【正文】 零比較器電路和一個(gè)光電耦合器及一個(gè)反相器組成的。（dn/dt） = TmdE/ Rεdt (54) 對式(54) 取拉式變換得 E(s) Rε（ ID IF）(s) Tm s (55)n = E/Ce (56)其中，M為電動(dòng)機(jī)電磁力矩；MFZ為電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩；IFZ為電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流；n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；Cμ為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)；Ce為電動(dòng)機(jī)電勢常數(shù)；GD2為拖動(dòng)系統(tǒng)整個(gè)運(yùn)動(dòng)部分折算到電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪慣量；Tm=（GD2 Rε）/（375CμCe）為拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)。,則KLF = ,其傳遞函數(shù)為 （59）注意到T SCR和TLF都很小，可以把他看成是小慣性群，即Tε=T SCR+TLF = + = (s)。 z3= z4 = 從而可知z1 、z2 、zz4S四個(gè)根的絕對值均小于1,它們都在單位圓內(nèi),因此電流環(huán)是穩(wěn)定的。若給定為一般定常線性系統(tǒng),其狀態(tài)方程為: （519）其中A為nn常陣，B為nm常陣，試確定使性能指標(biāo)最優(yōu)泛函為 （520）的控制規(guī)律U*(t)。圖58速度環(huán)被控對象結(jié)構(gòu)圖設(shè)狀態(tài)量: y=x1=n x2 =Id x3= Ugi則有:相應(yīng)狀態(tài)方程為:其中:把A,B代入式(521)得 [B ┊AB┊A2B] = 它的秩為3, 因而此狀態(tài)方程有解,即系統(tǒng)能控。min/r 。 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)流程圖圖61 主程序流程圖如圖61所示的主程序流程圖，它完成主程序完成系統(tǒng)的各種功能初始化操作，包括8031的片內(nèi)I/O寄存器、各種狀態(tài)和標(biāo)志位、各個(gè)控制數(shù)據(jù)等的初始化，然后循環(huán)定時(shí)執(zhí)行速度環(huán)和電流環(huán)的計(jì)算，并完成鍵盤輸入、顯示掃描等各種功能。為了安全起見，常須對調(diào)節(jié)器的輸出實(shí)行限幅。本次設(shè)計(jì)采用中值平均濾波。若為零，使電流調(diào)節(jié)器輸出為負(fù)電壓，把晶閘管調(diào)速系統(tǒng)推向逆變，迫使電動(dòng)機(jī)停止（爬行），其程序框圖如圖63所示。若用計(jì)算機(jī)軟件來實(shí)現(xiàn)電流自適應(yīng)控制，只要判斷主回路電流是否連續(xù)即可，若電流連續(xù)就按PI算法，若電流斷續(xù)就按I算法。圖67 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序框圖 其它中斷處理程序設(shè)計(jì)中斷服務(wù)程序是控制系統(tǒng)軟件的核心，它將完成大部分計(jì)算以及控制任務(wù)， INT1中斷處理程序比較簡單，它完成A/D數(shù)據(jù)讀入操作。本次系統(tǒng)仿真采用后一種方法。下面分析一下仿真的結(jié)果。用軟件編程完成電流、轉(zhuǎn)速等各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化調(diào)節(jié)。當(dāng)然在本次設(shè)計(jì)中還有需要改進(jìn)和完善的地方，比如可以進(jìn)一步完善系統(tǒng)的故障檢測和保護(hù)，使故障檢測更加全面和高效，還可以設(shè)計(jì)一個(gè)UPS電源，防止在斷電的情況下造成系統(tǒng)損害，保證生產(chǎn)的連續(xù)運(yùn)行。在此，我對劉老師的培養(yǎng)和幫助深表感謝！非常感謝老師們，他們不但在大學(xué)四年中指導(dǎo)我們學(xué)習(xí)和生活，而且在完成論文期間給我許多幫助和建議，他們兢兢業(yè)業(yè)、對工作認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度為我做出了好的表率，時(shí)刻鞭策著我向他們學(xué)習(xí)。單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]。[5]周淵深。上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，1994。單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M]。北京：清華大學(xué)出版社，1982[14]黃柯棣。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992[18]Leonard Bobrow。北京：中國鐵道出版社，1997[17]張明勛。北京：水利電力出版社，1979 [13]熊光楞。北京:高等教育出版社，經(jīng)濟(jì)日報(bào)出版社，1998。[7]涂時(shí)亮，張友德。單片機(jī)應(yīng)用文集[M]。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003。這些使我的本科學(xué)業(yè)得以順利完成，并激勵(lì)著我在今后的人生道路上不斷開拓進(jìn)取，勇往直前。通過學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)工作原理以及如何利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)各種功能，我查閱了大量相關(guān)資料，學(xué)會(huì)了許多知識，培養(yǎng)了我獨(dú)立解決問題的能力。由于在本系統(tǒng)中，單片機(jī)系統(tǒng)代替了控制電路的絕大多數(shù)控制器件，所以各項(xiàng)數(shù)據(jù)處理和調(diào)整都是在單片機(jī)內(nèi)完成的，控制效果要好于本次的仿真結(jié)果。圖72是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)得電流和轉(zhuǎn)速曲線。第7章 系統(tǒng)MATLAB仿真本次系統(tǒng)仿真采用目前比較流行的控制系統(tǒng)仿真軟件MATLAB，使用MATLAB對控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的主要方法有兩種，一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用MATLAB的Simulink工具箱對其進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真研究。進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序后，首先應(yīng)保護(hù)現(xiàn)場，再計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)速，完成PI調(diào)節(jié)，最后啟動(dòng)轉(zhuǎn)速檢測，為下一步調(diào)節(jié)作準(zhǔn)備。因此，從整流電壓和電流平均值的關(guān)系上看，相當(dāng)于TD=0，也就是說，在平均整流電壓和電流之間，電流連續(xù)時(shí)是慣性環(huán)節(jié)，電流斷續(xù)時(shí)就成了比例環(huán)節(jié)。這里用計(jì)算機(jī)軟件來實(shí)現(xiàn)。數(shù)字濾波具有使用靈活、修改方便等優(yōu)點(diǎn)，它可以用于測速濾波，也可以用于電壓、電流檢測信號的濾波。由式子看出，比例部分只與當(dāng)前的偏差有關(guān)，而積分部分則是系統(tǒng)過去所有偏差的累積。（4）速度環(huán)穩(wěn)態(tài)誤差分析由圖532可得到系統(tǒng)誤差脈沖傳遞函數(shù)為當(dāng)給定為單位階躍輸入時(shí)有當(dāng)給定為速度輸入時(shí)有 當(dāng)給定為加速度輸入時(shí)有（5）速度環(huán)采樣周期的選擇速度環(huán)的控制對象傳遞函數(shù)為則有:～。圖59速度環(huán)狀態(tài)反饋框圖由于本設(shè)計(jì)是在速度給定降為零時(shí),尋找制動(dòng)過程最優(yōu)控制律,因而令UGn = 0, 此時(shí)圖59成為圖510。這樣電流環(huán)閉環(huán)傳遞函數(shù)作為速度環(huán)的一個(gè)環(huán)節(jié)來處理。按二次型性能指標(biāo)最優(yōu)設(shè)計(jì)速度調(diào)節(jié)器的方法是基于控制作用受約束下，確定最優(yōu)控制規(guī)律，使系統(tǒng)從任意初態(tài)，以最優(yōu)性能指標(biāo)轉(zhuǎn)移到新的平衡狀態(tài)。由圖54可以作出電流環(huán)采樣系統(tǒng)框圖,如圖56所示。本系統(tǒng)電流調(diào)節(jié)器最大輸出電壓UKm=,晶閘管最大輸出整流電壓為UDO = 則KSCR==所以晶閘管傳遞函數(shù)為 （58）（2） 電流反饋傳遞函數(shù)電流反饋回路由交流互感器經(jīng)三相橋式整流及T型濾波構(gòu)成,一 般時(shí)間常數(shù)在1∽2ms之間。 Rε、Lε、TD的數(shù)值依次為 Rε=+2++=Lε= LD+2LT+LP =++2 =TD= Lε/ Rε=直流電動(dòng)機(jī)軸上的力矩方程為 M MFZ = CμID CμIFZ = （GD2 / 375）這里由于80C31的P1口在復(fù)位后初態(tài)為1，故采用0為有效輸出位，以保證初態(tài)時(shí)晶閘管處于截止?fàn)顟B(tài)。由于M/T法的計(jì)數(shù)值M1和M2都隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化，高速時(shí)，相當(dāng)于M法測速，最低速時(shí)，M1=1，自動(dòng)進(jìn)入T法測速。高速時(shí)M1大，量化誤差較小，隨著轉(zhuǎn)速的降低誤差增大，轉(zhuǎn)速過低時(shí)M1將小于1，測速裝置便不能正常工作。圖46 區(qū)分旋轉(zhuǎn)方向的A、B兩組脈沖序列 若碼盤的光柵數(shù)為N，則轉(zhuǎn)速分辨率為1/N，常用得旋轉(zhuǎn)編碼器光柵數(shù)有1022044096等。絕對式編碼器在碼盤上分層刻上表示角度的二進(jìn)制數(shù)碼或循環(huán)碼，通過接受器將該數(shù)碼送入計(jì)算機(jī)。對于需要較高精度的調(diào)速控制系統(tǒng)，可采用10位或者更高分辨率的A/D轉(zhuǎn)換芯片。 電流測量和速度給定值輸入本系統(tǒng)使用ADC0808 8路8位A/D轉(zhuǎn)換器，它的地址為7FFFH。 80C31單片機(jī)簡介80C31單片機(jī)屬于基本型的51系列單片機(jī)，它采用HMOS工藝，片內(nèi)集成有8位CPU；片內(nèi)駐留128字節(jié)的RAM以及21個(gè)特殊功能寄存器；片內(nèi)還包括兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、一個(gè)全雙工串行I/O口（UART）、32條I/O線、5個(gè)中斷源和兩級中斷，尋址能力達(dá)128K字節(jié)（其中程序存儲(chǔ)器ROM和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM各64K字節(jié)）。 脈沖分配表在觸發(fā)六個(gè)晶閘管時(shí)，要按照圖43的順序，依次發(fā)出控制信號。這可采用在每個(gè)周期用定時(shí)器計(jì)數(shù)同步脈沖發(fā)生時(shí)刻與實(shí)際同步脈沖發(fā)生時(shí)刻之差Te，然后在計(jì)算第一對晶閘管的控制時(shí)刻時(shí)，按以下公式進(jìn)行計(jì)算：TΔ=TαkTαk1+T60+Te （42） 控制角的計(jì)算三相全控橋式整流電路輸出電壓ud與控制角α有以下關(guān)系:ud= (43)其中E為電源相電壓有效值。綜上本次設(shè)計(jì)使用相對觸發(fā)的觸發(fā)控制方法。在控制觸發(fā)時(shí)，有兩種觸發(fā)方法：絕對觸發(fā)方法和相對觸發(fā)方法。根據(jù)額定勵(lì)磁電流Iex =。=－（+2）=考慮限制電流脈動(dòng)時(shí)的實(shí)際電感量：本電路=－（+2）= mH如上述條件均需滿足時(shí)，應(yīng)取和中較大者作為串入平波電抗器的電感值，所以本電路選取=6 mH作為平波電抗器的電感值。該脈動(dòng)電流可以看成一個(gè)恒定直流分量和一個(gè)交流分量組成。限制和的電感，可采用空心電抗器，要求L≥（20～30）μH；也可采用鐵心電抗器，L值可偏大些。3）電壓和電流上升率的限制電壓上升率：正相電壓上升率較大時(shí)，會(huì)使晶閘管誤導(dǎo)通?！?。選MY31220/5型壓敏電阻。對于三相電路，Ｒ和Ｃ的值可按下表換算。故選晶閘管的型號為。時(shí)整流電壓Ud0與二次電壓U2之比，即A=Ud0/U2；B延遲角為α?xí)r輸出電壓Ud與Ud0之比，即B=Ud/Ud0；ε——電網(wǎng)波動(dòng)系數(shù)；1~——考慮各種因數(shù)的安全系數(shù)；根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用公式：由表查得 A=；取ε=；α角考慮10176。其硬件結(jié)構(gòu)如圖21所示。若采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)雖然可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，不過當(dāng)對系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)難以滿足要求，因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動(dòng)態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩，在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，只有電流截止負(fù)反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只是在超過臨界電流值以后，靠強(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想地控制電流的動(dòng)態(tài)波形，當(dāng)電流從最大值降低下來以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減少，因而加速過程必然拖長。在VM系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器給定電壓，即可移動(dòng)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(shí)電壓Ud。最后進(jìn)行軟件編程、調(diào)試以及計(jì)算機(jī)仿真。由于以微處理器為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)硬件電路的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，制作成本低，且不受器件溫度漂移的影響。變壓器調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓所需的可控制電源通常有3種：旋轉(zhuǎn)電流機(jī)組，靜止可控整流器，直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器。因三相橋式全控整流電壓的脈動(dòng)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(yīng)減少約一半，這是三相橋式整流電路的一大優(yōu)點(diǎn)。與帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)相比，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于Idm時(shí)表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主調(diào)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差。第3章 主電