【正文】 常數(shù)。電動機(jī)最大起動電流為 ,而速度調(diào)節(jié)器輸出限幅為 ,則 KLF = ,其傳遞函數(shù)為 10 0 1 2 1 )( ???? ssLFT LFKsfiG （ 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)。 = 這里設(shè)電流環(huán)采樣周期 T LT = 。 ?? ?? zz zzLSG ))()(( 0 0 )(39。為此，我們提出按二次型性能指標(biāo)最優(yōu)控制來設(shè)計速度調(diào)節(jié)器。 m 正定或半正定對稱陣。 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 : ????????????????UxxiTiKxiTxxmTmKx3321221??? 相應(yīng)狀態(tài)方程為 : ? ????????????????????????????????????????????????????????CXXYUxxxiTiKiTmTmKxxxX1001003210001000213???? 其 中 : 廈門南洋職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 34 ? ?? ?0,0,11,0,00000001000375222)m i (m i m i ??????????????????????????????????????????????CTBiTiKiTmTmKAsCeCGDeRmTmkgGDAmNmNrAVeCCrVHnDRHIHUeCVreCRmK??? 把 A,B 代入式 (521)得 [B ┊ AB┊ A2B] = ???????????001108 39 113 62 300 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)的各種功能初始廈門南洋職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 40 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 個控制數(shù)據(jù)等的初始化，然后循環(huán)定時執(zhí)行速度環(huán)和電流環(huán)的計算，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，迫使電動機(jī)停止（爬行），其程序框圖如圖 63所示。若用計算機(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。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，再計算實(shí)際轉(zhuǎn)速，完成 PI 調(diào)節(jié)，最后啟動轉(zhuǎn)速檢測，為下一步調(diào)節(jié)作。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)時是慣性環(huán)節(jié)，電流斷續(xù)時就成了比例環(huán)節(jié)。這里用計算機(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 )2)(1()()()(1 1)( ???? ???????? zzzz zzzzzGSGzfnGzSTDzEG 當(dāng)給定為單位階躍輸入時有 011 1)()11(1lim)( ?????????? zzEGzze 當(dāng)給定為速度輸入時有 2)11( 100 9 )()11(1lim2)11( 1)()11(1lim)( ??? ????????? ???????? z zzEGzzz zSTTzEGzze 當(dāng)給定為加速度輸入時有 廈門南洋職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 38 ???? ???????? 3)11( )21(20 0 )()11(1lim)( z zzzEGzze （ 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 242)( 13 5 9 3)( ??? ssSG 則有 : )(), in (21),1m in (21)1(11)1()1(22ssstSTTssssst??????????????? 我們選擇速度環(huán)采樣周期為 ～ 。 廈門南洋職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 35 圖 59 速度環(huán)狀態(tài)反饋框圖 由于本設(shè)計是在速度給定降為零時 ,尋找制動過程最優(yōu)控制律 ,因而令UGn = 0, 此時圖 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) 的一個環(huán)節(jié)來處理。 其中 Q 為 n179。但是此時速度反饋來不及跟上速度給定，即 Ugn＞ Ufn，則 ST 仍然處于飽和限幅，故速度環(huán)工作在開環(huán)狀態(tài)，速度繼續(xù)上升，只有當(dāng) Ugn＜ Ufn 時， ST 才退出飽和限幅，這時才真正構(gòu)成速度閉環(huán)，直到穩(wěn)態(tài)為止。 zLSG 為電流環(huán)控制對象的 Z 變換 , )(39。 = (s) τ D=TD = (s) 這樣可得 : ss ssLTD 1 0 1 )( ???? 令 K0=,K,=,則有 DLT(s)=K0 + K’ /s (512) 式（ 512）是一個 PI 調(diào)節(jié)器 ,可以導(dǎo)出離散化方程和差分方程 : 離散化方程 : ????kiieKkeKkC021 (513) 差分方程 : Ck =Ck1+(K1+K2)ekK1ek1 （ 514） 其中 , K1 = K0K,TLT =179。 廈門南洋職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 28 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 10 0 1 )( ???? ssS C RT S C RKsS C RG （ 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 般時間常數(shù)在 1∽ 2ms 之間。 = TD= Lε / Rε =直流電動機(jī)軸上的力矩方程為 M MFZ = Cμ ID Cμ IFZ = （ GD2 / 375）178。此同步電路是由廈門南洋職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 24 LM339 構(gòu)成的過零比較器電路和一個光電耦合器及一個反相器組成的。 綜上所述，本系統(tǒng)的速度測量采用數(shù)字 M/T 法測速。 2： 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(jī)，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(jī)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 M M+1 M+2 M+3 M+4 M+5 X X 0 1 1 1 1 0 X X 1 1 1 1 0 0 X X 1 1 1 0 0 1 X X 1 1 0 0 1 1 X X 1 0 0 1 1 1 X X 0 0 1 1 1 1 SCR6,1 SCR1,2 SCR2,3 SCR3,4 SCR4,5 SCR5,6 單片機(jī)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(jī)。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： 廈門南洋職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 19 ud= =Ksuk 即有 cosα = KsUk/=udmaxuk/ = minuk/ =cosα minuk/ ukmax=λ uk α =arcos(λ uk) (44) 式中，λ =cosα min/ ukmax 是一個與最小控制角α min 和最大控制輸出 ukmax 有關(guān)系的常數(shù)。當(dāng)α由α k1 變?yōu)棣?k 時，應(yīng)有： Δ =α kα k1+600 在控制時，一般均使用單片機(jī)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(zhǔn)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 raL 和平波電抗器 DL 分設(shè)的方案比較經(jīng)濟(jì)，故采用較為普遍。 廈門南洋職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 15 本設(shè)計中取 DK = DU =230V、 DI =、 n=1000r/min、 p=1 3102 ?? DDdD pnIUKL = 2308 ????? = 變壓器漏電感量 TL （單位為 mH）可按下式計算 DshTT IUUKL 100 2? 式中 TK －計算系數(shù)，查表可得 shU －變壓器的短路比，一般取 5～ 10。 min211 dIUKL ? 式中 1K －與整流電路形式有關(guān)的系數(shù)，可由表查得； mindI －最小負(fù)載電流，常取電動機(jī)額定電流的 5％～ 10％計算。 產(chǎn)生 dtdi/ 過大的原因，一般有：晶閘管導(dǎo)通時，與晶閘管并聯(lián)的阻容保護(hù)中的電容突然向晶閘管放電；交流電源通過晶閘 管向直流側(cè)保護(hù)電容充電；直流側(cè)負(fù)載突然短路等等。 1） 交流側(cè)快速熔斷器的選擇 I2= 選取 RLS10 快速熔斷器，熔體額定電流 6A。 179。 230=414460V 選 MY31440/5 型壓敏電阻。 2 179。 106=179。 179。 3179。 錯誤 !未指定書簽。 ③關(guān)鍵、重大設(shè)備，電流裕量可適當(dāng)選大些。 廈門南洋職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 10 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(shí)行串級聯(lián)接，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在起動過程中只有電流負(fù)反饋，而它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不同時加到一個調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只靠轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不靠電流負(fù)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。考慮使電路簡單、經(jīng)濟(jì)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(jī) 雙閉環(huán) 直流調(diào)速系統(tǒng) 數(shù)字方式 廈門南洋職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 4 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 單片機(jī)部分的組成 ……………………………………………………… ...5 時鐘電路 ………………………………………………………… .7 復(fù)位電路 ………………………………………………………… .8 存儲器 ……………………………………………………………… .8 外部中斷源 ………………………………………………………… .9 定時器 /計數(shù)器 …………………………………………………… .11 單片機(jī)的擴(kuò)展 ………………………………………………………………… .12 程序存儲器的擴(kuò)展 ……………………………………………… ..13 數(shù)據(jù)存儲器的擴(kuò)展 ……………………………………………… ..14 可編程鍵盤 /顯示器 ………………………………………… 16 模擬量與數(shù)字量的轉(zhuǎn)換 ………………………………………… .24