【正文】 b) c) 圖 3－ 6 電流環(huán)的動態(tài)結構框圖及其簡化 電流調節(jié)器結構選擇 和 參數(shù)設計 首先，應根據(jù)控制系統(tǒng)的要求，決定把電流環(huán)校正成哪以一類系統(tǒng)。 在階躍擾動下， sFsF /)( ? ， 22 ( 1 )() ( 1 ) ( 1 )F K TSCs S TS K h TS??? ? ? ? 按 Mmin 準則確定參數(shù)關系，即 11212)1(12)(222332222?????????h T ssTh hsTh hTsTFKh hsC 計算出 h＝ 3～ 10 不同情況下的最大動態(tài)降落和恢復時間的數(shù)據(jù)如表 3－ 5 所示 表 35 典型 Ⅱ 型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能指標與參數(shù)的關系 h 3 4 5 6 7 8 9 10 maxbcc? % % % % % % % % /mtT /tvT 一般來說， h 值越小， bCC /max? 也越小， mt 和 vt 都短，因而抗擾性能越好，但是，當 5?h 時，由于振蕩次數(shù)的增加， h 再小，恢復時間 vt 反而拖長了。 122 ??h hc?? ； 211 ??hc?? ， 對應的最小值 min 11r hM h?? ? 表 3－ 3 所列為選定不同 h 值所對應的頻比關系及最小值 minrM 。 確定后，系統(tǒng)的動態(tài)性能 就可確定了。是一個三階系統(tǒng)。更重要的是根據(jù)生產 工藝的要求，來確定什么樣的參數(shù)更好。 當允許誤差帶為 5%? 時： 3st Wn?? 當允許誤差帶為 2%? 時： 4st Wn?? 相角裕量： 142 22( ) a r c t a n( 4 1 2 )Wc????? ?? 典型 I 型系統(tǒng)在不同 K 值下的跟隨性能指標如表 3－ 1 所列。確定 K 后，系統(tǒng)的性能就確定了。 因此，多用 I 型和 II 型系統(tǒng)。也就是說需要可逆調速系統(tǒng)。 有靜差調速系統(tǒng)其控制量與偏差成正比，只能減小偏差而不能 消除它，其根本原因是采用了比例調節(jié)器，若換為 PI 調節(jié)器，則系統(tǒng)的控制量與調節(jié)過程中偏差對時間的積累成正比，穩(wěn)態(tài)時偏差為零，依靠積分調節(jié)器的記憶作用保持一定的控制量，這樣便成為無靜差的調速系統(tǒng)。 WLZ 的功能如圖 2－ 16 所示。封鎖延時是指從發(fā)出切換指令到真正封鎖掉原工作組脈沖，二者之間應該留出來的等待時間。例如Ui* Un Un* Uc2 LG Ui YB Uc1 FH GTF VF VR GTR U－ U－ ASR ACR － 1 M I～ U－ G WLZ 19 當系統(tǒng) 進行制動時，電流給定信號 Ui*極性改變，僅表示制動過程的開始，但當實際電樞電流反向之前瞬間，仍然必須保證本組工作，以便本組逆變階段的完成，只有在實際電流降到零時，再給 WLZ 發(fā)出切換的命令。與自然環(huán)流不同之處在于采用了 WLZ 對正反兩組觸發(fā)器 GTF 和 GTR 進行脈沖的釋放和控制。如圖 2－ 13 b)所示。 可逆調速系統(tǒng) 可逆調速系統(tǒng)的形式 生產實踐中許多生產機械要求電機能夠可逆運轉，如可逆軋機的來回軋制，龍門刨工作臺的往返工作，礦井卷揚機和電梯的提升和下降，電氣機車的前進和后退等等。 (2) 對負載變化起抗擾作用。 2．轉速超調 16 VF L2 L1 M VR U~ U~ 由于 ASR 采用了飽和非線性控制，起動過程結束進入轉速調節(jié)階段后，必須使轉速超調， ASR 的輸入偏差電壓 Un? 為負值，才能使 ASR 退出飽和。 第 Ⅲ 階段（ 2t 以后）是轉速調節(jié)階段。 U*n ? Uc IdL n Ud0 Un + ? Ui WASR(s) WACR(s) Ks Tss+1 1/R Tl s+1 R Tms U*i Id 1/Ce + E n O O t t 15 第 I 階段（ 1~0 t ）是電流上升階段。當負載電流達到 dmI 時，對應于轉速調節(jié)器的飽和輸出 *imU ，這時，電流調節(jié)器起主要調節(jié)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差，得到過電流的自動保護。 0* nnUU nn ?? ??? dii IUU ???* ， 得出 0* nUn n ?? ? 由圖 2－ 10 所示的 CA 段，由于 ASR 不飽和， Ui*Uim* 。 圖 2－ 8 轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng) ASR—轉速調節(jié)器 ACR—電流調節(jié)器 TG—測速發(fā)電機 TA—電流互感器 UPE—電力電子 變換器 Un*—轉速給定電壓 Un—轉速反饋電壓 Ui*—電流給定電壓 Ui—電流反饋電壓 穩(wěn)態(tài)結構圖和靜特性 為使轉速、 電流雙閉環(huán)調速系統(tǒng)具有良好的動靜態(tài)特性，轉速和電流兩個調節(jié)器都采用 PI 調節(jié)器，轉速和電流都采用負反饋閉環(huán)。電流截止負反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，并不能很理想地控制電流的動態(tài)波形。 比例放大器傳遞函數(shù)： ()()Uct sUns? ＝ Kp 測速發(fā)電機的傳遞函數(shù)： ()()Unsns ＝ ? 其中 Kp ——比例放大系數(shù) ?——速度反饋系數(shù) R（ TlS＋ 1） n（ s） Udo（ s） 21/ 1l CeTm T S Tm S?? IdL（ s） a） 21/ 1l CeTm T S Tm S?? Udo（ s） n（ s） b） RTmS 1Ce Ud0（ s） IdL（ s） n(s) E(s) － ＋ 1/1lRTS? Id（ s） 10 由此，我們知道各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，則閉環(huán)調速系統(tǒng)的結構圖如圖 2－ 6 所示 ： 圖 2－ 6 反饋閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的動態(tài)結構圖 知道了各環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)，于是可以寫出閉環(huán)調速系統(tǒng)的傳遞函數(shù) Wcl（ s）＝22/( 1 ) ( 1 )/11 ) ( 1lK p K s C eTsS Tm T S Tm SK p K s C eTsS Tm TlS Tm S?? ? ?? ? ? ?＝ 2/( 1 ) ( 1 )K p K s C eTs S Tm Tl S Tm S K? ? ? ? 式中： K＝ KpKsCe? 則上式還可以寫成： Wcl（ s）＝22( 1 )() 1111KpKsCe KTm Tl Ts Tm Tl Ts Tm TsSSKKK???? ? ???? 單環(huán) 無靜差調速系統(tǒng) 前面的轉速負反饋單閉環(huán)調速系統(tǒng)總由靜差是因為電壓放大器為比例放大器，如果選用比例積分調節(jié)器（即 PI 調節(jié)器）， PI 調節(jié)器的輸出由兩個分量組成，一個是比例分量 KpUin ，一個是積分分量 Kp Uin dt? ? ，它能隨時間對輸入信號的不斷積累，當突加 Uin 時，相當于放大倍數(shù)為 Kp 的比例調節(jié) 器，當 Uin 不為零時，積分作用將不斷作用下去，輸出積累上升，直到限幅最大值；一旦 Uin＝ 0，輸出保持在此時的數(shù)值上，穩(wěn)態(tài)時 PI 調節(jié)器的放大倍數(shù)是它本身的開環(huán)放大倍數(shù) ，極大的開環(huán)放大倍數(shù)使系統(tǒng)基本無靜差。 1．直流電機的傳遞函數(shù) 額定勵磁下他勵直流電機的等效電路如圖 2－ 3 所示： 8 圖 2－ 3 直流電動機等效電路 規(guī)定正方向如圖所示。 (3). 如果要求的靜差率一定，則閉環(huán)系統(tǒng)的調速范圍為開環(huán)系統(tǒng)的 (1＋ K)倍。 (2) 忽略控制電源和電位器的內阻 。即 S＝ minnonN? ＝ nNn nN???min 于是 minn ＝ SnN? － nN? ＝ S nNS ?? )1( 調速范圍 D＝ maxmin minNnn? maxmin minNnn? 將上面的 nmin 式代入，得 D＝ )1( SnN SnN ?? ? 上式即為 調速范圍、靜差率和額定速降之間所滿足的關系，對于同一個調速系 5 R2 R1 A UPE M Un* △ Un ＋ ＋ － － ＋ Uc Ud － ＋ － － ＋ Un Utg Id n TG 統(tǒng)， ? nN 值一定時，如果對靜差率要求越嚴，即要求 S 值越小時，系統(tǒng)能夠允許的調速范圍越小。頻繁起、制動的設備要求加、減盡量快，以提高生產率，不宜經(jīng)受劇烈速度變化的機械則要求起、制動盡量平穩(wěn)。 恒功率調速，具有恒功率特性的負載，是指在調速過程中負載功率 PL 為常數(shù)的負載，其負載轉矩 TL=? n1 (? 為勵磁調節(jié)系數(shù) )，這時，如果采用上述恒轉矩調速方法，使 調速過程保持 Te∝ I，則在不同轉速時，電動機的電流將不同，并在低速時電動機將會過載，因此，要保持調速過程電流恒定，應使功率? I，這種調速方法稱為恒功率調速。如直流電動機改變磁通進行調速，其調速極限受電動機機械強度和換向條件限制。在很多情況下我們希望轉速穩(wěn)定，即轉速不隨負載及電網(wǎng)電壓等外界擾動而改變。 4)具有很強的通信功能 .不僅可與上一級 計算機通信，而且在與直流裝置之間、PLC 之間、交流傳動裝置之間都可以通過局域網(wǎng)進行快速的數(shù)據(jù)交換，分布式計算機控制系統(tǒng)，實現(xiàn)生產過程的全局自動化。 全數(shù)字直流調速裝置的普及發(fā)展，使直流電機拖動進入了一個新的時期，這些 2 裝置給出豐富的控制軟件，供用戶重新組態(tài)和整定參數(shù)。所以，全數(shù)字直流調速控制精度和可靠性比模擬直流調速系統(tǒng)大大提高。第一是控制理論的發(fā)展，出現(xiàn)了最優(yōu)控制、自適應控制、智能控制等，相應的拖動控制系統(tǒng)也在實踐中逐步形成。 第 3 章介紹了典型低 階系統(tǒng)及電流調節(jié)器與轉速調節(jié)器的參數(shù)工程設定方法； 第 4 章介紹了 單片機的發(fā)展和 8051 單片 機 的的特點及其常用的接口電路 。 本文對單片機控制的直流調速系統(tǒng)進行了比較深入的研究。 The design of DC timing system based on singlechip control Abstract Owing to the fast speed in microelectronics， electric power electron system and puter technology， we have made great achievement in digital Direct Current Timing System these years. Especially due to employ microprocessor an some else advanced technology, digital direct current setting have very high precision ,excellent control performance and strong antijamming ability .it already widely used at home and abroad. In this paper, deep research on digital current timing system based on singlechip Control is carried first chapter, the paper briefly introduce the general situation in direct current timing system and the necessity to develop digital timing system, Then in second chapter,Introduce the theory of single closed loop DC timing system and its mathematics model. And on this basis describe double closed loop DC timing system and the Reversible timing system .In the third chapter， Introduce the low steps typical system and the methods of how to establish the parameter of electric current regulator and rotational speed regulator. In fourth chapter