部分原理在以后會詳細論述。其 工作方式也將在后文給出詳細論述 第二節(jié) 雙閉環(huán)調(diào)速原理 如圖 3 1 為 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖。 例如提高 U*n， 則有較 大 ?Un加到 ASR輸入 端， ASR自 動 調(diào) 節(jié)GT， 使觸發(fā)脈沖前移 (? 減小 )，整 流電 壓 Ud提高， 電動機 轉(zhuǎn) 速上升，與 此 同時， Unf也 相 應(yīng)增加 。當其恢復(fù)到原來數(shù)值時， Unf又等于給定電壓，系統(tǒng)又達到平衡狀態(tài)。一個是速度調(diào)節(jié)器輸出反映偏差 大 小的主控信號 nU ， 一 個是由 電 流互感器測出的反映主回路電流反饋信號 nfU ， 當突加速度給定個很大的輸入值，其輸出整定在最 大 飽和值上，與此同時電樞電流為最 大 值，從而電動機在加速過程中始終保持在最 大 轉(zhuǎn)矩和最大加速度，使起、制動過渡時間最短。 其 中 電 流調(diào)節(jié) 器的 作 用 ： 1） 對電 網(wǎng) 電壓波動起抗干擾作 用 2） 啟動 時保證獲 得允許的最大電流了 Idm 3） 在轉(zhuǎn)速 調(diào)節(jié) 過程中，使電樞電流跟隨給定電壓變化 4）當 電機過載甚至堵轉(zhuǎn)時， 可 以 限制電樞電流的最 大 值，從 而 起到快速的過流安全保護，如 故障消失 ，系統(tǒng)能 自 動恢復(fù) 工 作。取其中的一部分環(huán) 節(jié) 構(gòu)成 控 制規(guī)定 。 (2)從積分系數(shù)部分可知，如 KI小 (積分時間大 )，積分作用較弱，積分速度慢。 第三節(jié) 直流調(diào)速系統(tǒng)裝置分析 直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)調(diào) 節(jié) 裝置包含速度環(huán) (外環(huán) )，電流環(huán)及檢測裝置。 測速 裝 置 直流調(diào)速系統(tǒng)采用與動力電動機同軸旋轉(zhuǎn)的 直 流發(fā)電機做為測速電機。 542312AU A 7 4 1D2D1R1R2R3C1UnGNDU n *U n fR?R E S 2 圖 32 速度調(diào)節(jié)器原理圖 二、電流環(huán)分析 電流環(huán)包括電流檢測電路、電流調(diào) 節(jié) 器、電動機部分，這樣也構(gòu)成了一個閉環(huán)反饋系統(tǒng)。經(jīng)過整流橋進行整流經(jīng)過 C1， D7， C2濾波， R R3分壓后，經(jīng)過運算器放 大， 可送入電流調(diào) 節(jié) 器 作 為系統(tǒng)的反饋電流檢測值 。 晶閘 管觸發(fā)裝置是根據(jù)電流調(diào) 節(jié) 器輸出的 Uk值來決定橋式晶 閘 管輸出或逆變的平均電壓，根據(jù)給定的控制信號的極性和主電路的情況來決定哪廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 18 一組 SCR導(dǎo)通、哪一組 SCR封鎖，以及 什么 時候進行切換 。 一、觸發(fā)器原理 根據(jù)三相橋式全控整流電路對觸發(fā)電路的要求，采用同步信號為鋸齒波的觸發(fā)電路，電路原理圖如圖 35 所示。此外，還有雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。000W DDRCDDCRRV C CJKW DDDDCRV C CJW DDDDCRV C CJ中 斷 圖 35 觸發(fā)器原理圖 (1) 同步信號與主回路的相位關(guān)系 同步問題是指觸發(fā)脈沖與主回路電源同步。主回路整流變壓器為 Yo/Y12 聯(lián)接組，同步變壓器為 Y/Y6， Y/Y12 聯(lián)廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 19 接組。 (3) 移相控制環(huán)節(jié) 控制信號 ku 經(jīng) R偏移信號 up經(jīng) R鋸齒波同步信號經(jīng) R6在 T4基極進行疊加，并對鋸齒波同步信號進行垂直控制。 為滿足三相全控橋整流電路提出的雙窄脈沖要求，在線路中引入了補入、補出的線路，此時，只要把觸發(fā)器 X端接至前面觸發(fā)器 Y端，把觸發(fā)器 Y端接到后面觸發(fā)器 X端即可。 導(dǎo)通，當 T2元件觸發(fā)電路輸出一個脈沖時，也給 T1補送一個脈沖。 系統(tǒng)中采用帶正反饋的運算放大器做為電平檢測電路，如圖 36所示 ： 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 20 R1R2R3R4321411U 1 AL M 324 D1UiV C CV C CU0R?R E S 2R?R E S 2 圖 36 邏輯裝置的電平檢測電路原理圖 當放 大 器輸出 U0為負時，通過 正 反饋 （ 2點電位高 于 3點電位 ） 使其輸出至深度負向飽和值 。在觸發(fā)裝置時， 因 為電 機總處于 正 轉(zhuǎn)狀態(tài)，所以轉(zhuǎn)矩極性鑒別器值總為 正 值 。因為當輸入由 “ 0” 變到 “ 1” 時，必須先使電容充電，使電容端電 容 充到開門電平時，輸出才由 “ 1” 變到 “ 0”。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 22 第四章 雙閉環(huán)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計 本章將從硬件、軟件、控制方法上詳細討論雙閉環(huán)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計。從閉環(huán)反饋的結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，是內(nèi)環(huán)，按典型 I 型系統(tǒng)設(shè)計；速度調(diào)節(jié)環(huán)在外面，成為外環(huán)，按典型 II型系統(tǒng)設(shè)計。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 23 觸 發(fā) 器輸 入 器電 流 調(diào)節(jié) 器速 度 調(diào)節(jié) 器鎖 零 電 路延 時 電 路檢 測 電 路過 流 保 護電 流 檢 測LD+S F給 定 器 圖 42 雙閉環(huán) 直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖 第二節(jié) 數(shù)字雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 硬件設(shè)計 調(diào)速系統(tǒng)由兩個 AVR 單片機模塊組成， 其中 一塊 為 ATmega8 做從機，一塊 ATmega16 做主機，他們之間通過串行總線通信。 圖 43 為 硬件原理總體框圖。選用 KP20A/800V 可控硅整流元件。 二、控制電路 控制 電路主要包括觸發(fā)器、輸入器、速 度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、檢測電路等 ，這些控制電路都集成在 ATmega16 單片機中。大量的干擾源雖不能造成硬件系統(tǒng)的損壞，但常使整個系統(tǒng)不能正常運行，致使控制失靈，甚至造成重大事故。 我們設(shè)計的電路板除了考慮使用了常規(guī)的抗干擾方法，針對實際情況，具體設(shè)計如下： 裝置的核心部分采用雙 CPU冗余結(jié)構(gòu)，提高裝置的可靠性。在跳閘出口，雖然繼電器本身己有隔離作用，但是為了使繼電器驅(qū)動電源與微機電源之間不要有電的聯(lián)系，以防止線圈電感回路切換產(chǎn)生干擾影響微機工作，在開關(guān)量輸出通道采用了光電耦合器。 (3) 光電耦合器是在密封條件下實現(xiàn)輸入回路與輸出回路光耦合的，故不會受到外界光的干擾。作為硬件措施的輔助手段，軟件抗干擾方法具有簡單、靈活方便、耗費硬件資源少的特點。 采取了“軟件冗余”的辦法，對于條件控制過程，對條件的一次采樣、處理和控制輸出改為循環(huán)的采樣，處理和控制輸出。 第三節(jié) 數(shù)字雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 軟件設(shè)計 一、 主程序設(shè)計 主程序流圖見圖 45。自檢可分為開機自檢，周期性自檢和按鍵命令自檢，自檢內(nèi)容可以 包括 CPU、 RAM， ROM、總線、查件、 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換器、 I/O 接口等。按確定鍵后，將此轉(zhuǎn)速信號作為給定轉(zhuǎn)速信號。其中速度環(huán)、電流環(huán)子程序采用 PID 調(diào)節(jié)器， ? 計算模塊和數(shù)字邏輯切換程序塊見第二章所述。晶閘管處于整流狀態(tài)； ? 在 90176。 電 流 環(huán) 采樣 時 刻 到速 度 環(huán) 采樣 時 刻 到調(diào) 用 速 度 環(huán) 計 算 子 程 序調(diào) 用 電 流 環(huán) 計 算 子 程 序計 算 α 值 確 定 移 相 角數(shù) 字 邏 輯 切 換 程 序YNYN 圖 46 啟動模塊流圖 表 41 晶閘管觸發(fā)字碼表 電源狀態(tài) S1 S2 S3 觸發(fā)器 導(dǎo)通號 1 0 1 1 0 0 0 0 1 E1H 1， 6 1 0 0 0 0 0 0 1 1 C3H 1， 2 1 1 0 0 0 0 1 1 0 C6H 3， 2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 CCH 3， 4 0 1 1 0 1 1 0 0 0 D8H 5， 4 0 0 1 1 1 0 0 0 0 F0H 5， 6 表 41 為晶閘管 觸發(fā) 字碼表表示觸發(fā)應(yīng)對的晶閘管，“ 0”表示不觸發(fā)，廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 29 觸發(fā)信號均由鎖存器 74LS374 產(chǎn)生。因此，本觸發(fā)器采用雙窄脈沖觸發(fā)，即一個觸發(fā)某一只晶閘管的同時，給前一只晶閘管補發(fā)一個觸發(fā)脈沖。之間 。的 ? 角移相范圍劃分為 3段，并設(shè)定相應(yīng)的段標號 S?！?? ≤ 120176。? ， S=1 時， ? = 39。這樣，最大定時時間為 （對應(yīng) 60176。*)10**( 63 ?? ?? ?DT 42 經(jīng)以上分析可得出定時器延時角 39。仿真軟件設(shè)計通常建立好系統(tǒng)模型，然后用軟件或軟件工具描 述系統(tǒng)的狀態(tài)，以達到研究、設(shè)計的目的。 MATLAB 是一種面向科學(xué)與工程計算的高級語言，這集科學(xué)計算、自動控制、信號處理、圖象處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與一體，具有極高的編程效率 。它主要用與動態(tài)系統(tǒng)的仿真，它與用戶交互接口是基于 Windows 的圖形（使用方塊圖）編程方法。在控制方法上，分別采用 PID 和智能 PID神經(jīng)元參數(shù)自學(xué)習(xí) PID 控制。 電流調(diào)節(jié)器簡化圖如圖 49 所示： 圖 49 電流調(diào)節(jié)器簡化方塊圖 經(jīng)過 MATLAB 計算， 電流環(huán) 可 簡化 成 如圖 410 所示： 圖 410 電流環(huán)化簡方快圖 同樣，速度環(huán)可簡化成如圖 411 所示： 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 33 圖 411 速度環(huán)方塊圖 經(jīng)過大量的防真調(diào)試修改調(diào)節(jié)器參數(shù)，才可以得到系統(tǒng)較好的動態(tài)特性，其動態(tài)特性如圖 412所示。 在軟件設(shè)計中運用 C語言編寫軟件程序，并通過調(diào)試與仿真，可知其能較好的滿足糖廠的系統(tǒng)特性要求。在整個畢業(yè)設(shè)計過程中，海老師對我們悉心指導(dǎo)和嚴格要求 ,用他豐富的實際產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗 ,教導(dǎo)我們?nèi)绾稳シ治鰡栴}，解決問題。在 此，謹向他們表示誠摯的謝意！ 這次設(shè)計不僅讓我學(xué)習(xí)了如何去設(shè)計開發(fā)一個完整的系統(tǒng)