【正文】 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 45 LCD顯示流程圖 開 始 初始化 LCD 延 時(shí) 20ms 寫 LCD 指令 寫 顯 示 行 列 地 址 取顯示首地址 寫 數(shù) 據(jù) 是否寫 16 次？ 行 + 1 寫 數(shù) 據(jù) 是否寫 16 次？ 讀數(shù)據(jù)并顯示 返 回 N Y N Y 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 雙閉環(huán) PI控制軟件的設(shè)計(jì) 圖 46 雙閉環(huán)控制流程圖 在雙閉環(huán)控制程序中，先對(duì)進(jìn)行初始化，然后進(jìn)行電流和速度進(jìn)行采樣，分別調(diào)用電流環(huán)和速度環(huán)子程序進(jìn)行控制。 } if(Speed==0) //加速鍵按下 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 Void delay(uchar t) //延時(shí)去抖 if(Speed==0) { void delay(uchar t) i=i+5。 void delay(uchar t) //延時(shí)函數(shù) { while(t)。在本設(shè)計(jì)中共用了 5個(gè)按鍵，名稱和功能等如下，電路圖如圖 314所示。 圖 312 電流轉(zhuǎn)換和 A/D轉(zhuǎn)換電路 按鍵和顯示模塊 顯示電路 在電動(dòng)機(jī)運(yùn)行中，要對(duì)電機(jī)當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行顯示，這樣便于操作人員進(jìn)行控制，所以顯示電路的設(shè)計(jì)也是非常必要的。具有低噪聲，響應(yīng)時(shí)間快能，使用方便，性價(jià)比高等特點(diǎn)。 所以能夠很方便的 判斷方向，而 Z相位每一轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖，用 作 基準(zhǔn)點(diǎn)定位，它的優(yōu)點(diǎn)是原理簡(jiǎn)單， 平均機(jī)械壽命長(zhǎng) ， 很強(qiáng)的抗干擾能力 ，可靠性高，所以本設(shè)計(jì)選用增量型編碼器。其中， 817C是低頻率 的光電隔離器，與 DIR1和 DIR2連接，用來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向； PS9713是快速光電隔離器，開關(guān)頻率相對(duì)較高，與 PWM1和 PWM2連接，用來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。要想得到較大功率的脈沖信號(hào)，必須對(duì)第二級(jí) 放大后的輸出信號(hào)進(jìn)行電流放大，這里選用兩只 JFET 管組成一對(duì)達(dá)林頓管進(jìn)行電流放大。 （ 5） IOUT2：電流輸 出端 2，其值與 IOUT1值之和為一常數(shù)。 （ 4） XTAL1：反向振蕩器的輸入，與外部晶振相連。電源電路設(shè)計(jì)如圖 33所示。當(dāng)某一對(duì)二極管導(dǎo)通時(shí)輸出的直流電壓等于交流側(cè)線電壓中最大的一個(gè)，該線電壓即向電容供電，也向負(fù)載供電。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，因此可用 PI 型調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 ： () ( 1)iiAC R s iKsW s?? ?? （ 29） 式中 iK —— 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) i? —— 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù) 表 2 1 典型 I 型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系 參數(shù)關(guān)系 KT 阻尼比 ? 超調(diào)量 ? 0% % % % % 上升時(shí)間 rt ? 峰值時(shí)間 pt ? 相角穩(wěn)定裕度 ? ? ? ? ? ? 截止頻率 c? 檢查對(duì)電源電壓的抗擾性能：ilTT? ?? ，參表 21 的典型 I 型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的，因此基本確定電流調(diào)節(jié)器按典型 I 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。因此電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器所構(gòu)成的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在這種控制要求下產(chǎn)生了 [4]。所以為了滿足控制要求本設(shè)計(jì)采用了雙閉環(huán) PI調(diào)節(jié)。 已知旋轉(zhuǎn)編碼器每轉(zhuǎn)發(fā)出 N個(gè)脈沖（ N=1024），在被系統(tǒng)中用單片機(jī)的 INT0（ ）對(duì)在檢測(cè)周期內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)進(jìn)行記數(shù)，記數(shù)值是 1M 則轉(zhuǎn)角 ? 可以表示成： NM12??? （ 24） 已知單片機(jī)的時(shí)鐘頻率是 0f ，用單片機(jī) INT1()在檢測(cè)周期 T 內(nèi)時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)值為 2M ,則檢測(cè)周期 T 可以寫成： 02fMT? （ 25） 檢測(cè)周期 T 內(nèi)被測(cè)轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)角 ? ，則有： 602 nT??? （ 26） 綜合式（ 24） ,式（ 25）和（ 26）求出被測(cè)轉(zhuǎn)速為： 21060NMMfn? （ 27） 控制系統(tǒng)方案的選擇 單閉環(huán)系統(tǒng) 的 組成和分析 在轉(zhuǎn)速單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中如圖 23所示，應(yīng)用了 PI調(diào)節(jié)器之后可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差控制，應(yīng)用了電流截止負(fù)反饋環(huán)用來限制電流的沖擊，避免出現(xiàn)過流現(xiàn)象?，F(xiàn)在，在該領(lǐng)域中大部分應(yīng)用的是數(shù)字脈寬調(diào)制技術(shù)。要改變等效后正弦波輸出的幅值時(shí)，只要按相同的比例系數(shù)改變各個(gè)脈沖的寬度就可實(shí)現(xiàn)，因此在交－直－交變頻器中，采用不可控二極管就可以進(jìn)行整流，直流側(cè)電壓的幅值就是脈寬調(diào)制逆變電路輸出的脈沖電壓。 根據(jù)上面理論我們就可以用不同寬度的矩形波來代替正弦波，通過對(duì)矩形波的控制來模擬輸出不同頻率的正弦波。由于外國(guó)產(chǎn)品價(jià)格昂貴，所以國(guó)產(chǎn)全數(shù)字控制直流調(diào)速裝置的發(fā)展有一定的空間。 綜合以上所述研究大功率直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置意義重大。 近年來，直流電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和控制方式都有了巨大的改變。 DC motor control 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III 目 錄 摘 要 ........................................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。它不僅能夠?qū)崿F(xiàn)傳統(tǒng)調(diào)速裝置的任務(wù)，而且具有維護(hù)方便，便于檢修，算法靈活，穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用越來越廣泛。 本設(shè)計(jì)是以數(shù)字 PI 為基本控制算法，以單片機(jī)（ AT89C51）為核心，產(chǎn)生占空比可調(diào)的 PWM 波，通過功率放大和驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電動(dòng)機(jī)速度的控制。 Abstract ...................................................................................................................................... II 第 1 章 緒 論 ........................................................................................................................ 1 研究背景及意義 .......................................................................................................... 1 國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀 ...................................................................................................... 2 第 2 章 理論分析計(jì)算 ............................................................................................................ 3 PWM 脈寬調(diào)制技術(shù) .................................................................................................... 3 直流電動(dòng)機(jī)的脈寬調(diào)制控 制技術(shù) .............................................................................. 4 測(cè)速方法的確定和實(shí)現(xiàn) .............................................................................................. 5 控制系統(tǒng)方案的選擇 .................................................................................................. 6 單閉環(huán)系統(tǒng) 的 組成和分析 .................................................................................... 6 雙閉環(huán) 系統(tǒng)的 組成和分析 .................................................................................... 7 雙閉環(huán)系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) .......................................................................................... 9 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) ................................................................................................ 9 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) .............................................................................................. 10 第 3 章 硬件電路的設(shè)計(jì) ........................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。伴隨著數(shù)字控制系統(tǒng)在脈 寬調(diào)制 中的應(yīng)用，它 已經(jīng) 成為直流調(diào)速系統(tǒng)中新的控制方式。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀 現(xiàn)在，國(guó)外一些電氣公司，都已經(jīng)開發(fā)出成套的 數(shù)字化 直流調(diào)速裝置，它們已經(jīng)有很成熟的模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化 、 系列化的應(yīng)用程序產(chǎn)品可供選擇。 目前，國(guó)內(nèi)許多高校、研究所和廠家也都在 開發(fā) 基于 PWM波的全數(shù)字直流調(diào)速裝置。例如，把正弦波的半周期分成 N等份，這樣就可以把正弦波半周期近似成由 N份相連脈沖組成的波形。 綜上所述，如果給出一個(gè)正弦波的頻率 ，幅值和半周期內(nèi)的脈沖數(shù)，脈寬調(diào)制波形的每個(gè)脈沖寬度，時(shí)間間隔就能夠計(jì)算出來。 根據(jù) PWM控制的原理可知，一段時(shí)間內(nèi)加在慣性負(fù)載兩端的 PWM脈沖與相等時(shí)間內(nèi)沖量相等的直流電加在負(fù)載上的電壓是等效的 [3]。作為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋系統(tǒng)，系統(tǒng)的被調(diào)節(jié)的量是轉(zhuǎn)速，所以檢測(cè)的誤差是轉(zhuǎn)速，它要消除的也是擾動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速的影響。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 圖 23 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器 的 組成和分析 在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，由于主電路中都存在電感作用，電流無法突變，圖 24所示的理想過渡過程只能得到近似的逼近，其關(guān)鍵是要獲得使電流保持最大值 dmI 的恒流啟制動(dòng)過程，所以提出了雙閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 圖 25 帶截止負(fù)反饋系統(tǒng)啟動(dòng)電流波形 圖 26 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖 為了能夠?qū)崿F(xiàn)電流和轉(zhuǎn) 速兩個(gè)負(fù)反饋都能起作用，在系統(tǒng)中分別設(shè)置了電流調(diào)節(jié)器和速度調(diào)節(jié)器，把他們串級(jí)相連，如圖 26 所示。 齊齊哈爾大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）