【正文】 序存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)PSEN，低電平有效。AT89C51(以下簡稱89C51)將具有多種功能的8位CPU與EPEROM結(jié)合在一個(gè)芯片上，為很多嵌入式控制應(yīng)用提供了非常靈活而又價(jià)格適宜的方案。速度調(diào)節(jié)器離散化方程式：式中， 因此，將離散化后的方程系數(shù)k1，k2進(jìn)行二進(jìn)制的轉(zhuǎn)換在經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器送往AT89C51單片機(jī)進(jìn)行數(shù)字控制[4]。因此只要根據(jù)不同的過程參量，選擇恰當(dāng)?shù)牟蓸又芷冢筒粫?huì)失去信號(hào)的主要特征。就能無失真的反映它的變化規(guī)律。以微處理器為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)（簡稱數(shù)字控制系統(tǒng)）硬件電路的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，制作成本低，且不受器件溫度漂移的影響。 電流調(diào)節(jié)器參數(shù)的選擇 為使系統(tǒng)電流環(huán)超調(diào)小，根據(jù)典型I型系統(tǒng)最佳設(shè)計(jì)法，取=，并且=電流環(huán)開環(huán)增益：電流調(diào)節(jié)器比例系數(shù)： 取=40，則 =；；。從這點(diǎn)出發(fā)應(yīng)把電流環(huán)校正成典型I型系統(tǒng)，根據(jù)控制對(duì)象兩個(gè)時(shí)間常數(shù)變化可知典型I型系統(tǒng)的抗干擾恢復(fù)時(shí)間還是可以接受的因此按照典型I型系統(tǒng)來設(shè)計(jì)電流環(huán)節(jié)。由于累加器是減一操作，所以計(jì)數(shù)初值存入最大值00H。的J、K兩路來輸出矩形波。當(dāng)Q=0為反向運(yùn)行，Q=1為正向運(yùn)行[5]。檢測時(shí)間T可由計(jì)數(shù)器對(duì)頻率已知的計(jì)數(shù)脈沖所得計(jì)數(shù)值獲得，P脈沖數(shù)由計(jì)數(shù)器得到。因此本設(shè)計(jì)采用每轉(zhuǎn)1024線的脈沖發(fā)生器作為轉(zhuǎn)速傳感器，它產(chǎn)生的脈沖列頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速有固定的比例關(guān)系。它由發(fā)光二極管和光敏三極管組成。這樣可以簡化系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及軟件設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)控制更簡便。根據(jù)整流電壓公式：，因此控制角的定時(shí)時(shí)刻就尤為重要，即自然換相點(diǎn)?，F(xiàn)已最簡單的晶閘管工作電路為例作詳細(xì)說明，具體如圖35所示。在電路中，216。根據(jù)其這一特性，它在工業(yè)生產(chǎn)中，得到了廣泛的應(yīng)用，也使電力電子技術(shù)發(fā)展的更加成熟、更加完善。零電流檢測和電流反饋通道的硬件電路如圖36所示。本設(shè)計(jì)采用北京萊姆電子公司的BJLEM電流傳感器。所以最后決定用脈沖變壓器替代光耦隔離。隔離的實(shí)質(zhì)是把引進(jìn)的干擾通道切斷，從而達(dá)到隔離現(xiàn)場干擾的目的。觸發(fā)脈沖輸出后，還要經(jīng)過脈沖隔離與功放裝置產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，那樣晶閘管就會(huì)隨著觸發(fā)脈沖作對(duì)應(yīng)的導(dǎo)通動(dòng)作，完成可控整流的要求。每個(gè)觸發(fā)脈沖的寬度是60176。不對(duì)稱程度可以用穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下各相最大的控制角與最小的控制角之差△來表示?？刂戚斎肓颗c變流器輸出之間的線性度較高。正反橋控制端約定“1”為選通，“0”為不選通即關(guān)斷。圖31 同步電路圖Figure 31 Synchronous circuit主變壓器及同步變壓器都接成Y—Y—12，同步變壓經(jīng)二級(jí)RC濾波電路濾波出去電源中的干擾，并實(shí)現(xiàn)90度的相移。電流調(diào)節(jié)器的作用：1)對(duì)電網(wǎng)電壓波動(dòng)起及時(shí)抗擾作用；2)啟動(dòng)時(shí)保證獲得允許的最大電流，實(shí)現(xiàn)最佳啟動(dòng)過程；3)在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)過程中，能使電流跟隨其給定電壓變化；4)依靠ACR的恒流調(diào)節(jié)作用可獲得理想的下垂特性；5)當(dāng)電動(dòng)機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，可限制最大電樞電流，起到快速的安全保護(hù)作用，一旦故障消失，系統(tǒng)能自動(dòng)恢復(fù)正常[2]。而對(duì)ACR的設(shè)計(jì)來說，則只要電流環(huán)具有良好的跟隨性能就可以了。1）第Ⅰ階段(0～t1)：強(qiáng)迫電流上升階段；2）第Ⅱ階段(t1～t2)：恒流升速階段，即電動(dòng)機(jī)保持最大電流作等加速啟動(dòng)階段：3）第Ⅱ階段(t2～t4)：轉(zhuǎn)速超調(diào)進(jìn)入穩(wěn)定的階段，即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段；雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的制動(dòng)停車過程：由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，因此不可逆雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)不可能實(shí)現(xiàn)回饋制動(dòng)，在制動(dòng)時(shí)，當(dāng)電流下降到零以后，就只好自由停車。 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成在轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，既要控制轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差調(diào)節(jié)，又要控制電流使系統(tǒng)在充分利用電機(jī)過載能力的條件下獲得最佳過渡過程，其關(guān)鍵是處理好轉(zhuǎn)速控制與電流控制之間的關(guān)系，就是將二者分開，用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，用電流調(diào)節(jié)器ACR調(diào)節(jié)電流。分辨率：φ=（度）。為了防止產(chǎn)生這種事故，在發(fā)出封鎖本組脈沖信號(hào)后，必須等待一段時(shí)間tdt（對(duì)于三相橋式電路，常取57ms，一般應(yīng)大于一個(gè)波頭的時(shí)間），才允許開放另一組脈沖[2]。封鎖延時(shí)是指從發(fā)出切換指令到真正封鎖掉原來工作的那組脈沖之間應(yīng)該流出來的等待時(shí)間。邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)時(shí)目前在生產(chǎn)中應(yīng)用最為廣泛的可逆系統(tǒng)。如圖2—1所示為單片機(jī)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)的原理結(jié)構(gòu)框圖。將最后得到的控制電壓信號(hào)作為晶閘管的移相觸發(fā)控制信號(hào)，換算成晶閘管的控制角，再根據(jù)控制角的不同換算出對(duì)應(yīng)得觸發(fā)時(shí)刻，向?qū)?yīng)導(dǎo)通的兩個(gè)晶閘管同時(shí)輸出觸發(fā)脈沖，使其輸出可控的整流電壓。本設(shè)計(jì)采用VM系統(tǒng)。 直流調(diào)速系統(tǒng)的供電方式實(shí)現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速，首先要有一個(gè)平滑可調(diào)的直流電源。我國現(xiàn)在大部分?jǐn)?shù)字化控制直流調(diào)速裝置依靠進(jìn)口。隨著微型計(jì)算機(jī)、超大規(guī)模集成電路、新型電子電力開關(guān)器件和傳感器的出現(xiàn)，以及自動(dòng)控制理論、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的深入發(fā)展，電氣傳動(dòng)裝置不斷向前發(fā)展。特別是它對(duì)系統(tǒng)快速響應(yīng)是發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)不能比擬的。直流電動(dòng)機(jī)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(shí)現(xiàn)頻繁的無級(jí)快速起制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，能滿足生產(chǎn)過程自動(dòng)化系統(tǒng)中各種不同的特殊運(yùn)行要求，而交流調(diào)速雖然維護(hù)簡單方便，但調(diào)速比較困難需要和其它設(shè)備配合使用如需要增設(shè)變頻器等才能實(shí)現(xiàn)調(diào)速。在工業(yè)生產(chǎn)中, 需要高性能速度控制的電力拖動(dòng)場合, 直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)揮著極為重要的作用, 高精度金屬切削機(jī)床, 大型起重設(shè)備、軋鋼機(jī)、礦井卷揚(yáng)、城市電車等領(lǐng)域都廣泛采用直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。隨著微型計(jì)算機(jī)、超大規(guī)模集成電路、新型電力電子開關(guān)器件和傳感器的出現(xiàn)，以及自動(dòng)控制理論、電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的深入發(fā)展，電氣傳動(dòng)裝置不斷向前發(fā)展。這種方法簡單易行，設(shè)備制造方便，價(jià)格低廉。由于它具有體積小、響應(yīng)快、工作可靠、壽命長、維修簡便等一系列優(yōu)點(diǎn)，采用晶閘管供電，不僅使直流調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上和可靠性有所提高，而且在技術(shù)性能上也顯示出很大的優(yōu)越性。 直流調(diào)速控制裝置的國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 數(shù)字直流調(diào)速裝置，從技術(shù)上，它能成功地做到從給定信號(hào)、調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)定、直到觸發(fā)脈沖的數(shù)字化，使用通用硬件平臺(tái)附加軟件程序控制一定范圍功率和電流大小的直流電機(jī)，同一臺(tái)控制器甚至可以僅通過參數(shù)設(shè)定和使用不同的軟件版本對(duì)不同類型的被控對(duì)象進(jìn)行控制，強(qiáng)大的通訊功能使它易和PLC等各類器件通訊組成整個(gè)工業(yè)控制過程系統(tǒng)，而且具有操作簡便、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，尤其是方便靈活的調(diào)試方法、完善的保護(hù)功能、長期工作的高可靠性和整個(gè)控制器體積小型化，彌補(bǔ)了模擬直流調(diào)速控制系統(tǒng)的保護(hù)功能不完善、調(diào)試不方便、體積大等不足之處，且數(shù)字控制系統(tǒng)表現(xiàn)出另外一些優(yōu)點(diǎn)，如查找故障迅速、調(diào)速精度高、維護(hù)簡單，使其具備了廣闊的應(yīng)用前景。 根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)的固有機(jī)械特性方程式 （11） 在式（1—1）中： n—轉(zhuǎn)速，r/min。GM系統(tǒng)具有很好的調(diào)速性能，但系統(tǒng)復(fù)雜、體積大、效率低、運(yùn)行有噪音、維護(hù)不方便。2 邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的原理本設(shè)計(jì)的直流調(diào)速裝置采用以單片機(jī)AT89C51作為主控制器，晶閘管觸發(fā)和轉(zhuǎn)速測量等環(huán)節(jié)都實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化的微機(jī)控制。和電動(dòng)機(jī)—發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)（旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組G—M系統(tǒng)）相比，不僅在經(jīng)濟(jì)和可靠性上都有很大的提高，而且在技術(shù)性能方面也顯示出較大的優(yōu)越性。環(huán)流太大甚至于會(huì)導(dǎo)致晶閘管損壞，故必須予以抑制。并采用數(shù)字邏輯電路，以數(shù)字信號(hào)形式執(zhí)行封鎖與開放的作用。勢必會(huì)造成逆變顛覆。角是從自然換向點(diǎn)算起的觸發(fā)脈沖控制角。采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)的調(diào)速系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的無靜差，單閉環(huán)與雙閉環(huán)調(diào)速相比采用電流截止負(fù)反饋?zhàn)飨蘖鞅Ｗo(hù)可以限制啟(制)動(dòng)時(shí)的最大電流。為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器一般都采用具有輸入輸出限幅功能的PI調(diào)節(jié)器，且轉(zhuǎn)速與電流都采用負(fù)反饋閉環(huán)。只要系統(tǒng)能有效地抑制它們所引起的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)速降(升)和恢復(fù)時(shí)間，就說明系統(tǒng)具有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)抗擾性能。但是從動(dòng)態(tài)性能上看，卻有較大差別。硬件結(jié)構(gòu)框圖 如圖31所示。其電壓波形圖如下圖33所示[6]。本設(shè)計(jì)采用高分辨率的數(shù)字觸發(fā)器。分辨率的大小與系統(tǒng)的控制精度密切相關(guān)。特別是對(duì)于計(jì)算機(jī)速度比較慢的計(jì)算機(jī)，這個(gè)問題通常顯得更突出，因此把占用CPU時(shí)間作為觸發(fā)裝置的一個(gè)指標(biāo)。圖34 觸發(fā)脈沖輸出電路Figure 34 Trigger pulse output circuit如圖34所示觸發(fā)脈沖要想觸發(fā)晶閘管的導(dǎo)通，還必須經(jīng)過脈沖的隔離和放大，因?yàn)槊}沖的發(fā)生端是工作電壓為5V的單片機(jī)系統(tǒng)，而觸發(fā)端是連接在三相交流電中的高壓。使原來已等待在D端的觸發(fā)字碼傳送到Q端。測控裝置與現(xiàn)場信號(hào)之間，弱電和強(qiáng)電之間，常用的隔離方式有光電隔離、變壓器隔離、繼電器隔離等。微機(jī)使用的數(shù)字量信號(hào)輸入/輸出的控制設(shè)備不要求傳遞直流分量，所以脈沖變壓器隔離法在微機(jī)測控系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用[9]。原理如下圖：圖35 LEM傳感器原理圖Figure 35 LEM sensor schematicLEM傳感器及其原理：LEM 傳感器的工作原理是基于磁場補(bǔ)償平衡原理的，即初級(jí)電流所產(chǎn)生磁場，通過一個(gè)次級(jí)線圈的電流所產(chǎn)生磁場進(jìn)行補(bǔ)償，使霍爾元件始終處在零磁通的平衡工作狀態(tài)。如果過零檢測不準(zhǔn)確，就會(huì)使觸發(fā)脈沖產(chǎn)生錯(cuò)亂，導(dǎo)致晶閘管的誤導(dǎo)通，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致整個(gè)控制系統(tǒng)失靈，甚至?xí)龤щ娐分械脑骷?。為使整流電壓Ud在每個(gè)周期的波形相同，每個(gè)周期的角也必須相同，且必須出現(xiàn)在電源電壓U2的正半波范圍內(nèi)，這就要觸發(fā)脈沖電壓Ug和電壓U2在頻率和相位上必須密切配合，這種相互協(xié)調(diào)配合的關(guān)系稱為主電路和觸發(fā)信號(hào)的同步。對(duì)于不同的可控整流電路和不同性質(zhì)的負(fù)載，控制角有不同的限制范圍，控制角的改變稱作移相。在三相全控整流電路中控制角為30度，電壓波形如圖36所示。在三相電源中，這個(gè)角度是固定的，其值為30176。所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，還包括的控制角所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。當(dāng)檢測的電壓變?yōu)檎妷簳r(shí)，發(fā)光二極管兩端產(chǎn)生電位差，有電流流過發(fā)光二極管，發(fā)光照射到光敏三極管的基極，光敏三極管導(dǎo)通，那樣就有電流流過電阻R2，8155芯片的PC口被選通。M法測速是在一定時(shí)間內(nèi)通過測量光電脈沖發(fā)生器產(chǎn)生脈沖數(shù)（以下稱為P脈沖數(shù)）來檢測轉(zhuǎn)速。 （r/min） （r/min）圖39 M/T測速原理圖Figure 39 M / T speed diagram M/T法中，不一定要求很準(zhǔn)確，本系統(tǒng)中選等于相鄰兩個(gè)自然換相點(diǎn)的間隔，這樣可以節(jié)省定時(shí)器，測速時(shí)AT89C51單片機(jī)在a點(diǎn)響應(yīng)同步信號(hào)中斷，將預(yù)置常數(shù)FFFFH送入計(jì)數(shù)器并立即啟動(dòng)計(jì)數(shù)，到達(dá)b點(diǎn)后，單片機(jī)發(fā)出停止測速信號(hào)，的計(jì)數(shù)在b,c點(diǎn)之間停止。這些功能是通過對(duì)8253進(jìn)行編程，寫入控制字來實(shí)現(xiàn)的，本設(shè)計(jì)是計(jì)數(shù)器0和計(jì)數(shù)器1聯(lián)合進(jìn)行轉(zhuǎn)速檢測，兩個(gè)計(jì)數(shù)器分別對(duì)和進(jìn)行計(jì)數(shù)，D觸發(fā)器用來計(jì)數(shù)與脈沖發(fā)生器同步由于8353為下降沿計(jì)數(shù)，故加入反向器G。圖311 8253轉(zhuǎn)速檢測電路圖Figure 3118253 speed detection circuit用計(jì)數(shù)器l定時(shí)采樣時(shí)間，晶振頻率為2MHz，那樣根據(jù)存入數(shù)值的不同采樣時(shí)問也隨之變化。 4 數(shù)字調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 數(shù)字調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)簡介本設(shè)計(jì)先選用“模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)法”然后在經(jīng)過離散化后送到ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換器送往單片機(jī)進(jìn)行全數(shù)字控制。其滯后作用是由可控硅裝置引起的，在設(shè)計(jì)中，為計(jì)算方便，在遠(yuǎn)小于系統(tǒng)其它環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)時(shí)，可把它看成一階慣性環(huán)節(jié)。和電流環(huán)中一樣，把轉(zhuǎn)速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內(nèi)，同時(shí)將給定信號(hào)改成，再把時(shí)間常數(shù)為1/和的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，其中 （45）則轉(zhuǎn)速環(huán)結(jié)構(gòu)框圖可以簡化成圖（b）為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負(fù)責(zé)擾動(dòng)作用點(diǎn)前面必須有一個(gè)積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中如圖（b）。由于計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，因此與模擬控制系統(tǒng)相比，微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是離散化和數(shù)字化：1）一般控制系統(tǒng)的空置量和反饋量都是模擬的連續(xù)信號(hào)，為了把他們輸入計(jì)算機(jī)，必須首先在具有一定周期的采樣時(shí)刻對(duì)他們進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣，形成一連串的脈沖信號(hào)，即離散的模擬信號(hào)，這就是離散化。連續(xù)的模擬輸入信號(hào)按一定時(shí)間間隔T逐點(diǎn)的采集瞬時(shí)值，并保持一個(gè)時(shí)間，從而變成時(shí)間上離散，幅值等于采樣時(shí)刻的輸入信號(hào)瞬時(shí)值的方波序列信號(hào)，簡稱為采樣信號(hào)。因此，在計(jì)算機(jī)控制允許情況下，T應(yīng)選小些為好，考慮到調(diào)速系統(tǒng)要求響應(yīng)快，實(shí)時(shí)控制要求高，通常的采樣周期是電流環(huán)1～。8253——可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)芯片，具有3個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，用于測速和脈沖觸發(fā)移相。RST——復(fù)位輸入信號(hào)，高電平有效。在系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，ALE的下降沿將P0口輸出的低8位地址鎖存在外接的地址鎖存器重，以實(shí)現(xiàn)低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)的分時(shí)傳送。復(fù)位電路是為了保證RST引腳上能出現(xiàn)10ms以上穩(wěn)定的高電平，能實(shí)現(xiàn)可靠準(zhǔn)確地復(fù)位，其復(fù)位電路如下圖所示。信號(hào)可允許或禁止讀／寫邏輯的工作。 ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換器 ADC0809是帶有8為A/D轉(zhuǎn)換器，8路多路開關(guān)，以及與微機(jī)計(jì)算機(jī)兼容的控制邏輯CMOS組件。ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。它常和單片機(jī)的ALE端相連，在ALE的下降沿將單片機(jī)P0口輸出的低8位地址信息鎖存到8155內(nèi)部的地址鎖存器中。根據(jù)硬件電路的各個(gè)組成部分相互聯(lián)系，將各部分軟件程序最終整合成總體結(jié)構(gòu)。2)將顯示緩沖區(qū)分別存入顯示零的段碼3FH。當(dāng)按下確定鍵后，跳出轉(zhuǎn)速設(shè)定程序，同時(shí)將轉(zhuǎn)速設(shè)定值進(jìn)行16進(jìn)制的轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)速檢測的是否準(zhǔn)確直接關(guān)系到調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)劣。相角，每個(gè)晶閘管導(dǎo)通120176。但因直流調(diào)速具有寬廣的調(diào)速范圍, 平滑的調(diào)速特性,較高的過載能力和較大的起動(dòng)、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩, 使用壽命長，經(jīng)濟(jì)性好。晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)有可逆調(diào)速和不可逆調(diào)速兩