【正文】 最后，向所有幫助過我的人致以最誠摯的謝意。電力電子技術(shù)[M]。[6]潘新民，王燕芳。北京：電子工業(yè)出版社，2003。自動控制系統(tǒng)[M]。電力電子器件[M]。Elementary Linear Circuit Analysis Second Edition[M]。系統(tǒng)仿真技術(shù)[M]。北京：清華大學(xué)出版社，1996。[8]余永權(quán)，汪明慧，黃英。交直流調(diào)速系統(tǒng)與MATLAB仿真[M]。大連：大連理工大學(xué)出版社，1996。非常感謝我的同學(xué)們，在與他們共同的學(xué)習(xí)、工作、生活過程中，他們給予了我及時的幫助和建議，開拓了我的思路。同時也可以設(shè)計一個鍵盤輸入電路，來完成各項參數(shù)的有效輸入。本設(shè)計采用采用了MCS51系列中的8031單片機，在此單片機控制的直流調(diào)速系統(tǒng)中，速度給定、速度反饋和電流反饋信號是通過模擬光電隔離器、A/D轉(zhuǎn)換器送入計算機，計算機按照已定的控制算法計算產(chǎn)生脈沖，經(jīng)并行口、數(shù)字光電隔離器、功率放大器送到晶閘管的控制級，以控制晶閘管輸出整流電壓的大小，平穩(wěn)的調(diào)節(jié)電動機的速度。 啟動過程的第一階段是電流上升階段，突加給定電壓，ASR的輸入很大，其輸出很快達到限幅值，電流也很快上升，接近其最大值。 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路模型主要由交流電源、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管直流橋、平波電抗器、直流電動機等部分組成。為了簡化程序，也可以使用程序詢問方式來讀入ADC0808的數(shù)據(jù)。按積分算法其差分方程為Cn=Cn1+K3en1設(shè)II單元放電流反饋值；IO單元放電流斷續(xù)臨界值，則其程序框圖如圖64所示。圖63 鎖零程序框圖（2）電流自適應(yīng)程序設(shè)計在轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的動態(tài)參數(shù)一般是按電樞回路電流連續(xù)的情況來選取，然而當(dāng)系統(tǒng)輕載工作時，如果平波電抗器的電感量不太大，就會出現(xiàn)電流斷續(xù)的情況。中值平均濾波首先要設(shè)有N次采樣值，排序后得X1X2…XN，去掉最大值XN和最小值X1，剩下的取算術(shù)平均值即為濾波后的Y值中值平均濾波是中值濾波和算術(shù)平均濾波的結(jié)合，即能濾除偶然型干擾脈沖，又能平滑濾波，但程序較為復(fù)雜。在數(shù)字控制算法中，要對u限幅，只須在程序內(nèi)設(shè)置限幅值um,當(dāng)u(k)um時，便以限幅值um作為輸出。 數(shù)字PI調(diào)節(jié)器程序設(shè)計在微機數(shù)字控制系統(tǒng)中，當(dāng)采樣頻率足夠高時，可以先按模擬系統(tǒng)的設(shè)計方法設(shè)計調(diào)節(jié)器，然后再離散化，就可以得到數(shù)字控制器的算法，這就是模擬調(diào)節(jié)器的數(shù)字化。若考慮速度調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器,并加入比例微分負反饋,其結(jié)構(gòu)圖如圖511所示。由于本系統(tǒng)只考慮快速性要求，即對x1 = n提出快速要求，對其他兩個狀態(tài)變量無要求，故Q作如下選擇。其中Q為nn正定或半正定對稱陣, R為mm正定或半正定對稱陣。上式利用Z變換終值定理有所以電流環(huán)在單位階躍輸入是無靜差的。這樣晶閘管傳遞函數(shù)和電流反饋傳遞函數(shù)可并為一慣性環(huán)節(jié): + 1將已求結(jié)果代入圖54,即可得到電流環(huán)最簡單結(jié)構(gòu)圖,如圖55所示。由式(52)、(55)和(56)可以作出電動機結(jié)構(gòu)框圖，如圖52所示。交流電源線電壓Vac經(jīng)變壓器變壓，穩(wěn)壓管削波后輸入比較器LM339，比較器輸出再經(jīng)過光電隔離及反相后產(chǎn)生一個與Vac同相位的方波信號，輸出的方波信號加到上，它置為調(diào)變觸發(fā)方式。其中利用T1作為定時器，計時Tc時間產(chǎn)生中斷，最后由轉(zhuǎn)速中斷程序完成轉(zhuǎn)速的測量等等。在編碼器兩個相鄰輸出脈沖的間隔時間內(nèi)，用一個計數(shù)器對已知頻率為f0的高頻時鐘脈沖進行計數(shù)，并由此來計算轉(zhuǎn)速，稱為T法測速。1：M法測速。通過光柵的作用，持續(xù)不斷地開發(fā)或封閉光通路，因此，在接收裝置的輸出端便得到頻率與轉(zhuǎn)速成正比的方波脈沖序列，從而可以計算轉(zhuǎn)速。模擬測速一般采用測速發(fā)電機，其輸出電壓不僅表示了轉(zhuǎn)速的大小，還包含了轉(zhuǎn)速的方向，在調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速的方向也是不可缺少的。這時，MCU可讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果。 單片機系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)80C31外接27128EPROM作為16K程序存儲器，存放全部控制軟件。表41 脈沖分配表（0有效）單元地址數(shù)據(jù)（由I/O口輸出）被觸發(fā)晶閘管MM+1M+2M+3M+4M+5X X 0 1 1 1 1 0X X 1 1 1 1 0 0X X 1 1 1 0 0 1X X 1 1 0 0 1 1X X 1 0 0 1 1 1X X 0 0 1 1 1 1SCR6,1SCR1,2SCR2,3SCR3,4SCR4,5SCR5,6 單片機系統(tǒng)設(shè)計雙閉環(huán)數(shù)字直流調(diào)速控制系統(tǒng)得采樣周期比較快，計算和控制任務(wù)也比較繁忙，因此需要使用高性能的單片機。如要求觸發(fā)整流環(huán)節(jié)為一個放大系數(shù)為Ks的線性環(huán)節(jié)，則有：ud==Ksuk即有cosα= KsUk/=udmaxuk/ ==cosαminuk/ ukmax=λukα=arcos(λuk) (44)式中，λ=cosαmin/ ukmax是一個與最小控制角αmin和最大控制輸出ukmax有關(guān)系的常數(shù)。當(dāng)α由αk1變?yōu)棣羕時，應(yīng)有：Δ=αkαk1+600在控制時，一般均使用單片機的定時器來完成觸發(fā)脈沖輸出。相對觸發(fā)方式是以前一觸發(fā)脈沖為基準來確定后一觸發(fā)脈沖時刻，它用加長或縮短相鄰兩次觸發(fā)脈沖之間的間距來改變控制角，在穩(wěn)態(tài)時，這個間距等于600，控制角α改變時，該間距應(yīng)相應(yīng)改變。在觸發(fā)時，采用雙脈沖觸發(fā)方式，每次兩組各有一個晶閘管導(dǎo)通。=－2= mH一般說來，均衡電抗器和平波電抗器分設(shè)的方案比較經(jīng)濟，故采用較為普遍。平波電抗器的臨界電感量（單位為mＨ）可用下式計算式中?。禂?shù)，與整流電路形式有關(guān)，－電流最大允許脈動系數(shù)，通常單相電路≤20％，三相電路≤（5～10）％。為了使直流負載得到平滑的直流電流，通常在整流輸出電路中串入帶有氣隙的鐵心電抗器，稱平波電抗器。限制過大可在電源輸入端串聯(lián)電感和在晶閘管每個橋臂上串聯(lián)電感，利用電感的濾波特性，使降低。PR=fCUm2106=50106(120)2106=106W選R為20Ω普通金屬膜電阻器。但采用阻容保護易影響系統(tǒng)的快速性，并且會造成加大。C≥6IemS/U22=6334103/1202=耐壓≥=120=選取20181。設(shè)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。電壓比K=U1/U2=380/120=。晶閘管正反組切換由數(shù)字邏輯切換單元來完成。采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設(shè)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，這樣就能夠獲得良好的靜、動態(tài)性能?？紤]使電路簡單、經(jīng)濟且滿足性能要求，選擇晶閘管三相全控橋交流器供電方案。關(guān)鍵詞：單片機 雙閉環(huán) 直流調(diào)速系統(tǒng) 數(shù)字方式目錄第1章 緒論………………………………………………1第二章 方案論證………………………………………..3第三章 直流調(diào)速控制系統(tǒng)…………………………….5………………………………………………………...5………………………………………………………….7………………………………………………………….8……………………………………………………………….8 ………………………………………………………….9 …………………………………………………….11 單片機的擴展………………………………………………………………….12………………………………………………..13………………………………………………..14…………………………………………16………………………………………….24 ………………………………………………………..28第四章PID的控制算法………………………………….32…………………………………………………...32………………………………………………………………..33第五章直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路設(shè)計…………………...36……………………………………………………….36………………………………………………………………………..37………………………………………………………………………..38第六章軟件設(shè)計………………………………………42 系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析 49第七章系統(tǒng)的抗干擾技術(shù)………………………………46第八章直流調(diào)速系統(tǒng)的保護……………………………49總結(jié)……………………………………………………….51辭謝……………………………………………………….53參考文獻………………………………………………….第2章 系統(tǒng)方案選擇和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計本次設(shè)計選用的電動機型號Z232型，額定電壓230V，,額定轉(zhuǎn)速1000r/min, 勵磁電壓220V,運轉(zhuǎn)方式連續(xù)。廈門南洋職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文廈門南洋職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)基于單片機控制直流電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計學(xué)歷層次大專 教學(xué)院名稱機電工程學(xué)院專業(yè)名稱機電一體化技術(shù)學(xué)生姓名褚斌斌指導(dǎo)教師陳清泉 侯紅科機電工程學(xué)院 機電一體化技術(shù) 專業(yè) 2 班學(xué)生姓名（學(xué)號） 褚斌斌 10580201084 畢業(yè)設(shè)計（論文）時間：自 2012 年 12 月 11日至 2013 年 3 月 29 日答辯時間： 年 月 日 成績 指導(dǎo)教師： 摘 要近年來由于微型機的快速發(fā)展，國外交直流系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)達到實用階段。實時控制結(jié)果表明，本數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)了電流和轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)的恒速調(diào)節(jié)，并具有結(jié)構(gòu)簡單，控制精度高，成本低，易推廣等特點，而且各項性能指標(biāo)優(yōu)于模擬直流調(diào)速系統(tǒng)，從而能夠?qū)嶋H的應(yīng)用到生產(chǎn)生活中，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。由于要求直流電壓脈動較小，故采用三相整流電路。若采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，則可以近似在電機最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機的允許過載能力，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又可以讓電流迅速降低下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行，此時起動電流近似呈方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長的，這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受到限制的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動過程。圖21 單片機控制的直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖在此單片機控制的直流調(diào)速系統(tǒng)中，速度給定、速度反饋和電流反饋信號是通過模擬光電隔離器、A/D轉(zhuǎn)換器送入計算機，計算機按照已定的控制算法計算產(chǎn)生雙脈沖，經(jīng)并行口、數(shù)字光電隔離器、功率放大器送到晶閘管的控制級，以控制晶閘管輸出整流電壓的大小，平穩(wěn)的調(diào)節(jié)電動機的速度。裕量，則 B=cosα=取U2=120V。晶閘管