【正文】 18 脈沖分配表 ................................................................................................... 19 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計 ....................................................................................................19 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 3 80C31 單片機(jī)簡介 ..................................................................................... 20 單片機(jī)系統(tǒng)基 本結(jié)構(gòu) ............................................................................... 20 電流測量和速度給定值輸入 ................................................................. 21 速度測量 ........................................................................................................ 21 晶閘管控制 ................................................................................................... 23 第 5 章 調(diào)節(jié)器的設(shè)計 ..................................................................................................... 25 對象的數(shù)學(xué)模型 ....................................................................................................25 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計及采樣周 期的選擇 ........................................................26 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 ..................................................................................... 27 電流環(huán)的穩(wěn)定性分析 ................................................................................ 28 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計及采樣周期的選擇 ........................................................28 速度調(diào)節(jié)器的設(shè)計 .................................................................................... 29 第 6 章 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計 ........................................................................................... 32 系統(tǒng)主程序設(shè)計流程圖 .....................................................................................32 數(shù)字 PI 調(diào)節(jié)器程序設(shè)計 ...................................................................................33 數(shù)字濾波器程序設(shè)計 ..........................................................................................34 中斷處理程序設(shè)計 ...............................................................................................36 電流環(huán)中斷服務(wù)程序的設(shè)計 ................................................................. 36 速度環(huán)中斷服務(wù)程序的設(shè)計 ................................................................. 39 其它中斷 處理程序設(shè)計 .......................................................................... 40 第 7 章 系統(tǒng) MATLAB 仿真 ............................................................................................. 42 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置 .....................................................................................42 系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析 ..................................................................43 總結(jié) .......................................................................................................................................... 44 參考 文獻(xiàn) ................................................................................................................................ 47 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 4 引 言 本論文介紹的是用一臺 26KW 的直流電動機(jī)， 8051 單片機(jī)構(gòu)成的數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)。大家熟悉的錄音機(jī)、電唱機(jī)、錄相機(jī)、電子計算機(jī)等，都不能缺少直流電機(jī)。旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組簡稱 GM系統(tǒng)，適用于調(diào)速要求不高，要求可逆運行的系統(tǒng)，但其設(shè)備多、體積大、費用高、效率低、維護(hù)不便。并且晶閘管可控整流裝置無噪聲、無磨損、響應(yīng)快、體積小、重量輕、投資省。得到過電流的自動保護(hù)。 整流變壓器的設(shè)計 變壓器二次側(cè)電壓 U2 的計算 U2是一個重要的參數(shù)，選擇過低就會無法保證輸出額定電壓。 ③關(guān)鍵、重大設(shè)備，電流裕量可適當(dāng)選大些。 本系統(tǒng)采用 DY 連接。 U1MA=（ ） UDC=() 230=414460V 選 MY31440/5 型壓敏電阻。電壓上升率 dtdu/ ：正相電壓上升率 dtdu/ 較大時，會使晶閘管誤導(dǎo)通。限制 dtdu/ 和dtdi/ 的電感，可采用空心電抗器，要求 L≥（ 20～ 30）μ H；也可采用鐵心電抗器， L 值可偏大些。通常負(fù)載需要的只是直流分量，對電動機(jī)負(fù)載來說，過大的交流分量 會使電動機(jī)換向惡化和鐵耗增加，引起過熱。根據(jù)額定勵磁電流 Iex =，可選用吸引線圈電流為 的 JL1411ZQ 直流欠電流繼電器。 在控制觸發(fā)時，有兩種觸發(fā)方法：絕對觸發(fā)方法和相對觸發(fā)方西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 18 法。 綜上本次設(shè)計使用相對觸發(fā)的觸發(fā)控制方法。這可采用在每個周期用定時器計數(shù)同步脈沖發(fā)生時刻與實際同步脈沖發(fā)生時刻之差 Te，然后在計算第一對晶閘管的控制時刻時，按以下公式進(jìn)行計算： 控制角的計算 對于數(shù)字調(diào)節(jié)器，要求對象為線性系統(tǒng)。它們能在幾微秒內(nèi)完成 16 位加法和乘法，并且有 10 位 A/D 轉(zhuǎn)換器、 16 位高性能多功能定時器系統(tǒng)，可完成調(diào)速系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計算、控制輸出等功能。在 80C31的 P3 口上外接三個按鍵，一個為啟動 /停止鍵，用于啟動或停止電機(jī)運轉(zhuǎn)；另兩個為顯示選擇鍵，一個用于控制顯示速度設(shè)定值，另西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 21 一個用于控制顯示電流值，不按這兩個鍵時，顯示實際電機(jī)轉(zhuǎn)速。但這時，一方面成本將較高，另一方面計算將大大復(fù)雜，因為必須采用 16 位計算，所以在選型時應(yīng)該多方面考慮。絕對式編碼器常用于檢測轉(zhuǎn)角，若需得到轉(zhuǎn)速信號，必須對轉(zhuǎn)角進(jìn)行微分處理。采用倍率電路可以有效地提高轉(zhuǎn)速分辨率，而不增加旋轉(zhuǎn)編碼器的光柵數(shù)，一般多采用四倍頻電路。由于 M/T 法的計數(shù)值 M1 和 M2 都隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化，高速時，相當(dāng)于 M 法測速，最低速時， M1=1，自動進(jìn)入 T 法測速。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)時晶閘管處于截止?fàn)顟B(tài)。 圖 52 電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖 由于突加給定階躍后，速度調(diào)節(jié)器輸出馬上達(dá)到飽和限幅值，電流環(huán)投入工作使電機(jī)電樞電流很快上升，相對電流來說，速度變化很緩慢。 圖 56 電流環(huán)采樣系統(tǒng)框圖 則電流環(huán)閉環(huán)的脈沖傳遞函數(shù)為 )(39。 按二次型性能指標(biāo)最優(yōu)設(shè)計速度調(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)。 圖 510 速度環(huán)狀態(tài)反饋簡化圖 圖 511 PI 調(diào)節(jié)器加比例微分負(fù)反饋框圖 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 31 （ 3）速度環(huán)穩(wěn)定性分析 考慮反電勢的影響 ,數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)框圖如圖 512 所示。 將上式離散化成差分方程，其第 k 拍輸出為 )1()()()()(1)()()( ????????? ? kIukes a mTIKkePKkIukeki PKies a mTIKkePKku （ 63） 其中， Tsam 為采樣周期。 數(shù)字濾波器程序設(shè)計 在檢測得到的轉(zhuǎn)速信號中，不可避免地要混入一些干擾信號。設(shè)系統(tǒng)電流斷續(xù)臨界值為 I0，反饋電流采樣值為I，則程序框圖如圖 62 所示。 （ b）當(dāng)電流斷續(xù)時，由于電樞回路電磁時間常數(shù) TD 存在，西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 38 從整流電壓 UDO的突變到平均電樞電流 ID響應(yīng)不可能瞬間完成，而是按指數(shù)規(guī)律逐漸變到穩(wěn)態(tài)值。在中斷返回前應(yīng)恢復(fù)現(xiàn)場使中斷的上級程序正確可靠地恢復(fù)運行。另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖，使用 Power System 工具箱進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)仿真的新方法。從仿真結(jié)果可以看出，它非常接近于理論分析的波形。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 44 結(jié)束語 本設(shè)計用一臺單片機(jī)及外部擴(kuò)展設(shè)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(yīng)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。同時在對硬件電路設(shè)計的過程中，鞏固了我的專業(yè)課知識，使自己受益匪淺。 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， 20xx。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]。（美） ： Tsinghua university press， 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。 通過本次設(shè)計，加強(qiáng)了我對單片機(jī)