【正文】 速系統(tǒng)可獲得快速、精確的調(diào)速效果。首先介紹了配料系統(tǒng)控制器的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，接著對(duì)配料系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、工作原理作了介紹。s PWM circuit design 8 The selection of the PWM converter program 9 The mathematical model of the PWM converter 10 The program of the closed loop system 10 The overall design of the automatic control system of the batching system 12 Batching system DC speed control design 13 Batching automatic control system performance and technical requirements 13 The calculation of the relevant parameters of the DC motor 14 The closed loop static characteristics of the steadystate operation 16 The design of the ACR and ASR 17CHAPTER 3 Circuit design of the batching automatic control system 22 Weight signal acquisition circuit 22 The selection of the sensor 22 Circuit to get the weight 23 Weight signal filering amplifier 24 A/D converter circuit 26 SCM for batching automatic control system 27 Belt ingredients motor circuit protection circuit design 29 Limitations and start pumping voltage protection circuit 29 The IGBT choice and the absorption circuit design 30 DC motor current detection circuit 31 Digital speed circuit 32 M/T method velocimetry principle 33 Circuit of the detected speed 34 PWM drive circuit design 36 PWM signal generating circuit 36 PWM signal to drive circuit 37 Keyboard and display circuit of batching automatic control system 38 I/O port expansion circuit 39 Keyboard design of the system 39 Display circuit design for the system 41 The power system for the batching automatic control system 42CHAPTER 4 The software design for the batching automatic control system 44 The main stuctural design of the software design 44 PI control subroutine design 46 Interrupt service routine 47CHAPTER 4 Batching system DC speed control system simulation 49 Construction of DC double closed loop speed control system simulation model 49 Simulation results of the DC double closed loop speed control system 50The summary 52Acknowledgements 53References 54Appendix 1 software programming 56Appendix 2 system hardware schematic 62VII第1章 緒 論 引言配料系統(tǒng)是按照一定比例來控制物料傳輸?shù)牧?，使皮帶傳輸?shù)奈锪习凑找欢ū壤齾㈦s在一起，在工業(yè)和農(nóng)業(yè)上有很大的用處。因此，改善現(xiàn)有配料裝置，開發(fā)更精確、更方便的配料系統(tǒng)控制器勢(shì)在必行。由此可見，配料系統(tǒng)的應(yīng)用非常廣泛。隨著我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，配料系統(tǒng)將在現(xiàn)在和未來的市場(chǎng)需求中占據(jù)相當(dāng)大的比例。 配料系統(tǒng)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀根據(jù)最新配料系統(tǒng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，皮帶配料系統(tǒng)是一種連續(xù)累計(jì)自動(dòng)衡器。配料系統(tǒng)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下四個(gè)階段：第一階段是上世紀(jì)五、六十年代的純機(jī)械式配料系統(tǒng)，普遍采用機(jī)械式、光電式掃描或增量式編碼器等，這一階段的配料系統(tǒng)僅具有識(shí)別計(jì)數(shù)和啟動(dòng)功能。而通訊技術(shù)的發(fā)展更是增強(qiáng)了儀表的遠(yuǎn)程維護(hù)診斷與數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ?。第一，大?guī)模集成芯片的產(chǎn)生和廣泛應(yīng)用使得穩(wěn)定安全的控制系統(tǒng)得到了基本的保證，但是在一些嚴(yán)酷的環(huán)境下，系統(tǒng)故障還是時(shí)常發(fā)生，導(dǎo)致我們生產(chǎn)出來的產(chǎn)品會(huì)因?yàn)橥饨鐢_動(dòng)配料失調(diào)而不合格，所以系統(tǒng)在惡劣環(huán)境的抗干擾能力有待提高。早已經(jīng)被淘汰。但是VM系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí)還有很多的缺點(diǎn)： 由于晶閘管的單向?qū)щ娦裕獙?shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，必須采用正、反兩組全控橋整流電路； 晶閘管對(duì)過電壓和過電流十分敏感，因此必須有可靠地保護(hù)電路和符合要求的散熱條件； 當(dāng)系統(tǒng)處于深調(diào)速狀態(tài)，晶閘管的導(dǎo)通角度很小，系統(tǒng)功率因數(shù)低，會(huì)產(chǎn)生很大的諧波電流，引起電網(wǎng)電壓的畸變。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論、非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用，PWM控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展。 直流調(diào)速系統(tǒng)PWM電路方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)一個(gè)直流調(diào)速系統(tǒng)，根據(jù)皮帶傳輸系統(tǒng)所測(cè)得的物料重量來調(diào)節(jié)上一級(jí)傳輸皮帶的物料傳輸速率，即控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制皮帶傳輸系統(tǒng)上物料重量的目的。單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，參數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)單，比較容易實(shí)現(xiàn)。圖21 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理圖圖中兩個(gè)調(diào)節(jié)器ASR和ACR分別為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，二者串級(jí)連接，即把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。（2）起動(dòng)時(shí)保證獲得允許的最大電流。其內(nèi)環(huán)是電流反饋及控制環(huán)，外環(huán)是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速反饋及控制環(huán)，內(nèi)環(huán)和外環(huán)的調(diào)節(jié)都是由AT89C52微機(jī)軟件完成數(shù)字PI控制規(guī)律的運(yùn)算。因此，配料系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)必須具有良好的加減速性能，跟隨性能如上升時(shí)間Tr，調(diào)節(jié)時(shí)間Ts和超調(diào)量都要滿足一定的要求；另一方面，由于配料系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)工作的環(huán)境一般情況下比較惡劣，所以在抗擾動(dòng)上也具有很高的要求：所涉及的系統(tǒng)必須具有抗負(fù)載擾動(dòng)和抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)等動(dòng)態(tài)抗擾性能。 電動(dòng)勢(shì)系數(shù)由電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算公式，有 （24）代入?yún)?shù)U=220V，=，=計(jì)算得= 電動(dòng)機(jī)額定勵(lì)磁下的轉(zhuǎn)矩電流比根據(jù)公式 （25）代入=可得= 電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪轉(zhuǎn)矩計(jì)算由 （26）其中，代入J=可得 機(jī)電時(shí)間常數(shù)由公式 （27）將以上計(jì)算結(jié)果代入?yún)?shù)計(jì)算得= 電磁時(shí)間常數(shù) （28）其中計(jì)算得 雙閉環(huán)穩(wěn)態(tài)工作時(shí)靜特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系： （29） （210） （211） 上述關(guān)系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上，轉(zhuǎn)速n是由給定電壓決定的，ASR的輸出量是由負(fù)載電流決定的，而控制電壓的大小則同時(shí)取決于和，或者說，同時(shí)取決于和。（2）忽略反電動(dòng)勢(shì)對(duì)電流環(huán)的影響條件：現(xiàn)在，=，滿足近似條件。（2）小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：，現(xiàn)在=，滿足近似條件。電阻應(yīng)變式傳感器是將非電量的變化轉(zhuǎn)換成與之有一定關(guān)系的電阻值變化，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高，測(cè)量范圍廣,壽命長(zhǎng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，頻響特性好，能在惡劣條件下工作，易于實(shí)現(xiàn)小型化、整體化和品種多樣化等。傳感器的輸出信號(hào)強(qiáng)，電壓靈敏度一般每毫米的位移可達(dá)數(shù)百毫伏的輸出；線性度和重復(fù)性都比較好。當(dāng)忽略電源的內(nèi)阻時(shí)，由分壓原理有： （31） 當(dāng)滿足條件時(shí)，即 （32）=0，即電橋平衡。放大器的輸入信號(hào)一般是由傳感器輸出的。如放大器增益的外接電阻調(diào)整、方便準(zhǔn)確的量程切換、極性自動(dòng)變換等。 kΩ ,因而增益方程式為 　 G = kΩ/Rg + 1 　 （33）對(duì)于所需的增益, 則外部控制電阻值為　Rg =（G 1）kΩ AD620構(gòu)成的放大器及濾波電路如圖32所示。對(duì)于單片機(jī)與ADC0809的接口電路，我使用或非門電路與單片機(jī)相連接作為控制信號(hào)。單片機(jī)的P0口與A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)線、鎖存器74LS373相連。、B、C口用來選擇所要轉(zhuǎn)換的通道；，來控制8253開始運(yùn)行。 IGBT的選擇及其吸收回路設(shè)計(jì)直流電機(jī)的供電需要三相直流電，在生活中直接提供的三相交流380V電源，因此要進(jìn)行整流，則本設(shè)計(jì)采用三相橋式整流電路變成三相直流電源，最后達(dá)到要求把電源提供給直流電動(dòng)機(jī)。RC緩沖電路主要用于小容量器件，如圖35，當(dāng)IGBT開通時(shí)，緩沖電路電容C將通過R向IGBT放電，使電流i上升速度加快；當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，負(fù)載電流通過R向C分流，減輕了IGBT的負(fù)擔(dān)，抑制了du/dt和過電壓。本次設(shè)計(jì)，電流傳感器采用LEM公司生產(chǎn)的LA25NP霍爾式直流電流傳感器。轉(zhuǎn)速檢測(cè)的精度和快速性對(duì)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能影響極大。 測(cè)速時(shí)間由測(cè)速脈沖來同步，即由硬件電路實(shí)現(xiàn)。8253的0通道、1通道計(jì)數(shù)器分別對(duì)和進(jìn)行計(jì)數(shù)，D觸發(fā)器用來使的計(jì)數(shù)與測(cè)速脈沖計(jì)數(shù)同步，將D觸發(fā)器的輸出Q\接8253的GATE1，控制的計(jì)數(shù)脈沖。時(shí)鐘計(jì)數(shù)器的GATE1與D觸發(fā)器輸出的Q端相接，要等隨后的第一個(gè)輸入測(cè)速脈沖上升沿進(jìn)入D觸發(fā)器的觸發(fā)脈沖CP端，Q才變?yōu)楦唠娖剑撕?MHZ時(shí)鐘脈沖開始計(jì)數(shù)。當(dāng)輸入8位2進(jìn)制代碼時(shí)d，應(yīng)產(chǎn)生的PWM信號(hào)，一個(gè)PWM的脈沖周期為256個(gè)時(shí)鐘脈沖周期，則高電平寬度應(yīng)為d，低電平寬度應(yīng)為256d，即占空比為d/256*100%，考慮到輸入為8位2進(jìn)制代碼，幾乎難以用一般簡(jiǎn)單觸發(fā)器或555一類的時(shí)基振蕩電路實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)采用美國(guó)國(guó)際公司生成的芯片IR2110作為IGBT驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片具有體積小，集成度高，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，成本低廉，易于調(diào)試，工作頻率最高可達(dá)500KHz等一系列優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于大功率MOSFET和IGBT驅(qū)動(dòng)電路中。由于 LIN 與HIN 是一對(duì)互補(bǔ)輸入信號(hào)，所以此時(shí)LIN 為低電平，這時(shí)聚集在Q4柵極和發(fā)射極的電荷在芯片內(nèi)部通過電阻迅速對(duì)地放電，由于死區(qū)時(shí)間影響使Q2在Q4開通之前迅速關(guān)斷。 I/O口擴(kuò)展電路本系統(tǒng)I/O擴(kuò)展芯片采用8155H。操作者通過鍵盤向系統(tǒng)發(fā)送各種指令或置入必要的數(shù)據(jù)信息。而且具有消除抖動(dòng)的功能。輸出線OUTB0—OUTBOUTA0—OUTA3作為一個(gè)8位段選碼數(shù)據(jù)輸出端口，控制LED顯示器每一位數(shù)碼管顯示的內(nèi)容，當(dāng)從一位LED數(shù)碼管向下一位切換時(shí)，由消隱輸出線BD輸出低電平，74LS154譯碼產(chǎn)生低電平，使74LS138輸出全為高電平。12V的線性電源，LA25ANP需要177。12v，固定式三端穩(wěn)壓器7815和7915組裝電路可對(duì)稱輸出177。本設(shè)計(jì)用AT89C52單片機(jī)代替了直流電動(dòng)機(jī)雙環(huán)調(diào)速裝置中的電流和轉(zhuǎn)速控制模擬調(diào)節(jié)器，同時(shí)還要檢測(cè)皮帶傳輸系統(tǒng)上的重量，并對(duì)上一級(jí)皮帶傳輸物料速度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。圖41 主程序流程圖圖42 初始化流程圖 PI控制子程序設(shè)計(jì)為了安全起見并實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，系統(tǒng)對(duì)設(shè)置轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序或電流調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序進(jìn)行到“轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)”或“電流調(diào)節(jié)”時(shí)，便進(jìn)入PI控制子程序[19]。圖43 PI控制流程圖 中斷服務(wù)程序?yàn)榱撕芎玫貙?shí)現(xiàn)系統(tǒng)對(duì)各個(gè)信號(hào)的采樣分析，本系統(tǒng)需要設(shè)置中斷服務(wù)子程序，及時(shí)的將信號(hào)反饋到單片機(jī)中，以便準(zhǔn)確的完成控制指標(biāo)[20]。利用matlab/simulink仿真工具有效地對(duì)直流調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)調(diào)試，可以非常直觀地觀察電動(dòng)機(jī)電流和轉(zhuǎn)速響應(yīng)情況進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析，是目前國(guó)際上廣泛流行的工程仿真技術(shù)。整流橋?yàn)橄到y(tǒng)默認(rèn)值。圖52 轉(zhuǎn)速信號(hào)波形圖