【正文】 ） ； DCU =（ ~ ） 110V= 242~198 V 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 22 選 MY31230/5型壓敏電阻。因此作用于晶閘管的正相電壓上升率應(yīng)有一定的限制。快速熔斷器可以安裝在直流側(cè)、交流側(cè)和直接與晶閘管串聯(lián)。 基于 MCS96 系列80C196KC單片機(jī)的控制系統(tǒng)硬件功能總體框圖如圖 51所示。此外， 80C196KC 的六個(gè)HSO 通道正好可以輸出六個(gè)觸發(fā)晶閘管的脈沖，因此我們選用它來構(gòu)成數(shù)字直流電源的控制 模塊 。三個(gè)同步電壓分別經(jīng)電壓比較器 LM339 變?yōu)?S1， S2， S3，三個(gè)方波信號(hào)，若以“ 1”表示高電平，以 60o為單位時(shí)間，則 S1， S2， S3 的波形在電源一個(gè)正弦波周期 (6 個(gè)相帶 )內(nèi)分別組成 6 種態(tài)： 001101100110010011， 80C196KC 通過 。同步信號(hào)電路的主要任務(wù)是為數(shù)字觸發(fā)脈沖輸出提供一個(gè)同步信號(hào)作為相位基準(zhǔn)。單片機(jī)集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換（ A/D）、高速輸入口（ HSI）、高速輸出口（ HSO）等外圍電路，能夠降低硬件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 （二） 電流上升率 di/dt：導(dǎo)通時(shí)電流上升率太大，則可能引起門極附近過熱，造成晶閘管損壞。限制過大可在電源輸入端串聯(lián)電感和在晶閘管每個(gè)橋臂上串聯(lián)電感，利用電感的濾波特性，使 其 降低。 （ 3）晶閘管及整流二極管兩端的過電壓保護(hù) 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。 1 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA2D a t e : 7 J un 2 0 0 7 S he e t o f F i l e : E : \畢業(yè)設(shè)計(jì) \電路圖 \ M y D e s i g n . d db D r a w n B y:RVTB 圖 41 交流側(cè)保護(hù)電路 S=， U2=120V C≥6 emI S/ 2U 2= 6 12 13842/1202= 181。 采取 正確的保護(hù) 措施 是晶閘管裝置可靠地運(yùn)行 的必要條件 。 晶閘管的額定電壓 晶閘管實(shí)際承受的最大峰值電壓 TmU ，乘以（ 2～ 3）倍的安全裕量，參照標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)，即可確定晶閘管的額定電壓 TNU ，即 TNU =（ 2～ 3） TmU ， 整流電路形式為三相全控橋，而26TmUU? ，則 VVU TN 882~5881206)3~2( ??? ， 取 TNU ? 800V 晶閘管的額定電流 選擇晶閘管額定電流的原則是必須使 晶閘管 允許通過的額定電流有效值大于實(shí)際流過 的 電流最大有效值 ，即 ()T AV dBI KI? ， 考慮（ ～ 2） 倍 的裕量 。 變壓器二次側(cè)電壓 U2的計(jì)算 U2 是一個(gè)重要的參數(shù)，選擇過低就會(huì)無法保證輸出額定電壓 ， 選擇過 高 又會(huì)造成延遲角 ?加大，整流元件的 承受電壓 升高，增加了裝置的成本 。 對(duì)于晶閘管整流器，它本身是一個(gè)時(shí)滯環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)可以表示為 () zszzW s K e ??? （ 317） 式中 zK 管整流器放大倍數(shù)； z? 閘管整流器時(shí)間常數(shù)。假設(shè)電機(jī)補(bǔ)償良好，不計(jì)電樞反應(yīng)、禍流效應(yīng)和磁滯等因素帶來的 影響，并設(shè)勵(lì)磁電流恒定，得直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型為： dd d d d edIU L I R C ndt? ? ? （ 310） 式中 dU 電樞電壓； dL 電樞回路電感； dI 電樞電流； dR 電樞回路總電阻； eC 由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電勢(shì)系數(shù)，單位為 min/VWb r? n電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。由于本文的 PID控制算法的輸出量要控制晶閘管的輸出電壓，此類對(duì)象適合用位置式 PID控制算法，所以下面主要介紹位置式 PID控制算法。積分作用度強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù) IT ， IT 越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。 它是一種基于負(fù)反饋的控制方法，不僅在模擬調(diào)節(jié)器得到了廣泛應(yīng)用，而且更適合于單片機(jī)控制系統(tǒng)。 電動(dòng)機(jī)的供電方式的選擇 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)供電方案選擇晶閘管三相全控橋整流電路，具體將在第四章討論。交流側(cè)電流通過電流互感器的作用，經(jīng)采樣， A/D轉(zhuǎn)換連到單片機(jī)。 調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)可分為跟隨性能指標(biāo)和抗擾性能指標(biāo)兩種。同時(shí)，由于電機(jī)的容量較大，又要求電流的脈動(dòng)小。通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT 的控制電壓來移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變 dU ，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，且控制作用 的 快速性能好，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。此種方法使電動(dòng)機(jī)從額定轉(zhuǎn)速向上變速，屬于恒功率調(diào)速方法，動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，調(diào)速范圍小。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 4 2 直流調(diào)速 系統(tǒng) 理論研究和 方案 確定 本設(shè)計(jì) 的 主電路 供電方案 采用晶閘管三相全控橋整流電路，控制電路由軟件實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，取代傳統(tǒng)的雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。在數(shù)字化系統(tǒng)中 ， 除具有常規(guī)的調(diào)速功能外 ， 還具有故障報(bào)警 ， 診斷及 數(shù)據(jù)采集和顯示 等功能 ， 同時(shí) ， 數(shù)字系統(tǒng)通常具有較強(qiáng)的通信能力 和較強(qiáng)的抗干擾能力 。 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。調(diào)速系統(tǒng)的控制方案是依靠軟件程序來實(shí)現(xiàn) ，軟件的模塊化結(jié)構(gòu)可以實(shí)時(shí)增加、更改、刪減應(yīng)用程序，當(dāng)時(shí)及系統(tǒng)變化時(shí)也可以徹底更新，軟件控制的這種靈活性大大增強(qiáng)了控制器對(duì)被控對(duì)象的適應(yīng)能力，使各種新的控制策略和控制方法得到實(shí)現(xiàn)。 由于直流電動(dòng)機(jī)的電壓、電流和磁通的耦合較弱，使直流電動(dòng)機(jī)具有良好的運(yùn)行性能和控制特性，能夠在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，啟動(dòng)、制動(dòng)性能良好，其在 20 世紀(jì) 70 年代以來一直在高精度，大調(diào)速范圍的傳動(dòng)領(lǐng)域內(nèi)占據(jù)主導(dǎo)地位。 并且 介紹了直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的功能和特 性 ，分析 了 雙閉環(huán) PID 控制的 調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，確定了電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的比例和積分系數(shù)。 本論文在直流調(diào)速系統(tǒng)理論研究的基礎(chǔ)上， 以 80C196KC 單片機(jī)為控制核心， 對(duì)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采 了 用 PID 控制算法、電流調(diào)節(jié)器采用 了 PI 算法， 設(shè)計(jì)了一套 全 數(shù)字直流電機(jī)雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 Doubleclosedloop河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 目 錄 1 緒論 ....................................................................................................................... 1 引言 ............................................................................................................. 1 課題的背景 .................................................................................................. 1 課題研究的目的和實(shí)際意義 ....................................................................... 2 2 直流調(diào)速 系統(tǒng)理論研究和方案確定 ..................................................................... 4 調(diào)速方案的選擇 .......................................................................................... 4 電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇 ............................................................................. 4 直流調(diào)速系統(tǒng)的控制方法的選擇 ...................................................... 4 電動(dòng)機(jī)供電方案的選擇 ..................................................................... 5 調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo) ................................................................................... 5 調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)指標(biāo) ......................................................................... 5 調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) ................................................................. 6 總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) .......................................................................................... 7 雙閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的選擇 ..................................................................... 7 電動(dòng)機(jī)的供電方式的選擇 ................................................................. 8 3 數(shù)字直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字 PID控制 ............................................................ 10 PID調(diào)節(jié)器的基本原理 .............................................................................. 10 PID調(diào)節(jié)器的數(shù)字化設(shè)計(jì) .......................................................................... 11 位置式 PID算法 ........................................................................................ 12 調(diào)速單元 PI參數(shù)的整定 ........................................................................... 14 直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型 ................................................................... 15 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的分析 ................................................ 16 比例、積分系數(shù)初值的確定 ........................................................... 17 4 主電路的設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 ................................................................................... 19 變壓器的設(shè)計(jì) ............................................................................................ 19 變壓器二次側(cè)電壓 U2的計(jì)算 ......................................................... 19 一次、二 次側(cè)相電流 I I2的計(jì)算 ................................................. 19 變壓器容量的計(jì)算 ........................................................................... 19 晶閘管型號(hào)的選擇 .................................................................................... 20 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 晶閘管的額定電 壓 ........................................................................... 20 晶閘管的額定電流 ........................................................................... 20 直流調(diào)速系統(tǒng)的保護(hù) ...............