【正文】 在 此，謹(jǐn)向他們表示誠(chéng)摯的謝意！ 這次設(shè)計(jì)不僅讓我學(xué)習(xí)了如何去設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一個(gè)完整的系統(tǒng)。 在軟件設(shè)計(jì)中運(yùn)用 C語(yǔ)言編寫(xiě)軟件程序，并通過(guò)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。 MATLAB 是一種面向科學(xué)與工程計(jì)算的高級(jí)語(yǔ)言，這集科學(xué)計(jì)算、自動(dòng)控制、信號(hào)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 。*)10**( 63 ?? ?? ?DT 42 經(jīng)以上分析可得出定時(shí)器延時(shí)角 39。? ， S=1 時(shí)， ? = 39。的 ? 角移相范圍劃分為 3段，并設(shè)定相應(yīng)的段標(biāo)號(hào) S。因此，本觸發(fā)器采用雙窄脈沖觸發(fā)，即一個(gè)觸發(fā)某一只晶閘管的同時(shí)，給前一只晶閘管補(bǔ)發(fā)一個(gè)觸發(fā)脈沖。晶閘管處于整流狀態(tài)； ? 在 90176。按確定鍵后，將此轉(zhuǎn)速信號(hào)作為給定轉(zhuǎn)速信號(hào)。 第三節(jié) 數(shù)字雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 軟件設(shè)計(jì) 一、 主程序設(shè)計(jì) 主程序流圖見(jiàn)圖 45。作為硬件措施的輔助手段，軟件抗干擾方法具有簡(jiǎn)單、靈活方便、耗費(fèi)硬件資源少的特點(diǎn)。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(dòng)電源與微機(jī)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(jī)工作，在開(kāi)關(guān)量輸出通道采用了光電耦合器。大量的干擾源雖不能造成硬件系統(tǒng)的損壞，但常使整個(gè)系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，致使控制失靈，甚至造成重大事故。選用 KP20A/800V 可控硅整流元件。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)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(shí) 電 路檢 測(cè) 電 路過(guò) 流 保 護(hù)電 流 檢 測(cè)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(jì) 調(diào)速系統(tǒng)由兩個(gè) AVR 單片機(jī)模塊組成， 其中 一塊 為 ATmega8 做從機(jī)，一塊 ATmega16 做主機(jī)，他們之間通過(guò)串行總線通信。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)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(jì) 本章將從硬件、軟件、控制方法上詳細(xì)討論雙閉環(huán)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在觸發(fā)裝置時(shí)， 因 為電 機(jī)總處于 正 轉(zhuǎn)狀態(tài)，所以轉(zhuǎn)矩極性鑒別器值總為 正 值 。 導(dǎo)通，當(dāng) T2元件觸發(fā)電路輸出一個(gè)脈沖時(shí)，也給 T1補(bǔ)送一個(gè)脈沖。 (3) 移相控制環(huán)節(jié) 控制信號(hào) ku 經(jīng) R偏移信號(hào) up經(jīng) R鋸齒波同步信號(hào)經(jīng) R6在 T4基極進(jìn)行疊加，并對(duì)鋸齒波同步信號(hào)進(jìn)行垂直控制。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(hào)與主回路的相位關(guān)系 同步問(wèn)題是指觸發(fā)脈沖與主回路電源同步。 一、觸發(fā)器原理 根據(jù)三相橋式全控整流電路對(duì)觸發(fā)電路的要求，采用同步信號(hào)為鋸齒波的觸發(fā)電路，電路原理圖如圖 35 所示。經(jīng)過(guò)整流橋進(jìn)行整流經(jīng)過(guò) C1， D7， C2濾波， R R3分壓后，經(jīng)過(guò)運(yùn)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(cè)值 。 測(cè)速 裝 置 直流調(diào)速系統(tǒng)采用與動(dòng)力電動(dòng)機(jī)同軸旋轉(zhuǎn)的 直 流發(fā)電機(jī)做為測(cè)速電機(jī)。 (2)從積分系數(shù)部分可知，如 KI小 (積分時(shí)間大 )，積分作用較弱，積分速度慢。 其 中 電 流調(diào)節(jié) 器的 作 用 ： 1） 對(duì)電 網(wǎng) 電壓波動(dòng)起抗干擾作 用 2） 啟動(dòng) 時(shí)保證獲 得允許的最大電流了 Idm 3） 在轉(zhuǎn)速 調(diào)節(jié) 過(guò)程中，使電樞電流跟隨給定電壓變化 4）當(dāng) 電機(jī)過(guò)載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)， 可 以 限制電樞電流的最 大 值，從 而 起到快速的過(guò)流安全保護(hù)，如 故障消失 ，系統(tǒng)能 自 動(dòng)恢復(fù) 工 作。當(dāng)其恢復(fù)到原來(lái)數(shù)值時(shí)， Unf又等于給定電壓，系統(tǒng)又達(dá)到平衡狀態(tài)。其 工作方式也將在后文給出詳細(xì)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。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(gè)調(diào)速范 圍 內(nèi)有較 大 硬度且調(diào)速范圍很寬 。 二、 ATmega16 單片機(jī) 圖 22 ATmega16 引腳圖 ATmega16 是基于增強(qiáng)的 AVR RISC 結(jié)構(gòu)的低功耗 8 位 CMOS 微控制器。 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(duì)于各個(gè)工業(yè)部門(mén)提高生產(chǎn)技術(shù)水平、改善生產(chǎn)過(guò)程和提高經(jīng)濟(jì)效益都有很大的作用。 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(fù)載電流的平均值，也與控制角 ? 有關(guān)。 直流電動(dòng)機(jī)負(fù)載除了本身的感性阻抗外，還有一個(gè)反電動(dòng)勢(shì) E。當(dāng)負(fù)載功率較大時(shí)，考慮到三相負(fù)載的平衡，應(yīng)采用三相可控整流電路。 晶閘管導(dǎo)通后的伏安特性與二極管的 正 向特性相似，即通過(guò)較大的陽(yáng)極電流，晶閘管本身的壓降卻很小。 在晶閘管的陽(yáng)極施加交流電壓，只是電壓在正半 波時(shí)，晶閘管才有可能導(dǎo)通 ； 而電壓在負(fù)半波時(shí)，晶閘管就會(huì)關(guān)斷。 近幾十年來(lái)電力半導(dǎo)體制造與應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速。從上世紀(jì) 70 年代開(kāi)始，在我國(guó)應(yīng)用的 8 位單片機(jī)經(jīng)歷了 Z80 時(shí)代和 MCS51 時(shí)代。所以一般只用于大型控制系統(tǒng)。如果需要修改控制規(guī)律，一般不需要改變系統(tǒng)的硬件電路，只需要修改程序 即可。工 作參數(shù)是根據(jù)制糖 工 藝和原科成分及煮糖 工藝提供 的糖膏 粘稠 等一系列參數(shù)綜合 設(shè) 定的 。此刻測(cè)厚系統(tǒng)根據(jù)糖 層 的厚度發(fā)出測(cè)厚信號(hào)，關(guān)閉主門(mén)。因此糖分離機(jī)是生產(chǎn)成品糖的關(guān)鍵設(shè)備 。 對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的最有效方式是對(duì)運(yùn)動(dòng)源的控制。廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 1 第一章緒論 第一節(jié) 選題背景 在電氣時(shí)代的今天，電動(dòng)機(jī)一直在現(xiàn)代化的生產(chǎn)和生活中起著十分重要的作用。因此，常常通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī) 的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)控制。 目前 大 多數(shù) 國(guó)內(nèi) 糖廠 使用的糖分離機(jī)都是六七十年代產(chǎn)品。在關(guān) 閉 加料 門(mén) 的同時(shí)，電機(jī)升速 ， 升速過(guò)程伴隨蜜洗、水洗過(guò)程 。 主 要參數(shù)如 下： 卸料速度 50prm 卸料時(shí)間 20s 上料速度 180prm 下 料限定時(shí) 間 2030s 可預(yù)置 分離速度 1000prm 分離時(shí) 時(shí)間 1060s 可預(yù)置 洗水 時(shí)間 1020s 分蜜 時(shí)間 2030s 這些參數(shù)實(shí)際也是控制 直 流 電機(jī)驅(qū) 動(dòng)糖機(jī) 工 作的 主 要 參 數(shù) 三 、 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 分離機(jī) 主 軸 電 機(jī)為 220kW直 流電機(jī)，采 用雙閉 環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 。在系統(tǒng)調(diào)試和升級(jí)的時(shí)候，可以不斷嘗試選擇不同的參數(shù)，非常方便。 PLC 則正好相反，它只能完成邏輯判斷、定時(shí)、計(jì)數(shù)和簡(jiǎn)單的運(yùn)算?，F(xiàn)在最初的MCS51單片機(jī)己經(jīng)逐步退出了應(yīng)用，但由于其生產(chǎn)廠商 Intel 公司采取了技術(shù)開(kāi)放政策，其它廠商可以生產(chǎn)指令系統(tǒng)兼容的芯片。目前己經(jīng)大規(guī)模生產(chǎn)和使用各種類型的電力電子器件，單個(gè)普通晶閘管的容量已達(dá) 120xxV 和1000A 以上。而且電源電壓在過(guò)零時(shí)，就會(huì)因?yàn)檎螂妷禾《咕чl管關(guān)斷 。導(dǎo)通期間，如果門(mén)極電流降為零并且陽(yáng)極電流降到維持電流 IH以下，則晶閘管又回到正向阻斷狀態(tài) 。三相可控整流電路也分為三相半控整流電路和三相全控整流電路兩類。因此晶閘管在施加觸發(fā)脈沖后可導(dǎo)通的必要條件是，電動(dòng)機(jī)的反電動(dòng)勢(shì) E和電感中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) eL 的代數(shù)和應(yīng)小于變壓器二次繞組的瞬時(shí)電壓。高次諧波電流會(huì)引起電網(wǎng)電壓波形的畸變，這個(gè)畸變了的電壓波形會(huì)影響電網(wǎng)上的其它負(fù)載，因此必須予以處理。但是必須同時(shí)看到，隨著各種 電 力電子設(shè)備應(yīng)用數(shù)量的不斷增多和容量的不斷增大，對(duì)供電電網(wǎng)造成的影響和危害也與日俱增。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執(zhí)行時(shí)間， ATmega16 的數(shù)據(jù)吞吐率高達(dá) 1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。 直 流電動(dòng)機(jī) 具 有四象限 運(yùn) 行特 性。系統(tǒng)外環(huán)是速度環(huán)，內(nèi)環(huán)是電流環(huán)，分別對(duì)轉(zhuǎn)速和電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，兩者之間實(shí)行串行聯(lián)接。如果擾動(dòng)不是來(lái)自負(fù)載而是來(lái)自交流電網(wǎng)，比如交流電壓下降，則系統(tǒng)也會(huì)按 上 述過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)，使電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速維持在 給定值上運(yùn)行。 三、 PID調(diào) 節(jié) 器 PID調(diào)節(jié) 器是 Proportional(比 例 )， Integral(積分 )， Differential(微分 )三 者縮 寫(xiě) ， 是連 續(xù)系統(tǒng)中成熟、 廣 泛應(yīng)用的調(diào) 節(jié) 方式 。這時(shí)，系統(tǒng)的過(guò)渡時(shí)間不會(huì)產(chǎn)生振蕩，但消除偏差所需時(shí)間也就較長(zhǎng)，使過(guò)渡時(shí)間加長(zhǎng)，不能較快達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。直 流發(fā)電機(jī)輸出電 壓 與 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系，可用發(fā) 電機(jī)輸出 電壓 代表電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 。 電流 PI調(diào)節(jié)器 電流 調(diào)節(jié)器 傳遞函數(shù)為 ： )/(/)1()( 21 nfnkI UUUSTSTKsW ???? 36 調(diào)整 R C2值 能 調(diào) 整電流調(diào) 節(jié) 器的傳遞函數(shù)。設(shè)計(jì)時(shí)采用恒流源充電，輸出為雙窄脈沖 (也可 為單窄脈沖 )，脈沖寬度在 8176。 為了使主電路三項(xiàng)全控橋的各相觸發(fā)脈沖與晶閘管陽(yáng)極電路保持嚴(yán)格的相位關(guān)系，控制系統(tǒng)有專門(mén)的同步脈沖產(chǎn)生電路。當(dāng)合成電壓 Ub4＞ ， T4由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通， T4集電極電位由正跳變到近似為 0，并通過(guò)脈沖形成環(huán)節(jié)產(chǎn)生觸發(fā)脈沖。同理， T1元件 X端應(yīng)該接至 T6元件觸發(fā)電路的 Y端，因?yàn)?T6元件比 T1元件超前 60176。 另 一 個(gè)電平檢測(cè)電路稱為零電流檢測(cè)器 LJB， 用來(lái)檢測(cè)電樞電流是否為 零。 第一節(jié) 雙閉環(huán)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)概述 雙閉環(huán)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成的糖分離機(jī)系統(tǒng)原理圖和雙閉環(huán)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖分別如圖 41 和圖 42 所示。 速度 調(diào)節(jié)器的 主要 任務(wù)是：將輸入的電氣信號(hào)，經(jīng)各自的信號(hào)處理及變換電路對(duì)信號(hào)濾波、隔離放大適配到 A/D 轉(zhuǎn)換的量程內(nèi)。 B TRCCRRR RR R RC C CC C CLT 1T 2T 3T 4T 5T 6M 圖 44 系統(tǒng)主電路圖 可控硅雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，但是它承受過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較差，很短時(shí)間的過(guò)電壓和過(guò)電流就會(huì)把器件損壞。因此在整個(gè)系統(tǒng)的 構(gòu)成前后我們做了多方面的抗干擾工作， 以保障它的穩(wěn)定運(yùn)行。 光電藕合器的主要優(yōu)點(diǎn)是能有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲的干擾，從而使過(guò)程通道的信噪比大大提高。包括指令冗余、軟件陷阱、監(jiān)視定時(shí)器等。主程序作為后臺(tái)程序，電機(jī)運(yùn)行時(shí)，主程序一直在查詢電機(jī)是否進(jìn)入起動(dòng)模塊或停車(chē)處理。同時(shí)，顯示器上顯示“ d”，提示鍵入轉(zhuǎn)動(dòng)方向。 180176。 CPU 有 INTO 中斷啟動(dòng)定時(shí)器定時(shí)，定時(shí)器的初值由電流調(diào)節(jié)器通過(guò)并行口給定。 0176。? +60， S=2 時(shí)， ? = 39。? 計(jì)算流程圖如圖 48。 MATLAB軟件的誕生，使控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)問(wèn)題變得簡(jiǎn)單了 ，它為控制系統(tǒng)的設(shè)廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 32 計(jì)和仿真提供了強(qiáng)有力的工具，必將使傳統(tǒng)的方法產(chǎn)生一場(chǎng)變革。通過(guò)仿真分析不同的控制方法是否有性能的提高。 通過(guò)本次設(shè)計(jì)使我的知識(shí)體系得到了豐富與彌補(bǔ)，例如：對(duì)雙雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和電力拖動(dòng)有了比較 深入的了解，自學(xué)了 AVR 單片機(jī)的知識(shí)，初步學(xué)會(huì)了電路板的觀察和焊接，還初步學(xué)會(huì)了使用 Protel軟件繪制電路圖。更重要的是如何去收集處理我們所需要的資料。 還有和我在一個(gè)工作室里的師兄師姐們，都給了我很多的支持和幫助。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 34 第五章 總結(jié) 本文在對(duì)雙閉環(huán)直流調(diào)速