【正文】 小磁通的調(diào)速控制方法調(diào)節(jié)范圍小，而調(diào)壓調(diào)速的特長(zhǎng)較多，被大規(guī)模的使用。 本文主要研究?jī)?nèi)容 根據(jù)本論文的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，應(yīng)從以下幾個(gè)方面來設(shè)計(jì)分析： 1. 雙閉環(huán)直流調(diào)速的幾種控制方法，選擇最優(yōu)控制 2. 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理及數(shù)學(xué)模型 3. 分析雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的工作原理，并畫出其動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 4. 應(yīng)用 Matlab 軟件對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行仿真和校正 5. 仿真：運(yùn)用 Simulink 工具箱對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，獲得系統(tǒng)的模型圖和動(dòng)態(tài)響應(yīng)圖。由于計(jì)算機(jī)性價(jià)比較高、可靠性較好，因此在很多領(lǐng)域得到了大量的應(yīng)用。因此轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器不能同時(shí)加到一個(gè) 調(diào)節(jié)器的輸入端， 當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速時(shí) ， 我們 希望只 需要 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋 起作用， 電流負(fù)反饋 不 發(fā)揮作用，因此我們采用雙閉環(huán) 直流電機(jī)調(diào)速 系統(tǒng) [1]。 Doubleclosedloop。為了消掉干擾，直流調(diào)速系統(tǒng)采用了閉環(huán)系統(tǒng)，而在很多種閉環(huán)系統(tǒng)中，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)有著很多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差、良好的靜動(dòng)態(tài)性能被廣泛使用。s rapid development, but DC speed control system with the advantages of good control characteristic is still the main way of motor speed control system. In order to eliminate the interference, DC speed control system using the closedloop system, and in a closedloop system, double closed loop speed regulation system has a many unique advantages: can realize stable without static error, good static dynamic performance is widely used. In order to facilitate, DC speed control system of digital control, digital control with small size, the advantages of easy to achieve widely applications. the microcontroller as the core of the DC speed control system is the most accurate, the most convenient, the fastest control method. This paper is to pave the way of basic theory of DC motor speed control system of double closed loop DC speed control system of speed regulator and current regulator are using PI control, stability can be achieved without static error and overshoot the advantages of small volume, then the use of engineering design method to better explain speed and current double closed loop speed regulation system of two adjusting design problem, by MATLAB simulation software to intuitive response speed and current work results, finally coupled with AT89C51 singlechip microputer as the control core, which makes the system realizes the digital double closed loop DC speed control system. Keywords DC motor。 通過學(xué)習(xí)《運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)》， 我們知道 單閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采用 轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和 PI 調(diào)節(jié)器 可以達(dá)到轉(zhuǎn)速無靜差，但是必須保證系統(tǒng)是在穩(wěn)定運(yùn)行的條件 。 其次微電子技術(shù)、微處理器的出現(xiàn)使得電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)從連續(xù)調(diào)速系統(tǒng)中的模擬量到離散調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字量轉(zhuǎn)化，不但提高了本身的運(yùn)算速度，而且也使系統(tǒng)直觀清晰。在中國(guó)，經(jīng)過了幾十年的發(fā)展時(shí)期，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)控制也已經(jīng)基本成熟，然而時(shí)下還在趕超著發(fā)達(dá)國(guó)家，為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字化不斷發(fā)展。這種方法調(diào)速范圍較小，動(dòng)態(tài)響應(yīng)較慢，而且是讓電動(dòng)機(jī)從額定轉(zhuǎn)速向上變速，屬于恒功率調(diào)速方法。 2. 靜止 變流裝置（ VM 系統(tǒng) )， 此方式是 通過 去 調(diào)節(jié) 晶閘管的 觸發(fā)裝置 GT 的控制電壓來達(dá)到 改變 dU ，從而實(shí)現(xiàn) 調(diào)速系統(tǒng)的 平滑調(diào) 節(jié) ， 此方法快速性能 、 動(dòng)態(tài)性能較好。 圖 21 三相橋式全控整流電路原理圖 調(diào)速系統(tǒng)的靜動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo) 系統(tǒng)調(diào)試效果的優(yōu)劣取決于 調(diào)速 系統(tǒng)的性能，因此必須選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。 因此可得出結(jié)論 ,D 和 s 這兩項(xiàng)指標(biāo)不能單獨(dú)存在的，在調(diào)速過程中， 讓額定轉(zhuǎn)速降落相同，則降低轉(zhuǎn)速，靜差率就會(huì)變大。峰值超過穩(wěn)態(tài)值的百分哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 7 數(shù)比值叫超調(diào)量，即 %100m a x ?????C CC? (28) 系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性便是由超調(diào)量來反應(yīng)的，即要想系統(tǒng)的相對(duì)穩(wěn)定性越好 ，則超調(diào)量就得越小。 (2) 恢復(fù)時(shí)間 vt 標(biāo)準(zhǔn)階躍函數(shù)使用時(shí)從第一次出現(xiàn)擾動(dòng)作用開 始，最后到輸出量達(dá)到穩(wěn)定值，與新穩(wěn)態(tài)值 ∞C 的差值在某個(gè)基準(zhǔn)值 bC 的 5177。而后穩(wěn)定運(yùn)行時(shí) ,讓系統(tǒng)只有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋?zhàn)饔谩? 晶閘管觸發(fā)裝置的整流傳函 晶閘管觸發(fā)裝置的整流環(huán)節(jié) 在一定的工作范圍內(nèi) 可看成 是一個(gè) 電壓響應(yīng)超前電流的環(huán)節(jié)，屬于 純滯后環(huán)節(jié)。最后又詳細(xì)介紹了雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型構(gòu)成，為后面的內(nèi)容做好了鋪墊！ 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 12 第 3章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)參數(shù)的選擇 該電動(dòng)機(jī)選擇直流電動(dòng)機(jī)，由晶閘管供電，整流裝置選擇三相橋式電路，其各個(gè)參數(shù)如下：直流電動(dòng)機(jī)額定電壓 U=220V,額定電流 I=140A,額定轉(zhuǎn)速 n=2020r/min，電動(dòng)勢(shì)系數(shù) eC = rV min/? ，過載倍數(shù) λ =；晶閘管放大倍數(shù)為 sK =60；電樞回路總電阻 R= Ω ； 設(shè)電磁 時(shí)間常數(shù)lT =，機(jī)電時(shí)間常數(shù) mT =；由于采用三相橋式電路，其滯后時(shí)間常數(shù) sT =； 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖應(yīng)該是在原來的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖基礎(chǔ)上增加了電流濾波環(huán)節(jié)、轉(zhuǎn)速濾波環(huán)節(jié)和給定信號(hào)上的濾波環(huán)節(jié)。 其次由 節(jié) 中給出的各個(gè)參數(shù)可知 sT =，電流濾波時(shí)間常數(shù)oiT 滿足三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是 ，因此 oiT =2ms=。靜態(tài)指標(biāo)滿足轉(zhuǎn)速無靜差，動(dòng)態(tài)指標(biāo)滿足空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量 nσ 小于等于10%。 ASR 應(yīng)該回歸計(jì)算飽和超調(diào)。當(dāng)建模，對(duì)系統(tǒng)的理解和找到合適的模塊，然后設(shè)置參數(shù)，以達(dá)到良好的仿真結(jié)構(gòu) [14]。 從圖 43 你可以看到， KT = ，目前無超調(diào)，但較長(zhǎng)的上升時(shí)間。 圖 46 轉(zhuǎn)速環(huán)空載高速啟動(dòng)下的仿真結(jié)果 由圖可看出轉(zhuǎn)速最終穩(wěn)定于額定轉(zhuǎn)速。 故 數(shù)字化雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖 51 所示。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 3. P2 口（ 2128） ： P2 口 內(nèi)部有上拉電阻，并且是 8 位雙向 的 I/O口， P2 口當(dāng)用于 16 位地址進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。 ADC0809 是 具備 A/D 轉(zhuǎn)換器 為 8 位 、多路開關(guān) 為 8 路 ，它是可以和單片機(jī)直接接口。 Inter8253 有較多特殊的特點(diǎn)，下面就可編程計(jì)時(shí) /計(jì)數(shù)器 intel8253 的功能進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。 4. Intel8253 芯片中 具有 3 個(gè) 各自工作 的計(jì)數(shù)通道， 它們都 采用 門控信號(hào)有效時(shí)，每輸入一次脈沖作 減 1 的 計(jì)數(shù)方式。 本論文主要分下列幾點(diǎn)介紹了數(shù)字化雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。 運(yùn)用計(jì)算機(jī)控制后，使得調(diào)速系統(tǒng)變?yōu)閿?shù)字化控制，用單片機(jī)控制的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)有很多優(yōu)點(diǎn)，例如：性價(jià)比高、精確度特別高、較高的系統(tǒng)可靠性，方便簡(jiǎn)單的制作操作、電機(jī)運(yùn)行的動(dòng)態(tài)性能較高等。真心的謝謝你們！ 最后我要感謝在此次畢業(yè)論文中幫助我的朋友們和在遠(yuǎn)方的父母親，是你們的鼓勵(lì)才讓我能夠堅(jiān)定信心我能順利并成功的完成。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 28 致謝 首先，非常感謝我的指導(dǎo)老師侯甲童老師，是侯老師的悉心指導(dǎo)才使我順利的完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，侯老師 學(xué)識(shí)淵博，為人和藹可親。 2. 其次本文介紹了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的幾種控制方法并選擇出最優(yōu)控制方案 、直流電機(jī)雙閉環(huán)性能指標(biāo)、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理、數(shù)學(xué)模型（穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)）。 本章小結(jié) 本章首先主要介紹了數(shù)字化雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，并對(duì) AT89C51 單片機(jī)的引腳功能和工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。下圖 54 為可編程的定時(shí) /計(jì)數(shù)器 Intel8253的功能引腳圖。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 ADC0809 芯片的 28 腳的雙列直插式封裝，其引腳功能如圖 53 所示來表示 。 表 51 P3 口的特殊功能 引腳名稱 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） 0INT (外部中斷 0 輸入 ) 1INT （外部中斷 1 輸入） T0（定時(shí)器 0 的外部輸入） T1（定時(shí)器 1 的外部輸入） WR （ CPU 至片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 “寫選通控制 ”輸出） RD （ CPU 至片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 “讀選通控制 ”輸出） 5. ALE/PROG（ 30） ： 當(dāng) 數(shù)據(jù) 訪問 的是 外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存 的字節(jié)為 低位 字節(jié)。數(shù)字化雙閉環(huán)輸出設(shè)備用于結(jié)果的輸出 [18]。 圖 47 轉(zhuǎn)速環(huán)空載運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)突加負(fù)載的仿真結(jié)果 由圖可看出此時(shí)有擾動(dòng)波。三個(gè)數(shù)字的比較可以發(fā)現(xiàn)在第二階段增加電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，電流值小于NI? = 210A，因?yàn)?這次是干擾電機(jī)的反電勢(shì) [15]。 圖 41 電流環(huán)仿真模型 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 16 電流環(huán)的仿真結(jié)果曲線 當(dāng) KT= 時(shí)， 此時(shí) PI 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 ?，把結(jié)束時(shí)間設(shè)為 ，此時(shí)電流環(huán)仿真結(jié)果如下圖 42 所示。 由附 錄 中表 3 可知當(dāng) h=5 時(shí)，% =Δ bCC ， m nNNbn TTnnzCC ∑ΔΔ= ))((2 m a x λσ ， 由 節(jié) 的 數(shù) 據(jù) 可 知%10% 1 7 0 0 01 3 4 0% ????????n? 。已知 =∑iITK，由于電流環(huán)可以作為速度環(huán)、電流環(huán)的一個(gè)子部分可以等效時(shí)間常數(shù)設(shè)置為IK1 ，則 sTK iI 1 ==∑= ， 速度濾波時(shí)間常數(shù) onT =，哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 14 因此速 度 環(huán)小時(shí)間常數(shù)onIn TKT +=∑ 1，即 sssTn 0 1 7 0 7 ????，可取 h=5，則 ASR 的超前時(shí)間常數(shù)為 ????? nn hT? s 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù) m i n )/2 0 0 0/10(m i n /0 0 rVrV ???? 。 計(jì)算 電壓的抗擾性能： ≈≈∑ilTT ，滿足各項(xiàng)指標(biāo) 。A S R A C Rn ( s )11on ?T*nU 11?sToi 1?sTKss1/1?sTRl sTRm eC1 )(sIdL+)(sUi+)(sUc)(0sUd+E ( s )+)(sId1?sT oi?1?sT on? 圖 31 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 圖中的 oiT 表示電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)；圖中的 onT 表示轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)；從圖中可見在電流環(huán)上加了電流濾波環(huán)節(jié)，在轉(zhuǎn)速環(huán)上加了轉(zhuǎn)速濾波環(huán)節(jié)，在兩個(gè)給定信號(hào)上同樣加了濾波環(huán)節(jié)。 咱們可以按mfTs 1max =這個(gè)公式來表示，由公式可以看出 最大失控時(shí)間 與 交流電源頻率 f 和 一周內(nèi)整流電壓的脈動(dòng)波數(shù) m 有關(guān)； 當(dāng)電流在連續(xù)的狀態(tài)下，我們可把晶閘管整流觸發(fā)裝置看成一階慣性環(huán)節(jié)，因此它的傳函可寫成下式（ 215）； sTKsW Sss +≈ 1