【正文】 ............ 31 數(shù)字測速電路 ............................................. 32 M/T 法測速原理 ...................................... 33 數(shù)字測速硬件電路 .................................... 34 PWM 驅(qū)動電路設計 .......................................... 36 PWM 信號產(chǎn)生電路 ..................................... 36 PWM 信號驅(qū)動電路 ..................................... 37 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)的鍵盤與顯示電路 ...................... 38 I/O 口擴展電路 ...................................... 39 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)的鍵盤電路設計 .................. 39 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)的顯示電路設計 ................... 41 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)的電源系統(tǒng) ........................... 42 第 4 章 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)軟件設計 .............................. 44 軟件的主程序結(jié)構(gòu)設計 ...................................... 44 PI 控制子程序設計 ......................................... 46 中斷服務程序 ............................................. 47 第 5 章 配料系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)仿真 .................................. 49 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型的構(gòu)建 ........................ 49 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真結(jié)果分析 .......................... 50 總 結(jié) ............................................................ 52 致 謝 ............................................................ 53 參考文獻 ......................................................... 54 附錄 1 軟件編程 .................................................. 56 附錄 2 系統(tǒng)硬件原理圖 ............................................ 62 VI CONTENTS ABSTRACT（ CHINESE） ......................................................................................... I ABSTRACT ............................................................................................................... III CONTENTS（ CHINESE） .......................................................................................IV CONTENTS ................................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 皮帶配料系統(tǒng) 作為一種動態(tài)衡器，已經(jīng)廣泛用于工礦企業(yè)、交通運 輸、冶金、化工、建材等國民經(jīng)濟各個領域的配料中，并取得了顯著的經(jīng)濟效益。在食品加工行業(yè)， 配料系統(tǒng) 的使用代替了大量的手工勞動，提高了勞動生產(chǎn)效率，使得食品加工更方便、快捷。如果配制的質(zhì)量達不到要求，輕則造成原料、能源的浪費，重則影響產(chǎn) 品的質(zhì)量和生產(chǎn)率川，并且有些重要生產(chǎn)崗位的配料失誤甚至會給整個生產(chǎn)釀成事故。在物質(zhì)方面，我們需要又快又好的生產(chǎn)出我們所需要的物質(zhì)產(chǎn)品，所以我們要進行生產(chǎn)自動化，實現(xiàn)生產(chǎn)的快速性與精確性。最早的 皮帶傳輸系統(tǒng)稱重原理來自于斗式輸送機對散狀物料連續(xù)自動稱量的裝置。 第一、二階段的 配料系統(tǒng) 只能進行簡單的測量、累計計算，而且準確度不高，對系統(tǒng)運行過程中的變化不可控制，因此其計量過程準確度低，動態(tài)性能差，缺乏穩(wěn)定性。 配料系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 近年來，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，對原有配料系統(tǒng)進行技術(shù)方面改進已經(jīng)成為必然的趨勢，提出了通過數(shù)據(jù)采集、自動控制、遠程監(jiān)視、報警、運行管理、變頻調(diào)速等多方面的技術(shù)改進方法。 調(diào)節(jié)電樞電壓常用的可控直流源有三種 [1]： 旋轉(zhuǎn)變流機組； 靜止式可控整流器； 直流斬波器或脈寬調(diào)制 器。三相全控橋整流電路是目前應用最廣泛的整流電路，其輸出電壓波動小，適合直流電動機的負載，并且該電 7 路組成的調(diào)速裝置調(diào)節(jié)范圍廣（將近 50）。 PWM 控制的基本原理很早就已經(jīng)提出，但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約，在上世紀 80 年代以前一直未能實現(xiàn)。論文中采用了專門的芯片組成了 PWM 信號的發(fā)生系統(tǒng)，然后通過控制直流電機電路中的 IGBT 來控制電機的轉(zhuǎn)速。因此，脈寬調(diào)制器和 PWM 變換器合起來可以看成一個滯后環(huán)節(jié)，它的延時最大不超過一個開關周期 T。雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)中采用了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實現(xiàn)串級連接。 （ 3）其輸出限幅值決定允許的最大電流。 電機控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)雙閉環(huán)調(diào)速，可以達到迅速控制電機轉(zhuǎn)速變化，快速穩(wěn)定轉(zhuǎn)速等目的。 重 量信 號采 集電 路信 號放 大電 路A / D轉(zhuǎn)換 電路單 片機A T8 9 C5 2直 流電 機系 統(tǒng)電 流檢 測電 路轉(zhuǎn) 速檢 測電 路鍵 盤顯 示P WM 控制 電路光 電編 碼器 圖 22 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)框圖 配料系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)設計 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)性能及技術(shù)要求 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)是一個控制皮帶上電機轉(zhuǎn)速自動加減速和停車的自動配料傳輸系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速超調(diào)量 n? 10%； 低速平穩(wěn)性好，穩(wěn)定精度好，調(diào)速范圍廣； UPE 系統(tǒng)開關頻率高，電機損耗，發(fā)熱量要求??； 系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應快，抗干擾能力強； 有鍵盤、顯示器組成的人機界面，顯示器用來顯示測量秤上物料的重量和當前皮帶的轉(zhuǎn)速；鍵盤用來設定測量秤所允許的重量裕度。 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括 iK 和 i? ， i? 是超前時間常數(shù) ， 為了讓調(diào)節(jié)器零點對消掉控制對象的大時間常數(shù)極點，取 i? = lT ? 。 轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖簡化過程如圖 23。然后將放大后的電壓經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后送到單片機中進行數(shù)據(jù)分析處理，通過編程達到自動控制的目的。電容器傳感器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單 ,價格便宜，靈敏度高，零磁滯，真空兼容，過載能力強，動態(tài)響應特性良好和對高溫、輻射、強振等 惡劣條件的適應性強等。 重量信號的采集電路 本設計的測量電路采用最常見的橋式測量電路，用到的是電阻應變傳感器半橋式測量電路。為此，測量電路中常設有模擬放大環(huán)節(jié) 和濾波電路 。 抗共模電壓干擾能力強。 AD620 是一款低成本、高精度儀表放大器，僅需要一個外部電阻來設置增益，增益范圍為 1 至 10,000。 經(jīng)過資料搜尋，我決定采用 8 位 A/D 轉(zhuǎn)換器 ADC0809 來完成本次設計的A/D 轉(zhuǎn)換部分， ADC0809 是 8位逐次逼近型 A/D 轉(zhuǎn)換器。中斷請求信號由 ADC0809 的 EOC 端接單片機 INT0 口輸入。另一方面，由于 ADC0809 無內(nèi)部時鐘，可利用單片機 ALE 管腳輸出時鐘信號經(jīng) D 觸發(fā)器二分頻之后送給ADC0809 的 CLK 管腳。 穩(wěn)壓管 D16 的作用是使 AD620 電壓輸出低于 ADC0809 輸入最大值，防止造成芯片損壞?？?通過改變 RG 的大小來改變放大器的增益。因此，一般對放大器有如下一些要求： 輸入 阻抗應遠大于信號源內(nèi)阻。 應變片測量電橋在測量前使電橋平衡，從而使測量時電橋輸出電壓只與應變片感受的應變所引起的電阻變化有關 。但不足的是，它有頻率響應較低，不宜快速動態(tài)測控等缺點。 它的缺點是對于大應變有較大的非線性、輸出信號較弱，但可采取一定的補償措施。 22 第 3 章 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)硬件電路設計 本章作為整個設計最主要的一章，分析了整個系統(tǒng)的硬件選擇和硬件電路 設計方案，并確定了各個模塊電路圖的連接方法。 為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差， ASR 中必須包含一個積分環(huán)節(jié)，而在擾動作用點后面已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié)，所以這個轉(zhuǎn)速環(huán)中有兩個積分環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速 環(huán)應該設計成典型的 II 型系統(tǒng)。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，要校正成 I 型系統(tǒng)，顯然要用 PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 ? ?ssKWiiiSAC R ?? 1)( ?? Ki — 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； i? — 電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。最高轉(zhuǎn)速為 3000 r/min，重量76kg。同時， 8279 芯片外接一個 4 4 鍵盤，通過鍵盤可設置數(shù)字來控制系統(tǒng)的啟動停止，最終達到一個智能控制的目的。 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)的整體方案設計 本系統(tǒng)以 AT89C52 系列單片機為主要控制芯片 ，首先通過荷重傳感器將重量信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，該電壓信號經(jīng)過濾波、信號放大，將采集到的微弱電信號轉(zhuǎn)化為一定模擬量再送給 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后送給單片機。 12 兩個調(diào)節(jié)器的作用 [8]： ASR 的作用 （ 1）使轉(zhuǎn)速 n 跟隨給定電壓 *mU 變化，穩(wěn)態(tài)無靜差。要實現(xiàn)上述要求，其唯一的途徑就是采 11 用電流和轉(zhuǎn)速負反饋控制方法，即采用速度、電流雙閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)來實現(xiàn)。 硬件調(diào)試法： 硬件調(diào)制法是為解決等面積法計算繁瑣的缺點而提出的，其原理就是把所希望的波形作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作為載波，通過對載波的調(diào)制得到所期望的 PWM 波形 .通常采用等腰三角波作為載波，當調(diào)制信號波為正弦波時，所得到的就是 SPWM 波形 .其實現(xiàn)方法簡單，可以用模擬電路構(gòu)成三角波載波和正 弦調(diào)制波發(fā)生電路，用比較器來確定它們的交點 ,在交點時刻對開關器件的通斷進行控制，就可以生成 SPWM 波 .但是，這種模擬電路結(jié)構(gòu)復雜，難以實現(xiàn)精確的控制 . 軟件生成法： 由于微機技術(shù)的發(fā)展使得用軟件生成 SPWM 波形變得比較容易，因此，軟件生成法也就應運而生 .軟件生成法其實就是用軟件來實現(xiàn)調(diào)制的方法，其有兩種基本算法，即自然采樣法和規(guī)則采樣法 . 本設計利用軟件編程設置一些關鍵控制字，實現(xiàn)脈寬調(diào)制信號的輸出，達到控制的目的。 8 配料自動控制系統(tǒng)可控直流源的方案確定 PWM 系統(tǒng)相對于 VM 系統(tǒng)有以下優(yōu)點 [4]： 主電路簡單，需要用的電力電子器件少； 開關頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱功率都很小； 低速性能好，穩(wěn)態(tài)精度高，調(diào)速范圍寬； 若與快速響應的 電機配合，系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應快，動態(tài)抗干擾能力強； 電力電子器件導通損耗小，裝置效率高； 直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。 PWM 控制技術(shù)就是以該結(jié)論為理論基礎，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相 等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或其他所需要的波形。和旋轉(zhuǎn)變流機組及離子拖動變流裝置相比，晶閘管整流裝置不僅在經(jīng)濟性和可靠性上都很大提高，而且在技術(shù)性能上也現(xiàn)實出較大的優(yōu)越性 [2]。 通過以上的分析，可以看到配料自動控制系統(tǒng)還要經(jīng)過一些完善，具有很深刻的研究意義。我國的科學技術(shù)突飛猛進，不斷地克服技術(shù)上的難題 。計算機首次被引入電子 配料系統(tǒng) ，大大提高了它的集成度。 皮帶配料系統(tǒng) 就是在皮帶輸送物料的過程中同時對物料進行連續(xù)累計稱量的一種自動衡器。可以看到， 3 中國廣大的市場為 配料系統(tǒng) 的發(fā)展提供了廣闊的前景。尤其是冶金、煤炭、化工、水泥等行業(yè)中，常需要對散料進行皮帶輸送過程中的動態(tài)連續(xù)稱量，而且還要對輸送中的流量進行調(diào)節(jié)、控制、達到準確的配比。 在煤炭行業(yè)， 配料系統(tǒng) 用于定量供煤，能否準確配料直接決定配煤質(zhì)量。隨著工業(yè)化的發(fā)展，手 動配料 迅速發(fā)展成現(xiàn)在的可連續(xù)自動進行，不需要人工干預就可以完成的自動 配料 操作，而且誤差小、操作方便、配料控制 時間也大為縮短，還降低了對能源和材料的消耗。通過實時測試與調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速和電流，此調(diào)速系統(tǒng)可獲得快速、精確的調(diào)速效果。 首先介紹了 配料系統(tǒng) 控制器的國內(nèi)外發(fā)展狀況，接著對 配料系統(tǒng) 的組成結(jié)構(gòu)、工作原理作了介紹。 CHAPTER