【正文】 的作用是檢測(cè)位移 (角位移或線位移 )并發(fā)出反饋信號(hào)，起著相當(dāng)于人眼的作用。 整形辨相電路 為了實(shí)現(xiàn)可逆控制，用光電編碼器的波形實(shí)現(xiàn)可逆位置檢測(cè)時(shí)，必須將 A、 B 兩相方波形進(jìn)行的整形和辨相處理，產(chǎn)生出反映電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)向的脈沖信號(hào)。依據(jù)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)了各功能模塊電路說明各模塊電路的連接方法 。 模糊控制過程 要實(shí)現(xiàn)語言控制的模糊邏輯控制器，就必須解決三個(gè)基本問題。為了實(shí)現(xiàn)模糊控制器的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，通常把偏差和偏差變化率的變化范圍設(shè)定為 [+6，一 6]區(qū)間連續(xù)變化量，使之離散化，構(gòu)成含13 個(gè)整數(shù)元素的離散集合 :{6， 5， 4， 3， 2， l， 0， l， 2， 3， 4， 5， 6}。 “負(fù)中 ”(NM)，可取 在 4 附近 “負(fù)大 ”(NB)，可取在 6 附近。 E 和 EC 的模糊關(guān)系 R 表示為 R=(EEC)。 2)重心法 —重心法就是取模糊集合隸屬函數(shù)曲線與基礎(chǔ)變量軸圍成面積的重心所對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)變量值作為確定值的方法，即取模糊集合隸屬函數(shù)曲線與橫坐標(biāo)軸圍成面積的重心作為代表點(diǎn)。在模糊控制中，可以通過選擇和調(diào)整權(quán)系數(shù)來改善系統(tǒng)的響應(yīng)特性，這種方法更具靈活性。 如果現(xiàn)在輸入為 E*和 EC*，根據(jù)模糊推理合成規(guī)則，模糊控制器輸出的模糊控制量 U*及其隸屬度八 ， μU*(z)為 : RECEU ?)( *** ?? （ ） 目前設(shè)計(jì)的模糊控制 器基本上都是采用這種方式，即在模糊控制過程中，同時(shí)要把偏差和偏差的變化率作為模糊輸入量。 例如定義輸入量的隸屬函數(shù)選取三角形隸屬函數(shù) (取五個(gè)等級(jí) )，如圖 所示 。習(xí)慣上可以分為八個(gè)等級(jí) : “正大 ”(PB)，可取在 +6 附近 。第二是根據(jù)有經(jīng)驗(yàn)的操作者或者專家制定出模糊規(guī)則，并進(jìn)行模糊邏輯推理，以得到一個(gè)模糊輸出集合即一個(gè)新的模糊隸屬函數(shù)，這一步稱為模糊規(guī)則形成和推理。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 21 4 軟件設(shè)計(jì) 引言 隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器正逐步走向成熟 ，它的主導(dǎo)思想是利用軟件代替和簡(jiǎn)化硬件，利用基本的硬件電路和軟件技術(shù)達(dá)到系統(tǒng)多功能集成和容易修改的要求。 圖 整形辨相電路 用邏輯表達(dá)示表示即為 : 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 20 BACP *?? （ ） BACP ??? （ ） 其中 A 為信號(hào) A 的單穩(wěn)觸發(fā)脈沖。光電編碼器是現(xiàn)代伺服系統(tǒng)中必不可少的一種數(shù)字式速度和位置測(cè)量元件，被廣泛應(yīng)用于 微處理器控制的閉環(huán)控制系統(tǒng)中。當(dāng)有鍵按下時(shí)， KEY 引腳輸出低電平，此時(shí)，如果接收到讀鍵盤指令， ZLG7289A 將輸出所按下鍵的代碼。在不影響顯示的前提下下拉電阻應(yīng)盡可能的取較小的值這樣可以提高鍵盤部分的抗干 擾能力。單片機(jī)與上位機(jī)串行通信接口電路如圖 所示： 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 16 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 1 3 J u n 2 0 08 S he e t o f F i l e : C : \ D o c u m e n t s a n d S e t t i n gs \ 光明使者 \ 桌面 \ 原理圖 \ 大輝 . d dbD r a w n B y:C 1 + V c cC 1 C 2 + V s +C 2 V s T 1I N T 1O U TT 2I N T 2O U TR 1 I N R 1 O U TR 2 I N R 2 O U TM A X 2 321 0u1 0u1 0u 1 0u1 0u1 0u+53 30 A3 30 A3 30 A3 30 AR c 6RXTXRC7162738495 圖 單片機(jī)與上位機(jī)串行通信接口電路 復(fù)位電路 為了預(yù)防系統(tǒng)在突然情況下出現(xiàn)死機(jī)等問題，特設(shè)計(jì)復(fù)位電路進(jìn)行對(duì)程序計(jì)數(shù)器的 PC 重新賦值并重新開始工作，根據(jù) STC89C51 系列單片機(jī)的特點(diǎn)，采用典型的復(fù)位電路接法，不僅可以在上電時(shí)自動(dòng)復(fù)位，還可以在程序運(yùn)行中手動(dòng)復(fù)位，手動(dòng)復(fù)位只需要按下復(fù)位電路中的按鍵即可。 圖 DB9 型連接器 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 15 表 DB9 信號(hào)引腳說明 引腳號(hào) 作用 方向 1 CD 數(shù)據(jù)載波檢測(cè) 輸入 2 RXD 接收數(shù)據(jù) 輸入 3 TXD 發(fā)送數(shù)據(jù) 輸出 4 DTR 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備就緒 輸出 5 SG 信號(hào)接地 6 DSR 數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備就緒 輸入 7 RTS 請(qǐng)求發(fā)送 輸出 8 CTS 清除發(fā)送 輸入 9 RI 振鈴指示 輸入 (1)對(duì)于發(fā)送有下列信號(hào) RTS 第 7 引腳，請(qǐng)求發(fā)送，由計(jì)算機(jī)通知 MODEM 要發(fā)送數(shù)據(jù)， “0”有效； CTS第 8 引腳，清除發(fā)送，由 MODEM 到計(jì)算機(jī)，當(dāng) DEM 認(rèn)為可以發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)出CTS 作為回答，然后才可以發(fā)送； TXD 第 3 引腳，發(fā)送數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī)到 MODEM，計(jì)算機(jī)發(fā)出數(shù)據(jù)到 MODEM。 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 eA3D a t e : 1 4 J u n 2 0 08 S he e t o f F i l e : C : \ D o c u m e n t s a n d S e t t i n g s \ 光明使者 \ 桌面 \ 原理圖 \ 大輝 . d dbD r a w n B y:V I N VOUTNC NCNC NCGND NCM C 1 40 3U1+ 5V1 . 0 u F1 0u FO P 0 75k1k1k圖 基準(zhǔn)電壓電路 單片機(jī)與上位機(jī)串行通訊接口電路 目前 PC 機(jī)普遍采用的一種串行通訊標(biāo)準(zhǔn)也是 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)，它是美國(guó)電子工業(yè)學(xué)會(huì) (EIA)在 1969 年公布數(shù)據(jù)通訊標(biāo)準(zhǔn)。 0P—07 是低失調(diào)運(yùn)算放大器，輸入失 調(diào)電壓 10 毫伏 。單片機(jī)、數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)、顯示電源需要 +5V。直流電機(jī)連接到 2 端 。一次設(shè)計(jì)往往不能完全考慮到系統(tǒng)的各個(gè)方面 ，系統(tǒng)需要不斷完善，需要進(jìn)行功能升級(jí)。 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 12 3 硬件電路設(shè)計(jì) 引言 本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)硬件電路時(shí)主要從以下原則出發(fā)： (1)硬件電路設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)相結(jié)合優(yōu)化硬件電路。它的性能比較高，器件使用簡(jiǎn)單。伺服放大器不斷比較設(shè)定值和實(shí)際值，根據(jù)比較獲得的誤差調(diào)節(jié)伺服放大器的輸出電壓。和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 hM (空載轉(zhuǎn)速 :電機(jī)在額定電壓、空載的情況下的轉(zhuǎn)速 。其中損耗可分為摩擦損耗和熱損耗 jP (熱損耗是由于線圈電阻 R 產(chǎn)生 )。因此，目前在直流調(diào)速系統(tǒng)中，除某些特大容量的設(shè)備而且供電電路容量較小的情況下，仍有采用機(jī)組供電、晶閘管勵(lì)磁系統(tǒng)以外，幾乎絕大部分都已改用晶閘管相控整流供電了。但發(fā)電機(jī) —電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是需要增加兩臺(tái)與調(diào)速電動(dòng)機(jī)相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)和一些輔 助勵(lì)磁設(shè)備，因而設(shè)備較多、體積大、費(fèi)用高、效率低、安裝需要地基、運(yùn)行有噪聲、維修困難等。 同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系 統(tǒng) 普通同步電機(jī)在結(jié)構(gòu)上要比籠型異步電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，但比直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單。按照電機(jī)的型式，調(diào)速系統(tǒng)可分為直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)。單片機(jī)主要完成參數(shù)設(shè)置、轉(zhuǎn)速測(cè)量、參數(shù)顯示和控制輸出等功能。計(jì)算機(jī)的發(fā)展可以使復(fù)雜的控制規(guī)律較方便的實(shí)現(xiàn)，以計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)字控制技術(shù)成為自控領(lǐng)域的主流，也給直流電氣傳動(dòng)的發(fā)展注入了新的活力，使電氣傳動(dòng)進(jìn)入了更新的發(fā)展階段。實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)參數(shù)的設(shè)置 、啟動(dòng)、停止、加速、減速和顯示等功能。它廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等工廠自動(dòng)化設(shè)備中。 本文設(shè)計(jì)開發(fā)了一套基于單片機(jī)的直 流電機(jī)多速控制器，作為其配套的試驗(yàn)裝置。 運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了電機(jī)的高精度多速度控制，達(dá)到了性能指標(biāo)要求。單片機(jī)輸出二進(jìn)制控制量，經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換電路將對(duì)應(yīng)模擬電壓送到直流伺服放大器的設(shè)定值輸入端。在當(dāng)今社會(huì)中廣泛使用著各式各樣的電氣傳動(dòng)系統(tǒng)，其中許多系統(tǒng)有調(diào)速的要求 :如車輛、電梯、機(jī)床、造紙機(jī)械等等。 異步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng) 異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固耐用、維護(hù)工作量小、運(yùn)行效率高、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，可以做到高電壓、大容量、高轉(zhuǎn)速控制。 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展 直流電氣傳動(dòng)系統(tǒng)中需要有專門的可控直流電源，常用的可控直流電源有以下幾種 :第一，最初的直流調(diào)速系統(tǒng)是采用恒定的直流電壓向直流電動(dòng)機(jī)電樞供電，通過改北華大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 3 變電樞回路中的電阻來實(shí)現(xiàn)調(diào)速。但是汞弧變流器仍存在一些缺點(diǎn) :維修還是不太方便，特別是水銀蒸汽對(duì)維護(hù)人員會(huì)造成一定的危害等。與傳統(tǒng)控制系統(tǒng)相比，計(jì)算機(jī)控制具有以下獨(dú)特優(yōu)點(diǎn) : (l)對(duì)被控對(duì)象一電動(dòng)機(jī)的各種狀態(tài)量可以實(shí)現(xiàn)快速、寬范圍、高分辨率、高精度的檢測(cè)，為高性能傳動(dòng)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)提供了基本條件； (2)由計(jì)算機(jī)控制的各類電力電子功率變換裝置可以使電動(dòng)機(jī)有接近理想的可控供電電源，為提高傳動(dòng)系統(tǒng)的性能提供了保證； 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 4 (3)以計(jì)算機(jī)為核心的控制裝置可以完成包括復(fù)雜計(jì)算和判斷在內(nèi)的高精度運(yùn)算、變換和控制。公式如下 : IKM m ?? （ ） 速度常數(shù) k。它相當(dāng)于速度一轉(zhuǎn)矩曲線在特性曲線上平移，如圖所示。 系統(tǒng)選型 直流電機(jī)選型 根據(jù)系統(tǒng)技術(shù)要求，本文的直流電機(jī)選用 maxon 集團(tuán)的高級(jí)精密電機(jī) Amax 32Ф32rnrn，石墨電刷，性能指標(biāo)如下所示 : 標(biāo)稱功率 15w 額定電壓 空載轉(zhuǎn)速 5860rPm 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 129mNm 速度 /轉(zhuǎn)矩斜率 空載電流 74mA 堵轉(zhuǎn)電流 3370mA 電機(jī)電阻 最大允許轉(zhuǎn)速 6000rPm 最大連續(xù)電流 1020mA 最大連續(xù)轉(zhuǎn)矩 北華大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 9 最大輸出功率 19200mw 最大效率 72% 轉(zhuǎn)矩常數(shù) 速度常數(shù) 250rpm/V 機(jī)械時(shí)間常數(shù) 20ms 轉(zhuǎn)子慣量 電機(jī)電感 機(jī)殼到環(huán)境的熱阻抗 轉(zhuǎn)子到機(jī)殼的熱阻抗 繞組的熱時(shí)間常數(shù) 17S 光電數(shù)字編碼器 光電數(shù)字編碼器選用 maxon 集團(tuán)的數(shù)字 MR 編碼器， L 型。 （ 7） 數(shù)據(jù)更新速率為 ，典型建立時(shí)間為 單片機(jī)選型 由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)控制，其中一個(gè)首要的工作就是選擇合適的單片機(jī)。但是用軟件實(shí)現(xiàn)硬件的功能可以簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)，提高硬件電路的可靠性，還可降低成本。 根據(jù)系統(tǒng)要求及上面幾個(gè)硬件設(shè)計(jì)原則，系統(tǒng)以單片機(jī) STC89C51 為中央處理單元，由鍵盤輸入電路， D/A 轉(zhuǎn)換電路，數(shù)字顯示，串行通信電路，直流伺服放大器連接電路等組成。圖 路輸出的模擬電壓加到伺服放大器的 7 端，當(dāng) +Set 與 Set 間的電壓為 0—10V 時(shí)，通過調(diào)節(jié)伺服放大器的調(diào)諧電位器使電機(jī)轉(zhuǎn)速為 0—4000rPm。輸出電壓 +。增益帶寬積北華大學(xué)畢業(yè)設(shè) 計(jì)（論文） 14 GB=600kHz。 PC 機(jī)的串行口傳輸速度一般只能達(dá)到 115200ms，而有些較高檔的串行芯片可以提供到較高的傳輸速度，例如可達(dá) 921600ms。RxD 第 2 引腳接收數(shù)據(jù)，由 MODEM 到計(jì)算機(jī)。 ZLG7289A 具有片選信號(hào) 可方便地實(shí)現(xiàn)多于 8 位的顯示或多于 64 鍵的鍵盤接口。 ZLG7289A 需要一外接晶體振蕩電路供系統(tǒng)工作，其典型值分別為 F=16MHz C=15P。程序中盡可能地減少 CPU 對(duì) ZLG7289A 的訪問次數(shù)，可以使得程序更有效率。為了適應(yīng)可逆控制以及轉(zhuǎn)向的判別，光電編碼器輸出兩路 (A 相、 B 相 )相隔 T/4 脈沖周期的正交脈沖若轉(zhuǎn)盤順時(shí)針轉(zhuǎn)時(shí) A相超前 B 相，則逆時(shí)針轉(zhuǎn) /時(shí) B 相超前 A 相。 ABC P +C P ABABABC P +C P 圖 整形辯相波形 由于本系統(tǒng)不需要測(cè)量電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 模糊 PID調(diào)速 在直流電動(dòng)機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中 ,大多采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定的常規(guī) PID控制技術(shù)。很多情況下還需要根據(jù)該偏差的變化率 EC 來進(jìn)行綜合判斷。 “正零 ”(PZ)，可取在比零稍大一點(diǎn)的地方 。輸出控制量模糊化和輸入量模糊化方法類似。在推理得到的模糊集合中取一個(gè)相對(duì)最能代表這個(gè)模糊集合的單值的過程稱作反模糊化。 圖 參數(shù)自整定的模糊控制器