【正文】 ... 16 ........................................................... 16 ........................................... 16 IGBT的選擇 ........................................................ 17 ......................................................... 17 IGBT驅(qū)動電路的一般要求 .......................................... 17 IGBT的專用驅(qū)動集成電路 .......................................... 17 檢測電路設(shè)計 ......................................................... 19 電壓檢測電路設(shè)計 ................................................. 19 ................................................. 20 ......................................................... 21 A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 ..................................................... 22 ................................................... 23 本章小結(jié) ................................................................ 25 第 4章 系統(tǒng)控制算法設(shè)計 .................................................... 26 ................................................. 26 模糊控制系統(tǒng)的組成 ................................................... 26 ................................................... 27 KP、 KI、 KD的自整定要求 .................................. 28 PID參數(shù)控制器設(shè)計過程 .............................. 29 、輸出語言變量 ................................... 29 pK 、 iK 、 dK 的調(diào)節(jié)規(guī)則 ...................................... 29 模糊 PID控制程序設(shè)計 ............................................. 33 本章小結(jié) ................................................................ 35 第 5章 仿真分析 ........................................................... 36 仿真工具簡介 ......................................................... 36 常州工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 IV MATLAB ...................................................... 36 SIMULINK..................................................... 37 直流調(diào)速系統(tǒng)仿真分析 ................................................. 38 傳統(tǒng)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真分析 ....................................... 38 基于模糊 PID的直流調(diào)速系統(tǒng)仿真分析 ............................... 40 本章小結(jié) ................................................................ 47 結(jié)論 ...................................................................... 48 結(jié)束語 .................................................................... 49 參考文獻 .................................................................. 50 附錄 ...................................................................... 53 致 謝 .................................................................... 57 常州工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 1 第 1 章 緒論 直流調(diào)速的發(fā)展現(xiàn)狀及前景 直流電機由于具有良好的調(diào)速特性 ， 寬廣的調(diào)速范圍 ， 長期以來在要求調(diào)速的地方 ， 特別是對調(diào)速性能指標(biāo)要求較高的場合得到了廣泛的應(yīng)用 。 模糊控制不要求被控對象的精確模型且適應(yīng)性強，為了克服常規(guī)數(shù)字直流調(diào)速裝置的缺點，本文將模 糊控制與 PID 調(diào)節(jié)器結(jié)合，著手 fuzzyPID 復(fù)合控制方案理論研究和硬件的實現(xiàn)，設(shè)計出相關(guān)控制方案的直流調(diào)速系統(tǒng)，該方案以AT89S52 單片機為主控單元，合適的驅(qū)動電路和一些外圍電路構(gòu)成硬件系統(tǒng)；以參數(shù)模糊自整定 PID 為控制策略。 最初的直流調(diào)速系統(tǒng)是采用恒定的直流電壓向直流電動機電樞供電 ,通過改變電樞回路中的電阻來實現(xiàn)調(diào)速。雖然交流調(diào)速得到了快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，但直流電動機具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑、方便，易于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，過載能力大，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可實現(xiàn)頻繁的無級快速起制動和反轉(zhuǎn)，能滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)中各種不同的特殊運行要求，至今在金屬切削機床、造紙機等需要高性能可控電力拖動的領(lǐng)域仍有廣泛的應(yīng)用，所以直流常州工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 調(diào)速系統(tǒng)至今仍然被廣泛地應(yīng)用于自動控制要求較高的各種生產(chǎn)部門，是截止到目前為止調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。 改變電樞電路電阻的 方法缺點很多，目前很少采用 :弱磁調(diào)速范圍不大，往往與調(diào)壓調(diào)速配合使用 。 VM在調(diào)速性能、可靠性、經(jīng)濟性上都具有優(yōu)越性，成為直流調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。 由于被控對象輸出信息的獲取目前主要是位置信息 、 速度信息和部分加速度信息 。首先，傳統(tǒng) PID 無自適應(yīng)能力。盡管 PID對于簡單的線性系統(tǒng)是非常的有效，但對于具有較為復(fù)雜的過程如明顯振蕩特征、參數(shù)變化、非線性系統(tǒng)的控制效果并不好。隨著全控器件的出現(xiàn)，性能更加 優(yōu)越的直流 PWM 調(diào)速系統(tǒng)開始得到應(yīng)用，尤其是全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)出現(xiàn)后發(fā)展迅速，為智能控制應(yīng)用于直流調(diào)速提供了平臺。為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個調(diào)節(jié)器都采用 PI 調(diào)節(jié)器。 （一） 轉(zhuǎn) 速調(diào)節(jié)器不飽和 這時，兩個調(diào)節(jié)器都不飽和，穩(wěn)態(tài)時，它們的輸入偏差電壓都是零。這樣的下垂特性只適合于 0n n? 的情況。由于電機慣性的存在 ， 電機轉(zhuǎn)速很低 ， 使得轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出很快達到飽和限幅值 ， 而且維持不變 ， 這時電機開始恒加速上升。 常州工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 9 MR0R1R2C+RbVb+_V T 1V T 2V D 1V D 2V D 3V T 3V T 4V D 4單 單 單單單單單單單單單單 單 單 單 單 單 單 單單 單 單 單單 單 單 單單 單 單 單單 V單 單 單 單 單A D C 08 0 9 圖 23 調(diào)速系統(tǒng)硬件組成 傳統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器參數(shù)的計算 設(shè)計指標(biāo)及要求 某晶閘管供電的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，整流裝置采用三相橋式電路，基本數(shù)據(jù)如下： 直流電動機： 220V， 136A,1460r/min， ?C V rmin/? ，允許過載倍數(shù)?? ； 晶閘管裝置放大系數(shù)： 40s ?K ； 電樞回路總電阻： ?? ； 時間常數(shù)： sTl ? ， sTm ? ； 電流反饋系數(shù)： )(/ NIVAV ??? ； 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)： )/10(m i n / NnVrV ???? 。 按 小 時 間 常 數(shù) 近 似 處 理 ， 取i?T = sT + oiT =。 3）轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常 數(shù) ?nT。但是增量型只適用于對步進 電機的控制，因而采用既具有上述優(yōu)點又適用于控制直流電機的 改進型增量算法 ： ( ) ( 1) ( )u k u k u k? ? ? ? ( 1 ) [ ( ) ( 1 ) ] ( ) [ ( ) 2 ( 1 ) ( 2 ) ]p i du k K e k e k K e k K e k e k e k? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 數(shù)字 PID 算法實施中的問題：算法編程 ,定點運算運算速度快，但精度較低；浮點運算精度高但運算速度慢；輸出限幅 ,控制系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)都有其極限位置，與控制器對應(yīng)就有兩個極限量及最大控制量 maxU 和最小控制量 minU 。 PWM 變換器由四個絕緣柵極雙極晶體管 IGBT 和四個續(xù)流二極管組成。C。 IGBT 的專用驅(qū)動集成電路 為了使單片機發(fā)出 PWM 脈沖信號能夠控制 IGBT 的導(dǎo)通，在中間必須使用一個驅(qū)動裝置來實現(xiàn)脈沖信號的放大。 （ 2）正常關(guān)斷過程：當(dāng)光耦無輸入信號時， A 點電位上 升，使 1VT 、 2VT 導(dǎo)通， 4VT 截止， 5VT 導(dǎo)通，使 3腳電位下降， IGBT 關(guān)斷。并將檢測到的信號輸送到信息處理部分，是單片機控制系統(tǒng)的感受器官。 電流檢測采用霍爾傳感器 LA50NP 檢測直流電流； 電流霍爾傳感器分為電壓輸出和電流輸出。 測速發(fā)電機的輸出特性推倒如下： 已知直流電勢 nCE ea ?? （ 32） 當(dāng)每極總磁通 ? 為常數(shù)時，則 nEa? ，即輸出電勢與轉(zhuǎn)速成正比。本設(shè)計中由于電流檢測亦需要進行 A/D 轉(zhuǎn)換，故采用 8路輸入的 A/D轉(zhuǎn)換器0809 實現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。 ADC0809芯片的 3 位模擬量輸人通道地址碼輸入端 A、 B、 C分別接到 89S52 的 、 和 P0． 2；故只要向端口地址 7FFFH 分別寫人數(shù)據(jù) 00H～ 07H，即可啟動模擬量輸入通道 0～ 7進行 A／ D 轉(zhuǎn)換。事實上對應(yīng)于每一種輸出狀態(tài)，只要按下一個鍵，那么就可以得到一個鍵的編碼值，且具有唯一性。THEN 部分，即結(jié)論部分，是描述控制量的命題。 模糊控制系統(tǒng)的組成 一般常用 FUZZY 控制器結(jié)構(gòu) 框圖如 圖 41 所示。 模糊控制的重要概念 模糊自整定 PID參數(shù)控制系統(tǒng)是以模糊控制規(guī)則推理實時調(diào)節(jié) PID參數(shù)的一種控制系統(tǒng)。 比例系數(shù) KP的作用是加快系統(tǒng)的響應(yīng)速度，提高系統(tǒng)調(diào)節(jié)精度。 (2)當(dāng)│ E│和│ EC│為中等大小，即系統(tǒng)響應(yīng)處于圖 42輸出響應(yīng)曲線的第二階段時，為使系統(tǒng)響應(yīng)的超調(diào)減少， KP、 KI、 KD都不能取太大，應(yīng)取較小的 KI值，KP、 KD值的大小要適中。鑒于三角形隸屬度曲線形狀 簡單，計算工作量少，并且相比正態(tài)分布狀隸屬度曲線有更大的靈敏性，本文選擇其作為輸入輸出隸屬度函數(shù)，并且為便于計算機處理，將隸屬度用 [0,1]區(qū)間的整數(shù)來代替。 E PB 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 PM 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 PS 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 ZO 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 NS 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 NM 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 NB 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 常州工學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 32 表 45 模糊變量 EC 的賦值表 ec 3 2 1 0 1 2 3。調(diào)節(jié)規(guī)則表如下。 (3)當(dāng)│ E│較小，即系統(tǒng)響應(yīng)處于圖 42輸出響應(yīng)曲線的第三階段時，為使系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)態(tài)性能，應(yīng)適當(dāng)?shù)脑龃?KP和 KI的值，同時為避免系統(tǒng)在設(shè)定值附近出現(xiàn)振蕩，并考慮系統(tǒng)的抗干擾性能，適當(dāng)?shù)倪x取 KP值， 其原