【正文】 序存儲器讀選通信號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)合在一個芯片上，為很多嵌入式控制應(yīng)用提供了非常靈活而又價格適宜的方案。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進行二進制的轉(zhuǎn)換在經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器送往AT89C51單片機進行數(shù)字控制[4]。因此只要根據(jù)不同的過程參量，選擇恰當?shù)牟蓸又芷?，就不會失去信號的主要特征。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)）硬件電路的標準化程度高，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)控制對象兩個時間常數(shù)變化可知典型I型系統(tǒng)的抗干擾恢復時間還是可以接受的因此按照典型I型系統(tǒng)來設(shè)計電流環(huán)節(jié)。由于累加器是減一操作，所以計數(shù)初值存入最大值00H。的J、K兩路來輸出矩形波。當Q=0為反向運行，Q=1為正向運行[5]。檢測時間T可由計數(shù)器對頻率已知的計數(shù)脈沖所得計數(shù)值獲得，P脈沖數(shù)由計數(shù)器得到。因此本設(shè)計采用每轉(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，使系統(tǒng)控制更簡便。根據(jù)整流電壓公式：，因此控制角的定時時刻就尤為重要，即自然換相點。現(xiàn)已最簡單的晶閘管工作電路為例作詳細說明，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。隔離的實質(zhì)是把引進的干擾通道切斷，從而達到隔離現(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，那樣晶閘管就會隨著觸發(fā)脈沖作對應(yīng)的導通動作，完成可控整流的要求。每個觸發(fā)脈沖的寬度是60176。不對稱程度可以用穩(wěn)態(tài)運行情況下各相最大的控制角與最小的控制角之差△來表示。控制輸入量與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RC濾波電路濾波出去電源中的干擾，并實現(xiàn)90度的相移。電流調(diào)節(jié)器的作用：1)對電網(wǎng)電壓波動起及時抗擾作用；2)啟動時保證獲得允許的最大電流，實現(xiàn)最佳啟動過程；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)當電動機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，可限制最大電樞電流，起到快速的安全保護作用，一旦故障消失，系統(tǒng)能自動恢復正常[2]。而對ACR的設(shè)計來說，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)：強迫電流上升階段；2）第Ⅱ階段(t1～t2)：恒流升速階段，即電動機保持最大電流作等加速啟動階段：3）第Ⅱ階段(t2～t4)：轉(zhuǎn)速超調(diào)進入穩(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)不可能實現(xiàn)回饋制動，在制動時，當電流下降到零以后，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后，必須等待一段時間tdt（對于三相橋式電路，常取57ms，一般應(yīng)大于一個波頭的時間），才允許開放另一組脈沖[2]。封鎖延時是指從發(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)該流出來的等待時間。邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)時目前在生產(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作為晶閘管的移相觸發(fā)控制信號，換算成晶閘管的控制角，再根據(jù)控制角的不同換算出對應(yīng)得觸發(fā)時刻，向?qū)?yīng)導通的兩個晶閘管同時輸出觸發(fā)脈沖，使其輸出可控的整流電壓。本設(shè)計采用VM系統(tǒng)。 直流調(diào)速系統(tǒng)的供電方式實現(xiàn)調(diào)壓調(diào)速，首先要有一個平滑可調(diào)的直流電源。我國現(xiàn)在大部分數(shù)字化控制直流調(diào)速裝置依靠進口。隨著微型計算機、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)，以及自動控制理論、電力電子技術(shù)、計算機控制技術(shù)的深入發(fā)展，電氣傳動裝置不斷向前發(fā)展。特別是它對系統(tǒng)快速響應(yīng)是發(fā)電機、電動機系統(tǒng)不能比擬的。直流電動機具有優(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載，可實現(xiàn)頻繁的無級快速起制動和反轉(zhuǎn)，能滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)中各種不同的特殊運行要求，而交流調(diào)速雖然維護簡單方便，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, 高精度金屬切削機床, 大型起重設(shè)備、軋鋼機、礦井卷揚、城市電車等領(lǐng)域都廣泛采用直流電動機拖動。隨著微型計算機、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)，以及自動控制理論、電力電子技術(shù)、計算機控制技術(shù)的深入發(fā)展，電氣傳動裝置不斷向前發(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，采用晶閘管供電，不僅使直流調(diào)速系統(tǒng)經(jīng)濟指標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、調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)定、直到觸發(fā)脈沖的數(shù)字化，使用通用硬件平臺附加軟件程序控制一定范圍功率和電流大小的直流電機，同一臺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不同類型的被控對象進行控制，強大的通訊功能使它易和PLC等各類器件通訊組成整個工業(yè)控制過程系統(tǒng)，而且具有操作簡便、抗干擾能力強等特點，尤其是方便靈活的調(diào)試方法、完善的保護功能、長期工作的高可靠性和整個控制器體積小型化，彌補了模擬直流調(diào)速控制系統(tǒng)的保護功能不完善、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，如查找故障迅速、調(diào)速精度高、維護簡單，使其具備了廣闊的應(yīng)用前景。 根據(jù)直流電動機的固有機械特性方程式 （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)復雜、體積大、效率低、運行有噪音、維護不方便。2 邏輯無環(huán)流可逆直流調(diào)速系統(tǒng)的原理本設(shè)計的直流調(diào)速裝置采用以單片機AT89C51作為主控制器，晶閘管觸發(fā)和轉(zhuǎn)速測量等環(huán)節(jié)都實現(xiàn)全數(shù)字化的微機控制。和電動機—發(fā)電機組系統(tǒng)（旋轉(zhuǎn)變流機組G—M系統(tǒng)）相比，不僅在經(jīng)濟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)流太大甚至于會導致晶閘管損壞，故必須予以抑制。并采用數(shù)字邏輯電路，以數(shù)字信號形式執(zhí)行封鎖與開放的作用。勢必會造成逆變顛覆。角是從自然換向點算起的觸發(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反饋作限流保護可以限制啟(制)動時的最大電流。為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，轉(zhuǎn)速和電流兩個調(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)速與電流都采用負反饋閉環(huán)。只要系統(tǒng)能有效地抑制它們所引起的動態(tài)轉(zhuǎn)速降(升)和恢復時間，就說明系統(tǒng)具有較強的動態(tài)抗擾性能。但是從動態(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)。特別是對于計算機速度比較慢的計算機，這個問題通常顯得更突出，因此把占用CPU時間作為觸發(fā)裝置的一個指標。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)晶閘管的導通，還必須經(jīng)過脈沖的隔離和放大，因為脈沖的發(fā)生端是工作電壓為5V的單片機系統(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)場信號之間，弱電和強電之間，常用的隔離方式有光電隔離、變壓器隔離、繼電器隔離等。微機使用的數(shù)字量信號輸入/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償平衡原理的，即初級電流所產(chǎn)生磁場，通過一個次級線圈的電流所產(chǎn)生磁場進行補償，使霍爾元件始終處在零磁通的平衡工作狀態(tài)。如果過零檢測不準確，就會使觸發(fā)脈沖產(chǎn)生錯亂，導致晶閘管的誤導通，嚴重時會導致整個控制系統(tǒng)失靈，甚至會燒毀電路中的元器件。為使整流電壓Ud在每個周期的波形相同，每個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)信號的同步。對于不同的可控整流電路和不同性質(zhì)的負載，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，這個角度是固定的，其值為30176。所對應(yīng)的時間，還包括的控制角所對應(yīng)的時間。當檢測的電壓變?yōu)檎妷簳r，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，不一定要求很準確，本系統(tǒng)中選等于相鄰兩個自然換相點的間隔，這樣可以節(jié)省定時器，測速時AT89C51單片機在a點響應(yīng)同步信號中斷，將預(yù)置常數(shù)FFFFH送入計數(shù)器并立即啟動計數(shù)，到達b點后，單片機發(fā)出停止測速信號，的計數(shù)在b,c點之間停止。這些功能是通過對8253進行編程，寫入控制字來實現(xiàn)的，本設(shè)計是計數(shù)器0和計數(shù)器1聯(lián)合進行轉(zhuǎn)速檢測，兩個計數(shù)器分別對和進行計數(shù)，D觸發(fā)器用來計數(shù)與脈沖發(fā)生器同步由于8353為下降沿計數(shù)，故加入反向器G。圖311 8253轉(zhuǎn)速檢測電路圖Figure 3118253 speed detection circuit用計數(shù)器l定時采樣時間，晶振頻率為2MHz，那樣根據(jù)存入數(shù)值的不同采樣時問也隨之變化。 4 數(shù)字調(diào)節(jié)器的設(shè)計 數(shù)字調(diào)節(jié)器的設(shè)計簡介本設(shè)計先選用“模擬系統(tǒng)設(shè)計法”然后在經(jīng)過離散化后送到ADC0809 A/D轉(zhuǎn)換器送往單片機進行全數(shù)字控制。其滯后作用是由可控硅裝置引起的，在設(shè)計中，為計算方便，在遠小于系統(tǒng)其它環(huán)節(jié)時間常數(shù)時，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)，同時將給定信號改成，再把時間常數(shù)為1/和的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個時間常數(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）為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，在負責擾動作用點前面必須有一個積分環(huán)節(jié)，它應(yīng)該包含在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR中如圖（b）。由于計算機只能處理數(shù)字信號，因此與模擬控制系統(tǒng)相比，微機數(shù)字控制系統(tǒng)的主要特點是離散化和數(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，為了把他們輸入計算機，必須首先在具有一定周期的采樣時刻對他們進行實時采樣，形成一連串的脈沖信號，即離散的模擬信號，這就是離散化。連續(xù)的模擬輸入信號按一定時間間隔T逐點的采集瞬時值，并保持一個時間，從而變成時間上離散，幅值等于采樣時刻的輸入信號瞬時值的方波序列信號，簡稱為采樣信號。因此，在計算機控制允許情況下，T應(yīng)選小些為好，考慮到調(diào)速系統(tǒng)要求響應(yīng)快，實時控制要求高，通常的采樣周期是電流環(huán)1～。8253——可編程定時/計數(shù)芯片，具有3個16位的定時/計數(shù)器，用于測速和脈沖觸發(fā)移相。RST——復位輸入信號，高電平有效。在系統(tǒng)擴展時，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，以實現(xiàn)低字節(jié)地址和數(shù)據(jù)的分時傳送。復位電路是為了保證RST引腳上能出現(xiàn)10ms以上穩(wěn)定的高電平，能實現(xiàn)可靠準確地復位，其復位電路如下圖所示。信號可允許或禁止讀／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)，以及與微機計算機兼容的控制邏輯CMOS組件。ADC0809的內(nèi)部沒有時鐘電路，所需時鐘信號由外界提供，因此有時鐘信號引腳。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)。它常和單片機的ALE端相連，在ALE的下降沿將單片機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。當按下確定鍵后，跳出轉(zhuǎn)速設(shè)定程序，同時將轉(zhuǎn)速設(shè)定值進行16進制的轉(zhuǎn)化。轉(zhuǎn)速檢測的是否準確直接關(guān)系到調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)劣。相角，每個晶閘管導通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、制動轉(zhuǎn)矩, 使用壽命長，經(jīng)濟性好。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