【正文】 控制、自動(dòng)生產(chǎn)線等。概要地分成以下幾個(gè)方面： 1： 智能儀器儀表 單片機(jī)用于各種儀器儀表，一方面提高了儀器儀表的使用功能和精度，使儀器儀表智能花，同時(shí)還簡(jiǎn)化了儀器儀表的硬件結(jié)構(gòu)，從而可以方便地完成各種儀器儀表產(chǎn)品的升級(jí)換代。甚至單片機(jī)廠商還可以根據(jù)用戶的要求量身定做，制造出具有自己特色的單片機(jī)芯片。 近年來，許多半導(dǎo)體廠商以 MCS51 系列單片機(jī)的 8051 為內(nèi)核，將許多測(cè)控系統(tǒng)中的接口技術(shù)、可靠性技術(shù)及先進(jìn)的存儲(chǔ)器技術(shù)和工藝技術(shù)集成到單片機(jī)中，生產(chǎn)出了多種功能強(qiáng)大、使用靈活的新一代 80C51 系列單片機(jī)。該系列單片機(jī)在芯片內(nèi)集成有： 8位 CPU、 4K字節(jié)程序存儲(chǔ)器（ ROM）、 128位字節(jié)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）、 4 個(gè) 8 位并行接口、1個(gè)全雙工串行接口和 2個(gè) 16位定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 從發(fā)出切換指令到真正封鎖掉原來工作的那組晶閘管之間應(yīng)該留出來的一段等待時(shí)間，叫做封鎖延時(shí)。在任何情況下，兩個(gè)信號(hào)必須是相反的， 決不允許兩組晶閘管同時(shí)開放脈沖，以確保主電路沒有出現(xiàn)環(huán)流的可能。因此，在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由電網(wǎng)電壓波動(dòng)引起的轉(zhuǎn)速變化會(huì)比單閉環(huán)系統(tǒng)小得多。轉(zhuǎn)速略有超調(diào)一般是容許的，對(duì)于完全不允許超調(diào)的情況，應(yīng)采用其他控制方法來抑制超調(diào)。直到 =d dLII時(shí)，轉(zhuǎn)矩 =eLTT，則 =0dndt ,轉(zhuǎn)速 n 才能達(dá)到峰值。 第Ⅱ階段（ t1～ t2）是恒流升速階段，是起動(dòng)過程中的主要階段。 鑒于這一特點(diǎn)，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)參數(shù)計(jì)算與單閉環(huán)有靜差系統(tǒng)完全不同，而蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 是和無靜差系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算相似，即根據(jù)各調(diào)節(jié)器的給定與反饋值計(jì)算有關(guān)的反饋系數(shù) 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) *max= nmUn? (326) 電流反饋系數(shù) *= imdmUI? (327) 兩個(gè)給定電壓的最大值 *nmU 和 *imU 由設(shè)計(jì)者選定，受運(yùn)算放大器允許輸入電壓和穩(wěn)壓電源的限制。這樣的下垂特性只適合于 0nn＜ 的情況，因?yàn)?0nn＞ 如果 ,則 *nnUU＞ ， ASR 將退出飽和狀態(tài)。 1：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器不飽和 這時(shí)，兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時(shí)，它們的輸入偏差電壓都是零，因此* 0nnU U n n??? ? ?(321) *i i dU U I??? (322) 由第一個(gè)關(guān)系式可得 *0nUnn?? n 0n A ASR ACR UPE M TG 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 B O dNI dmI dI 圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的靜特性 從而得到如圖所示靜特性的 CA 段。 ＋ － － ＋ Ud △ Un Un* 1/Ce PI Ks ? Un IdR n(s) 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成及其靜特性 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流兩種負(fù)反饋分別起作用，可在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，即分別引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流負(fù)反饋。帶 PI 調(diào)節(jié)器的單環(huán) 無靜差調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 。 1： 直流電機(jī)的傳遞函數(shù) 額定勵(lì)磁下他勵(lì)直流電機(jī)的等效電路如圖 所示： 圖 他勵(lì)直流電動(dòng)機(jī)在額定勵(lì)磁下的等效電路 規(guī)定的正方向如圖所示，假定主電路電流連續(xù)，則動(dòng)態(tài)電壓方程 為0 ddd dIU R I L Edt? ? ? (314) 忽略粘性摩擦及彈性轉(zhuǎn)矩，電動(dòng)機(jī)軸上的動(dòng)力學(xué)方程為 2375eL GD dnTT dt?? (315) 額定勵(lì)磁下的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩分別為 eE Cn? 和 e m dT C I? 式中 ????— 包括電動(dòng)機(jī)空載轉(zhuǎn)矩在內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩（ N178。 開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的關(guān)系 1：閉環(huán)系統(tǒng)靜特性可以比開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性硬的多 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 在同樣的負(fù)載擾動(dòng)下，開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速降落分別為 dopeRIn C?? (38) (1 )dcleRIn CK?? ? (39) 它們的關(guān)系是 1 opcl nn K???? (310) 2：閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要比開環(huán)系統(tǒng)小得多 閉環(huán)系統(tǒng)和開環(huán)系統(tǒng)的靜差率分別為0clclclnS n?? 和 0opopopnS n?? 按理想空載轉(zhuǎn)速相同的情況比較，則 00op clnn? 時(shí)， 1 opcl SS K? ? 3：如果所要求的靜差率一定，則閉環(huán)系統(tǒng)可以大大提高調(diào)速范圍 如果電動(dòng)機(jī)的最高轉(zhuǎn)速都是 Nn ，而對(duì)最低速靜差率的要求相同，那么， 由調(diào)速范圍、靜差率和額定速降關(guān)系式可得 開環(huán)時(shí) (1 )Nop opnsD ? ?? (311) 閉環(huán)時(shí) (1 )Ncl clnsD ? ?? (312) 得出 (1 )cl opD K D?? (313) 4：要取得上述三項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，閉環(huán)系統(tǒng)必須設(shè)置放大器 上述三項(xiàng)優(yōu)點(diǎn) 若要有效，都取決于一點(diǎn)，即 K 要足夠大，因此必須設(shè)置放大器。這種可以獲得與電動(dòng)機(jī)固有機(jī)械特性相互平行的認(rèn)為機(jī)械特性，調(diào)速方向是基速以下，只要輸出的電壓是連續(xù)可調(diào)的，即可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的無極調(diào)速，而且低速運(yùn)行時(shí)機(jī)械特性基本保持不變，所以得到的調(diào)速范圍可以達(dá)到很寬，而且實(shí)現(xiàn)可逆運(yùn)行。 假設(shè)系統(tǒng)采用串阻調(diào)速。在電流較小的勵(lì)磁回路內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)， 因此控制方便，功率損耗小，用于調(diào)節(jié)勵(lì)磁的電阻器功率小，控制方便且容易實(shí)現(xiàn)，而且更重要的是可以實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，但由于電動(dòng)機(jī)的換向能力有限以及機(jī)械強(qiáng)度的限制，速度不能調(diào)節(jié)太高，從而電動(dòng)機(jī)的調(diào)速范圍也就受到限制。 由圖所示，系統(tǒng)主要由三部分組成： (1)主回路由兩組反并聯(lián)的三相全控橋晶閘管整流電路、電動(dòng)機(jī) D、平波電抗器 L 和光電碼盤測(cè)速裝置等組成。 實(shí)際上，由于主電路電感的作用，電流不能突跳，為了 實(shí)現(xiàn)在允許條件下最快啟動(dòng)，關(guān)鍵是要要獲得一段使電流保持為最大值的恒流過程，按照反饋控制規(guī)律，采 用某個(gè)物理量的負(fù)反饋就可以保持該量基本不變，那么采用電流負(fù)反饋就能得到近似的恒流過程。但如果對(duì)系統(tǒng)的 動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求起制動(dòng)、突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)就難以滿足要求。在反饋控制系統(tǒng)中，不管出于什么原因（外部擾動(dòng)或系統(tǒng)內(nèi)部變化），只要被控制量偏離規(guī)定值，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用去消除偏差。同 閉環(huán)控制系統(tǒng)相比，開環(huán)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單得多，同時(shí)也比較經(jīng)濟(jì)。設(shè)計(jì)的對(duì)象電機(jī)系統(tǒng)的容量是 75KW，可以很好地滿足容量的要求，再次，觸發(fā)電路也比較簡(jiǎn)單，有現(xiàn)成的集成觸發(fā)電路，設(shè)計(jì)起來相對(duì)簡(jiǎn)單。 SPWM 波形 —— 脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的 PWM 波形 要改變等效輸出正弦波幅值，按同一比例改變各脈沖寬度即可。因此，設(shè)備的通用性強(qiáng)，易于實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化。全數(shù)字化直流調(diào)速裝置作為最新控制水平的傳動(dòng)方式更顯示了強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，全數(shù)字化直流調(diào)速裝置不斷推出，為工程應(yīng)用提供了優(yōu)越的條件。所以，全數(shù)字直流調(diào)速控制精度和可靠性比模擬直流調(diào)速系統(tǒng)大大提高。第一是控制理論的發(fā)展，出現(xiàn)了最優(yōu)控制、自適應(yīng)控制、智能控制等，相應(yīng)的拖動(dòng)控制系統(tǒng)也在實(shí)踐中逐步形成。其控制軟件能夠進(jìn)行邏輯判斷和復(fù)雜運(yùn)算，可以實(shí)現(xiàn)不同于一般線性調(diào)節(jié)的最優(yōu)化、自適應(yīng)、非線性、智能化等控制規(guī)律。特點(diǎn)是用單片機(jī)取代模擬觸發(fā)器、電流調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器及邏輯切換等硬件設(shè)備。另外，集成運(yùn)算放大器和 眾多的 電子模塊的出現(xiàn)，不斷促進(jìn)了控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化。 直流調(diào)速系統(tǒng)，特別是雙閉 環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是工業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用最廣的電氣傳動(dòng)裝置之一。應(yīng)用這類裝置，人們完全可以實(shí)現(xiàn)一些以前未有過的新的控制方法，使系統(tǒng)性能得到進(jìn)一步的提高。 5)數(shù)字控制不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，使維修方便、提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性，而且可以方便地對(duì)外部或內(nèi)部信息實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波，提高系統(tǒng)的抗干擾能力 。這里同樣需要邏輯控制正反組 IBGT 的導(dǎo)通和關(guān)斷，以免發(fā)生直流直通短路。 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 1）開環(huán)結(jié)構(gòu) 開環(huán)控制系統(tǒng)是系統(tǒng)的控制輸入不受輸出影響的控制系統(tǒng)。 2）單閉環(huán)結(jié)構(gòu) 單 閉環(huán)控制系統(tǒng)是基于反饋原理建立的自動(dòng)控制系統(tǒng)。為提高控制精度 ，在擾動(dòng)變量可以測(cè)量時(shí)，也常同時(shí)采用按擾動(dòng)的控制（即前饋控制）作為反饋控制的補(bǔ)充而構(gòu)成復(fù)合控制系統(tǒng)。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，并不能很理想的控制電流的動(dòng)態(tài)波形。 數(shù)字控制雙閉環(huán)邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng) 系統(tǒng)采用單片機(jī)控制，可使實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性提高。 系統(tǒng)的工作原理：數(shù)字給定值 Dgn 與轉(zhuǎn)速反饋值 Dfn 進(jìn)行數(shù)字比較，得偏差信號(hào)En，經(jīng)速度調(diào)節(jié)器 ST 進(jìn)行數(shù)字 PI運(yùn)算，輸出 Dgi 作為電流環(huán)給定值 Dgi 與電流反饋 Dfi比較得偏差信號(hào) Ei ，經(jīng)電流調(diào)節(jié)器 LT 進(jìn)行數(shù)字 PI 運(yùn)算， LT 輸出 Dk 作為數(shù)字觸發(fā)器得脈沖移相信號(hào)，數(shù)字觸發(fā)器將 Dk 轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)控制角為 的晶閘管脈沖，由 PIC16F877單片機(jī) T1 進(jìn)行定時(shí)，經(jīng) I/O 口輸出的雙窄脈沖通過功放，使之有足夠的強(qiáng)度，能夠可靠的觸發(fā)晶閘管。這是它的優(yōu)點(diǎn)。但他對(duì)外串電阻只能是分段調(diào)節(jié)，不能實(shí)現(xiàn)無極調(diào)速，而且電阻在一定程度上消耗能量，功率損耗大，低速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性差，容易產(chǎn)生張力不平穩(wěn)，難以控制。其原理框圖如圖 假定 1）忽略各種非線性因素，假定環(huán)境中各環(huán)節(jié)的輸入 — 輸出關(guān)系都是線性的，或者只取其線性工作段。 5：所以開環(huán)系統(tǒng)機(jī)械特性和閉環(huán)系統(tǒng)靜特性的關(guān)系是：閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以獲得比開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)硬的多的穩(wěn)態(tài)特性，從而在保證一定靜差率的要求下，能夠提高調(diào)速范圍，為此所需付出的代價(jià)是，需增設(shè)電壓放大器以及檢測(cè)與反饋裝置。 m/A）， 30meCC?? 再定義下列時(shí)間常數(shù) ????— 電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)（ s） ，l LT R? ????— 電力拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)（ s） ， 2375m meGD RT CC? 整理得出 0 () dmd d l d d Ld I T dEU E R I T I Id t R d t? ? ? ? ? (316) Id Udo n, Te TL － + + － E M 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 式中 dLI — 負(fù)載電流（ A）， LdL mTI C? 在零初始條件下，取等式兩側(cè)的拉氏變換，得電壓與電流間的傳遞環(huán)數(shù) 01()( ) ( ) 1ddlIs RU s E s T s??? (317) 電流與電動(dòng)勢(shì)間的傳遞環(huán)數(shù) ()( ) ( )d d L mE s RI s I s T s?? (318) 將這兩個(gè)傳遞函數(shù)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖合在一起，并考慮到 en EC? ，即得額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖，如圖 所示 E Ud0 圖 額定勵(lì)磁下直流電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 由圖可以看出，直流電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)輸入端，一個(gè)是施加在電樞上的理想空載電壓 ????0，另一個(gè)是負(fù)載電流 ??????。如果采用準(zhǔn) PI調(diào)節(jié)器，其穩(wěn)態(tài)放大系數(shù) 39。從閉環(huán)結(jié)構(gòu)上看，電流環(huán)在里面，稱作內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外邊，稱作外環(huán)。這就是靜特性的運(yùn)行段，它是一條水平的特性 。這就是采用了兩個(gè) PI 調(diào)節(jié)器分別形成內(nèi)、外兩個(gè)閉環(huán)的效果。突加給定電壓 *nU 后，經(jīng)過兩個(gè)調(diào)節(jié)器的跟隨作用， cU 、 0dU 、 dI 都跟著上升，但是在 dI 沒有達(dá)到負(fù)載電流 dLI 以前，電動(dòng)機(jī)還不能轉(zhuǎn)動(dòng)。為了克服這個(gè)擾動(dòng)， 0dU 和 cU 也必須基本上按線性增長，才能保持 dI 恒定。在最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)， ASR 和 ACR 都不飽和， ASR 起主導(dǎo)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而 ACR 則力圖使 dI 盡快的跟隨其給定值 *iU ，或者說，電流內(nèi)環(huán)是一個(gè)電流隨動(dòng)子系統(tǒng)。 動(dòng)態(tài)抗擾性能分析 1：抗負(fù)載擾動(dòng) 負(fù)載擾動(dòng)作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 來產(chǎn)生抗負(fù)載擾動(dòng)的作用。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動(dòng)恢復(fù)正常。因此， *iU 作為邏輯控制環(huán)節(jié)的一個(gè)輸入信號(hào)，稱作“轉(zhuǎn)矩極性鑒別信號(hào)”。 蘭州理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 第四章 PIC16F877 單片機(jī)概述 單片機(jī)的發(fā)展和應(yīng)用 單片機(jī)的歷史發(fā)展概況 單片機(jī)技術(shù)發(fā)展十分迅速，產(chǎn)品種類已琳瑯滿目。現(xiàn)在， MCS51 已成為公認(rèn)的單片機(jī)經(jīng)典機(jī)種。 單片機(jī)發(fā)展趨勢(shì)