【正文】 (3)數(shù)字控制系統(tǒng)用計算機進行數(shù)據(jù)處理和計算，系統(tǒng)中的控制量 和反饋量都必須根據(jù)一定的采樣周期進行離散化，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 保護現(xiàn)場向 控制寄存器分別送入 . 事件和時間置 輸出結(jié)束標志位向 控制寄存分別送入 事件和時間向 控制寄分別送入 事件和時間置 輸出結(jié)束標志位置 輸出結(jié)束標志位恢復現(xiàn)場 返回 圖 57 HSO中斷服務程序流程圖沈陽化工大學學士學位論文 第 六 章 總結(jié)與展望 32 第六章 總結(jié)與展望 工作總結(jié) 本設計用一臺單片機及外部擴展設備代替原模擬系統(tǒng)中速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、觸發(fā)器、邏輯切換單元、鎖零單元和電流自適應調(diào)節(jié)器等，從而使直流調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)全數(shù)字化。 ⑴ 同步中斷子程序 為了可靠觸發(fā)三相全橋 6 只晶閘管，該控制系統(tǒng)使用了雙脈沖觸發(fā)信號，一個周期共需輸出 24 個 HSO 信號，包括 HSO 上升沿和下降沿。至此，轉(zhuǎn)速測量結(jié)束。首先允許 HSI0 中斷，然后設 HSI 中斷模式為每個脈沖的正跳變引起中斷。當定時 T0 結(jié)束時， Ml停止計數(shù)， M2 繼續(xù)計數(shù) 。這樣即方便編程，也能滿足采樣精度。如何合 理的選擇采樣周期，同時能夠達到最高的控制特性是個重要的問題。 交流側(cè)快速熔斷器的選擇 由 I2= 選取 RLS10 快速熔斷器，熔體額定電流 40A。造成電壓上升率過大的原因一般有兩點：由電網(wǎng)侵入的過電壓；由于晶閘管 換相時相當于線電壓短路，換相結(jié)束后線電壓有升高，每一次換相都可能造成過大。允許偏差 +10％（ 253V）。 ? 交流側(cè)過電壓保護：本設計采用阻容保護，如圖 41 所示。設計晶閘管 電路除了正確的選擇晶閘管的額定電壓、額定電流等參數(shù)外，還必須采取必要的過電壓、過電流保護措施。結(jié)合課題提供的參數(shù)，選擇適當型號的晶閘管十分重要。本設計采用的是直流電動機，故還要通過整流電路使之轉(zhuǎn)換成連續(xù)的直流電壓。 對于速度閉環(huán)， PI 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)可以表示為 1() nnnnsW s K ? ? ?? （ 316） 式中 nK 調(diào)節(jié)器比例系數(shù)； n? 調(diào)節(jié)器時間常數(shù)。 位置算法執(zhí)行機構(gòu)被控對象 圖 32 位置式 PID控制系統(tǒng)原理圖 調(diào)速單元 PI 參數(shù)的整定 本系統(tǒng)選用的控制對象 322?Z 為直流電動機，基本參數(shù)為： 額定功率為 NP =，額定電壓為 NU =110V，額定電流 NI =46A，額定轉(zhuǎn)速為N =1500rpm，電樞內(nèi)阻為 R= ? ，電磁時間常數(shù)為 Td=，電勢常數(shù) eC = 5 / minVWb r? ，機電時間常數(shù) MT = ，三相橋式晶閘管整流器的滯后時間為z? =，放大倍數(shù)為 SK =20，速度反饋系數(shù) ? = min/Vr? ，速度反饋濾波時間常數(shù) ONT 為 ，電流反饋系數(shù)， ? =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 15 直流電動機的數(shù)學模型 在電力拖動自動控制系統(tǒng)中， 直流電動機通常以電樞電壓作為輸入量，以電動機轉(zhuǎn)速作為輸出量。 dk 是微分系數(shù)， TTkk dpd /? . 位置式 PID 算法 在單片機控制系統(tǒng)中，使用的是數(shù)字 PID 控制器 ，數(shù)字 PID 控制算法通常又分為位置式 PID 控制算法和增量式 PID 控制算法。 ⑵ 積分環(huán)節(jié)：主要用于消除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。 PID 控制器具有簡單而固定的控制形式，可以在很管得范圍內(nèi)保持較好的魯棒性，三種不同形式的控制作用組合起來跟隨被控對象的變化，可以減小動態(tài)誤差。顯然靜特性優(yōu)于單閉環(huán)系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)實際，選擇轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。調(diào)壓調(diào)速系統(tǒng)中調(diào)速范圍、靜差率與額定速降之間有以下關(guān)系。因三相橋式全控整流電壓的脈動頻率比三相半波高，因而所需 的平波電抗器的電感量可相應減少約一半，這是三相橋式整流電路的一大優(yōu)點。 ⑴ 旋轉(zhuǎn)變流機組簡稱 GM 系統(tǒng)，用交流電動機和直流發(fā)電機組成機組，以獲得可調(diào)的直流電壓，適用于調(diào)速要求不高，要求可逆運行的系統(tǒng)，但其系統(tǒng)較為復雜、體積大、效率低、維護不便。調(diào)壓調(diào)速屬于 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法，動態(tài)響應快，適應于要求大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 5 范圍 內(nèi)的無級平滑調(diào)速系統(tǒng)。近年來，盡管交流調(diào)速技術(shù)得到了飛速發(fā)展，但由于直流電機良好的起、制動性能，在礦井卷揚機、軋鋼機、金屬切削機床、造紙機和高層電梯等需要在較大范圍內(nèi)平滑調(diào) 速的電力拖動領(lǐng)域中得到廣泛的應用。從機械特性上看，就是通過改變電動機的參數(shù)或外加電壓等方法來改變電動機的機械特性，使電動機的運轉(zhuǎn)速度發(fā)生變化。微機的應用使電力拖動系統(tǒng)變得數(shù)字化、智能化，極大地推動了電力拖動的進步。 隨著微電子技術(shù)、微處理器的出現(xiàn)和運算速度的提高以及計算機控制技術(shù)的發(fā)展電機調(diào)速系統(tǒng)由原來的以模擬量反饋、模擬調(diào)速器為核心的連續(xù)調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展到以數(shù)字量處理為主，以微處理器為基礎(chǔ)的數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)，即從過 去的模擬控制向模擬和數(shù)字混合控制發(fā)展，最后實現(xiàn)全數(shù)字化。 Speed regulation。隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機在調(diào)速系統(tǒng)中的應用使控制系統(tǒng)得到簡化，體積減小，可靠性提高，而且各種經(jīng)典和智能算法也都分別在調(diào)速系統(tǒng)中得到了靈活的應用，以此來達到最優(yōu)控制效果。 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 development, and dc speed control system as the main way of electric drive system in one of the modern production plays a very important role. With the development of the microelectronics, the use of the puter in speed regulation system simplified the system, reduces the volume， increases the reliability. The Optimum Control is achieved by the use of both classical methods and intelligent methods. The digital speed control system for DC motor, which use Chip Microputer(SCM) as its processor has many merits. The speed giving and speed measuring adopt digital method, the system can measure the speed accuracy within a wide range, which expand the speed control scope and enhances its precession。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。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。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。 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。 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。 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。 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 。 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。 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。采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設置了兩個調(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。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)空間模型的設計方法和基于輸入輸出模型的設計方法等。系統(tǒng)由模擬 PID 控制器和被控對象組成。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。為書寫方便，將 e(kT)簡化表示成 e(k)，即省去 T。 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。 ? ? 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。 電壓比 K=U1/U2=380/120=。 ③關(guān)鍵、重大設備，電流裕量可適當選的大些。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。 ? 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。 沈陽化工大學學士學位論文 第 四 章 主電路的設計與參數(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， 。晶閘管過電流 的保護的常用措施有快速熔斷器和硒堆保護等。 沈陽化工大學學士學位論文 第 四 章 主電路的設計與參數(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。所以采樣周期不能太小。 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)字測速的軟件設計 本文采用 M/T39。由此根據(jù)式 (52)即可計算出當前電機的轉(zhuǎn)速。見圖 53 ⑸ 下一個轉(zhuǎn)速脈沖來時，就引起 HSI0 中斷。定時器 1 在系統(tǒng)中作實時時鐘用，其時鐘信號來自內(nèi)部的時鐘發(fā)生電，每 8 個狀態(tài)周期計數(shù)加 1， 80C196KC 的狀態(tài)周期由振蕩器信號 2 分頻后獲得，采用 16MHz 晶振，其狀態(tài)周期為 125ns。 恢復現(xiàn)場向 控制寄存器分