【正文】 設(shè)計(jì)最后通過MATLAB 系統(tǒng)仿真取得了良好的結(jié)果，各項(xiàng)性能指標(biāo)都能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的要求。在此，我對和小河的培養(yǎng)和幫助深表感謝！ 非常感謝老師們，他們不但在大學(xué)三年中指導(dǎo)我們學(xué)習(xí)和生活，而且在完成論文期間給我許多幫助和建議，他們兢兢業(yè)業(yè)、對工作認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度為我做出了好的表率，時刻鞭策著我向他們學(xué)習(xí)。單片機(jī)原理及應(yīng)用 [M]。 [5]周淵深。上海：復(fù)旦大學(xué)出版社， 1994。 Singlechip microputer principle and interface technology[M]。北京：清華大學(xué)出版社， 1982 [14]黃柯棣。（美） ： Mechanical industry press， 1992 [18]Leonard Bobrow。北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1992 [16]邵丙衡。北京：中央廣播電視大學(xué)出版社， 1984 [12]楊興姚。 [9]教育部高等教育司，北京市教育委員會。微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù) [M]。北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 20xx。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 47 參考 文獻(xiàn) [1]陳伯石。當(dāng)然在本西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 45 次設(shè)計(jì)中還有需要改進(jìn)和完善的地方，比如可以進(jìn)一步完善系統(tǒng)的故障檢測和保護(hù)，使故障檢測更加全面和高效，還 可以設(shè)計(jì)一個 UPS電源，防止在斷電的情況下造成系統(tǒng)損害，保證生產(chǎn)的連續(xù)運(yùn)行。用軟件編程完成電流、轉(zhuǎn)速等各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化調(diào)節(jié)。下面分析一下仿真的結(jié)果。本次系統(tǒng)仿真采用后一種方法。 圖 67 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序框圖 其它中斷處理程序設(shè)計(jì) 中斷服務(wù)程序是控制系統(tǒng)軟件的核心，它將完成大部分計(jì)算以及控制任務(wù)， INT1 中斷處理程序比較簡單，它完成 A/D 數(shù)據(jù)讀入操作。當(dāng)電流斷續(xù)時情況不同，由于電感對電流的延緩作用已在一個波頭結(jié)束，平均電壓突變后，下一個波頭的平均電流便也立即隨電壓變化。 圖 62 電流環(huán)中斷服務(wù)程序簡化框圖 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 37 （ 1） 鎖零單元程序設(shè)計(jì) 為防止電機(jī)慢速爬行，一般模擬晶閘管都設(shè)有鎖零單元。在數(shù)字測速中，硬件電路只能對編碼器輸出脈沖起到整形、倍頻的作用，往往用軟件來實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波。 式（ 63）表述的差分方程為位置式算法， u(k)為第 k 拍的輸出值。其 Gs（ s）由圖 513 求之，它實(shí)際上是速度環(huán)的控制對象。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行為 初態(tài)，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)到零時為平衡狀態(tài)，即當(dāng)速度給定突然變?yōu)榱銜r尋找制動過程最優(yōu)控制律。)(1 )(39。因此，可以認(rèn)為反電勢對電流產(chǎn)生的影響很小，令△ E=0，則圖 53 通過結(jié)構(gòu)圖變換，簡化為圖 53。同步校正由 80C31 的定時器 T0和外部中斷 0INT 實(shí)現(xiàn)。因此， M/T 法測速能適應(yīng)的轉(zhuǎn)速范圍明顯大于前兩種，是目前廣泛應(yīng)用的一種測速方法。 采用旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)字測速方法有三種： M 法、 T 法和 M/T 法。增量式編碼器在碼盤上均勻地刻制一定數(shù)量的光柵，如圖西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 22 43 所示，當(dāng)電動機(jī)旋轉(zhuǎn)時，碼盤隨之一起轉(zhuǎn)動。 速度測量 速度檢測有模擬和數(shù)字兩種檢測方法。另外利用一片 74LS374 的多余輸出線，外接兩個 LED 發(fā)光管，一 個用于顯示工作正常與否，它每隔 1 秒 閃亮一次；另一個用于顯示是否處于運(yùn)行狀態(tài)。 對于快速性和控制精度要求較低的調(diào)速系統(tǒng)，可選用高性能 8位單片機(jī)，如 Inter 的 MCS51 或者 Motorola 的 M68HC0 M68HC11，其中后者有 16 位運(yùn)算功能，并有片內(nèi) 8 位高速 A/D 和 16 位多功能定時器系統(tǒng)，還有 Watchdog 等各種其他外用功能，非常適合于調(diào)速控制系統(tǒng)。如果控制角α與控制輸出 uk 為線性關(guān)系，則輸出電壓 ud 與控制輸出 Uk 之間為非線性關(guān)系（余弦關(guān)系），這是我們所 不希望的。 控制算法 設(shè)相鄰控硅之間觸發(fā)脈沖間距角為Δ。所謂絕對觸發(fā)方法就是指觸發(fā)脈沖形成的時刻都直接取決于基準(zhǔn)時刻點(diǎn)。 主電路及保護(hù)電路原理圖 圖 31 主電路及保護(hù)電路原理圖 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 17 第 4 章 控制電路與單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 晶閘管觸發(fā)控制電路設(shè)計(jì) 晶閘管觸發(fā)方法 晶閘管三相全控橋式整流電路簡圖如圖 41 所示。因此，應(yīng)在直流側(cè)串入平波電抗器，用來限制輸出電流的脈動量。在容量較小系統(tǒng)中，也可把接晶閘管的導(dǎo)線繞上一定圈數(shù)，或在導(dǎo)線上套上一個或幾個磁環(huán)來代替橋臂電抗器。因此作用于晶閘管的正相電壓上升率應(yīng)有一定的限制。允許偏差 +10％（ 484V）。 S=， U2=120V Iem 取值：當(dāng) S=1~10KVA 時，對應(yīng)的 Iem=4~1，所以 Iem 取 3。 由表查得 K=，考慮 ~2 倍的裕量 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 12 取 ? ? AAVTI 5? 。選擇過大又會造成延遲角α加大，功率因數(shù)變壞，整流元件的耐壓升高，增加了裝置的成本。顯然靜特性優(yōu)于單閉環(huán)系統(tǒng)。而且工作可靠，能耗小，效率高。靜止可控整流器又稱 VM 系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT 的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變 Ud，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，且控制作用快速性能好，提高系統(tǒng)動態(tài)性能。所以直流電機(jī)的控制是一門很實(shí)用的技術(shù)。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。實(shí)時控制結(jié)果表明，本數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電流和轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)的恒速調(diào)節(jié)，并具有結(jié)構(gòu)簡單，控制精度高，成本低，易推廣等特點(diǎn)，而且各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)于模擬直流調(diào)速系統(tǒng)，從而能夠?qū)嶋H的應(yīng)用到生產(chǎn)生活中，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。 近年來由于微型機(jī)的快速發(fā)展，國外交直流系統(tǒng)數(shù)字化已經(jīng)達(dá)到實(shí)用階段。最后進(jìn)行軟件編程、調(diào)試以及計(jì)算機(jī)仿真。直流電機(jī)，大體上可分為 3 類：幾相繞組的步進(jìn)電機(jī)、永磁式換流器直流電機(jī)、伺服電機(jī)、 直流電機(jī)具有良好的啟動性能和調(diào)速特性，它的特點(diǎn)是啟動轉(zhuǎn)矩大，最大轉(zhuǎn)矩大，能在寬廣的范圍內(nèi)平滑、經(jīng)濟(jì)地調(diào)速，轉(zhuǎn)速控制容易，調(diào)速后效率很高。直流斬波器和脈寬調(diào)制交換器采用PWM 受器件各量限制，適用于中、小功率的系統(tǒng)。同時，由于電機(jī)的容量較大，又要求電流的脈動小。在動態(tài)性能方面，雙閉環(huán)系統(tǒng)在起動和升速過程中表現(xiàn)出很快的動態(tài)跟隨性，在動態(tài)抗擾性能上，表現(xiàn)在具有較強(qiáng)的抗負(fù)載擾動，抗電網(wǎng)電壓擾動。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，采用公式： ? ?BAUU d?~12 ? 由表查得 A=；取ε =；α角考慮 10176。故選晶閘管的型號為 75?pK 。 耐壓≥ = 120 2 = 選取 20181。 3）閘管及整流二極管兩端的過電壓保護(hù) 查下表： 表 31 阻容保護(hù)的數(shù)值一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選定 晶閘管額定電流 /μ A 10 20 50 100 200 500 1000 電容 /μ F 0.1 0.15 0.2 0.25 0.5 1 2 電阻 /Ω 100 80 40 20 10 5 2 抑制晶閘管關(guān)斷過電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路方法。造成電壓上升率 dtdu/ 過大的原因一般有兩點(diǎn)：由電網(wǎng)侵入的過電壓；由于晶閘管換相時相當(dāng)于線電壓短路，換相結(jié)束后線電壓有升高，每一次換相都可能造成 dtdu/ 過大。所以為了防止 dtdi/ 和 dtdu/ ，每個橋臂上串聯(lián)一個 30μH的電感。 3）電動機(jī)電感量 DL 和變壓器漏電感量 TL 電動機(jī)電感量 DL （單位為 mH）可按下式計(jì)算 4）實(shí)際串入電抗器的電感量 如上述條件均需滿足時，應(yīng)取 1dL 和 2dL 中較大者作為串入平波電抗器的電感值，所以本電路選取 2dL =6 mH 作為平波電抗器的電感值。 圖 41 三相全控橋式整流電路 圖 42 三相電壓曲線 三相全控橋式整流電路共有六個晶閘管，它們分為共陰極和共陽極兩組。對三相全控橋式整流電路，在交流電的一個周期內(nèi)需要6個（或者 3 個）基準(zhǔn)點(diǎn)。在穩(wěn)定情況下，Δ =600。如要求觸發(fā)整流環(huán)節(jié)為一個西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 19 放大系數(shù)為 Ks 的線性環(huán)節(jié)。 綜上，本系統(tǒng)采用 Inter 的 MCS51 中的 80C31 單片機(jī)。使用 80C31 的雙閉環(huán)數(shù)字直流調(diào)速控制系統(tǒng)的硬件電路圖見附頁 1 所示。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。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(jì)算轉(zhuǎn)速。 1： M法測速。綜上所述，本系統(tǒng)的速度測量采用數(shù)字 M/T 法測速。此同步電路是由 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。 圖 53 簡化的電流環(huán)結(jié)構(gòu)圖 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 27 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) （ 1） 閘管傳遞函數(shù) 一般三相橋式電路晶閘管最大失控時間在 0∽ 之間隨機(jī)分布 ,取其平均值 ,即 T SCR=。)()(zfiGLSGzLTD zLSGzLTDzLBD ?? （ 51） 上式中 DLT(z)為電流調(diào)節(jié)器的 Z 變換 , )(39。 速度調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) （ 1） 速度環(huán)的狀態(tài)方程 由圖 53,再考慮加入給定濾波器（為了減少超調(diào)量） ,速度環(huán)被控對象結(jié)構(gòu)圖如圖 58 所示。 圖 512 數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)框圖 圖 513 速度環(huán)被控對象結(jié)構(gòu)圖 （ 4）速度環(huán)穩(wěn)態(tài)誤差分析 （ 5）速度環(huán)采樣周期的選擇 我們選擇速度環(huán)采樣周期為 ～ 。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。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。這里用計(jì)算機(jī)軟件來實(shí)現(xiàn)。 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)。為了簡化程序，也可以使用程序詢問方式來讀入 ADC0808 的數(shù)據(jù)。 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路模型主要由交流電源、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管直流橋、平波電抗器、直流電動機(jī)等部分組成。 啟動過程的第一階段是電流上升階段，突 加給定電壓， ASR 的輸入很大，其輸出很快達(dá)到限幅值，電流也很快上升，接近其最大值。 本設(shè)計(jì)采用采用了 MCS51 系列中的 8031 單片機(jī)，在此單片機(jī)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)中，速度給定、速度反饋和電流反饋信號是通過模擬光電隔離器、 A/D 轉(zhuǎn)換 器送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)按照已定的控制算法計(jì)算產(chǎn)生脈沖，經(jīng)并行口、數(shù)字光電隔離器、功率放大器送到晶閘管的控制級，以控制晶閘管輸出整流電壓的大小，平穩(wěn)的調(diào)節(jié)電動機(jī)的速度。同時也可以設(shè)計(jì)一個鍵盤輸入電路，來完成各項(xiàng)參數(shù)的有效輸入。電力拖動自動控制系統(tǒng) [M]。 [4]何立民。北京：電子工業(yè)出版社， 20xx。高等學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)手冊 [M]。電動機(jī)調(diào)速的原理及系統(tǒng) [M]。北京電力電子技術(shù) [M]。 Power electronic devices and application manual[M]?？刂葡到y(tǒng)數(shù)字仿真 [M]。 [10]caihanhu。單片微機(jī)控制技術(shù) [M]。北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 1991。 [2]徐維祥。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 46 致 謝 各位老師，在這里我向我的導(dǎo)師表示深深的謝意，同時，我要感謝其他的代課老師對我們的學(xué)習(xí)和工作嚴(yán)格要求，并耐心地教導(dǎo)激勵我們積極進(jìn)取，培養(yǎng)我們形成良好的科研作風(fēng)，所有這些，我們將終生受益。數(shù)字測速不僅精度