【正文】 高，而且安全穩(wěn)定、維護方便，同時采用 M/T 數(shù)字測速方法，兼?zhèn)淞?M法和 T法測速的優(yōu)點，有效地擴大了調(diào)速范圍。第三階段，當(dāng)轉(zhuǎn)速達到給定值后。 圖 71 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的控制電路包括：給定環(huán)節(jié)、 ASR、 ACR、限幅器、偏置電路、反相器、電流反饋環(huán)、速度反饋環(huán)等，因為在西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 43 本次設(shè)計中單片機代替了控制電路絕大多數(shù)的器件，所以在此直接給出各部分的參數(shù)，各部分參數(shù)設(shè)置參考前幾章各部分的參數(shù)。 定時器 T1 中斷服務(wù)程序，它完成采樣時間定時和轉(zhuǎn)速脈沖周期西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 41 測量計算功能。待測速時間計數(shù)器到達計數(shù)值，發(fā)出停止測速信號，再次開 放捕捉中斷，到旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖前沿再到達時停止計數(shù)。若為零，使電流調(diào)節(jié)器輸出為負電壓，把晶閘管調(diào)速系統(tǒng)推向逆變，迫使電動機停止（爬行），其程序框圖如圖 63 所示。本次設(shè)計采用中值平均濾波。 為了安全起見，常須對調(diào)節(jié)器的輸出實行限幅。 系統(tǒng)主程序設(shè)計流程圖 圖 61 主程序流程圖 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 33 如圖 61 所示的主程序流程圖，它完成主程序完成系統(tǒng)的各種功能初始化操作，包括 8031的片內(nèi) I/O寄存器、各種狀態(tài)和標志位、各個控制數(shù)據(jù)等的初始化，然后循環(huán)定時執(zhí)行速度環(huán)和電流環(huán)的計算，并完成鍵盤輸入、顯示掃描等各種功能。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 30 圖 59 速度環(huán)狀態(tài)反饋框圖 由于本設(shè)計是在速度給定降為零時 ,尋找制動過程最優(yōu)控制律 ,因而令 UGn = 0, 此時圖 59 成為圖 510。 zfiGLSG 為調(diào)節(jié)對象和電流反饋傳遞函數(shù)積的 Z 變換 , 由上式可得特征方程為 z4 – + z2– z + = 0 （ 52） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計及采樣周期的選擇 當(dāng)突加速度給定后 ,ST 輸出立即達到限幅值 ,ST 輸出就是 LT的給定 ,因而系統(tǒng)以最大加速度升速。取 TLF = 。西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 25 第 5 章 調(diào)節(jié)器的設(shè)計 對象的數(shù)學(xué)模型 單片機 控制直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 51 所示。 晶閘管控制 晶閘管觸發(fā)采用 80C31 的定時器 T0 實現(xiàn)。把 M1除以 Tc 就得到了旋轉(zhuǎn)編碼器輸出脈沖的頻率 f1=M1/Tc,所以又稱頻率法。為了獲得轉(zhuǎn)速的方向，可增加一 對發(fā)光與接收裝置，使兩對發(fā)光與接收裝置錯開光柵節(jié)距的 1/4，則兩組脈沖序列 A 和 B 的相位相差 900，如圖 44 所示。對于要求精度高、調(diào)速范圍大的系統(tǒng)，往往需要采用旋轉(zhuǎn)編碼器測速，即數(shù)字測速。寫入該地址，啟動 A/D 轉(zhuǎn)換器，通道地址由 A A A0 決定。指令系統(tǒng)中設(shè)置了乘、除運算指令、數(shù)據(jù)查找指令和位處理指令等。為了方便起見，可建立一個脈沖分配表，如表 41，它放于程序存儲器中。這樣，須把角度轉(zhuǎn)換成時間值。但由于電網(wǎng)頻率的波動以及計算 機定時器的誤差，會使控制角偏離要求值。六個晶閘管的導(dǎo)通順序為 SCR SCR SCR SCR SCRSCR6，如圖 42 所示。 勵磁電路元件的選擇 整流二極管耐壓與主電路晶閘管相同，故取 700V。其主要參數(shù)有流過電抗器的電流一般是已知的，因此電抗器參數(shù)計算主要是電感量的計算。電流上升率 dtdi/ ：導(dǎo)通時電流上升率太大，則可能引起門極附近過熱，造成晶閘管損壞。得 C=， R=100Ω，選 R 為 的 CZJD2 型金屬化紙介質(zhì)電容器。允許偏差 +10％（ 242V）。設(shè)計晶閘管電路除了正確的選擇晶閘管的額定電壓、額定電流等參數(shù)外，還必須采取必要的過電壓、過電流保護措施。 電壓比 K=U1/U2=380/120=。其硬件結(jié)構(gòu)如圖 21 所示。 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選擇 若采用轉(zhuǎn)速負反饋和 PI 調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)雖然可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，不過當(dāng)對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要求快速起制動，突加負載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)難以滿足要求，因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩，在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，只有電流截止負反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只是在超過臨界電流值以后，靠強烈的負反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想地控制電流的動態(tài)波形，當(dāng)電流從最大值降低下來以后，電機轉(zhuǎn)矩也隨之減少，因而加速過程必然拖長。 在 VM 系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器給定電壓，即可移動觸發(fā)裝置 GT 輸出脈沖的 相位，從而方便的改變整流器的輸出，瞬時電壓 Ud。適用范圍：直流調(diào)速器在數(shù)控機床、造紙印刷、紡織印染、光纜線纜設(shè)備、包裝機械、電工機械、食品加工機械、橡膠機械、生物設(shè)備、印制電路板設(shè)備、實驗設(shè)備、焊接切割、輕工機械、物流輸送設(shè)備、機車車輛、醫(yī)療設(shè)備、通訊設(shè)備、雷達設(shè)備、衛(wèi)星地面接受系統(tǒng)等行業(yè)廣泛應(yīng)用。 主要內(nèi)容是系統(tǒng)的設(shè)計以及這個設(shè)計的總體結(jié)構(gòu)。其控制軟件能夠進行邏輯判斷和復(fù)雜運算，可以實現(xiàn)不同于一般線性調(diào)節(jié)的最優(yōu)化、自適應(yīng)、非線性、智能化等控制規(guī)律。特點是用單片機取代模擬觸發(fā)器、電流調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器及邏輯切換等硬件設(shè)備。 第 1 章 直流電機的發(fā)展及設(shè)計背景 .................................... 錯誤 !未定義書簽。西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 5 第 1 章 直流電機的發(fā)展及設(shè)計背景 在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中，自動控制系統(tǒng)，電子儀器設(shè)備、家用電器、電子玩具等等方面，直流電機都得到了廣泛的應(yīng)用。 電動機供電方案的選擇 變壓 器調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓所需的可控制電源通常有 3 種：旋轉(zhuǎn)電流機組，靜止可控整流器，直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器。因三相橋式全控整流電壓的脈動頻率比三相半波高，因而所需的平波電抗器的電感量可相應(yīng)減少約一半，這是三相橋式整流電路的一大優(yōu)點。 與帶電流截止負反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)相比，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負載電流小于 Idm 時表現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時，轉(zhuǎn)速負反饋起主調(diào)作用，系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 10 第 3 章 主電路設(shè)計與參數(shù)計算 電動機的額定電壓為 230V，為保證供電質(zhì)量，應(yīng)采用三相減壓變壓器將電源電壓降低；為避免三次諧波電動勢的不良影響，三次諧波電流對電源的干擾，主變壓器采用 D/Y 聯(lián)結(jié)。 ②當(dāng)元件的冷卻條件低于標準要求時，也應(yīng)降低元件的額定電流值。 1）交流側(cè)過電壓保護 阻容保護即在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻 R 和電容 C 進行保護。因此，一般不采用阻容保護，而只用壓敏電阻作過電壓保護。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)。限制 dtdi/ ，除在阻 容保護中選擇合適的電阻外，也可采用與限制dtdu/ 相同的措施，即在每個橋臂上串聯(lián)一個電感。該脈動電流可以看成一個恒定直流分量和一個交流分量組成。 為實現(xiàn)弱磁保護，在磁場回路中串入了欠電流繼電器 KA ，動西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 16 作電流通過 RPI 調(diào)整。 單片機在觸發(fā)晶閘管時 ,根據(jù)電流控制器的輸出控制值 uk，以同步基 準點位參考點，算出晶閘管控制角α的大小，再通過定時器按控制角的大小以及觸發(fā)順序，準確地向各個晶閘管發(fā)出觸發(fā)脈沖。在三相全控橋式整流電路中，一般則常使用相對觸發(fā)方式。每隔 3600 來一個同步脈沖（取自線電壓 uac 的過零點），以此為基準點，校正觸發(fā)第一對晶閘管 的控制角。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 20 對于用于軋機傳動等要求響應(yīng)快、精度高的調(diào)速系統(tǒng)，一般需要使用 16位的單片機，如 Inter的 MCS96或者 Motorola 的 M68HC16等。用兩片 74LS374 和四個 PNP 中功率三極管以動態(tài)掃描方式驅(qū)動四位 LED 數(shù)字，以顯示轉(zhuǎn)速、設(shè)定速度、電流等數(shù)據(jù)，兩片 74LS374采用線選法與 80C31 接口，地址分別為 0DFFFH 和 0BFFFH。對于需要較高精度的調(diào)速控制系統(tǒng)，可采用 10 位或者更高分辨率的A/D 轉(zhuǎn)換芯片。絕對式編碼器在碼盤上 分層刻上表示角度的二進制數(shù)碼或循環(huán)碼，通過接受器將該數(shù)碼送入計算機。 圖 44 區(qū)分旋轉(zhuǎn)方向的 A、 B 兩組脈沖序列 若碼盤的光柵數(shù)為 N，則轉(zhuǎn)速分辨率為 1/N，常用得旋轉(zhuǎn)編碼器光柵數(shù)有 102 204 4096 等。采用 M/T 法測速時，應(yīng)保證高頻時鐘脈沖計數(shù)器與旋轉(zhuǎn)編碼器輸出脈沖計數(shù)器同時開啟與關(guān)閉，以減少誤差，只有等到編碼器輸出脈沖前沿到達時，兩個計數(shù)器才同時允許開始或者停止計數(shù)。該觸發(fā)脈沖經(jīng)CD4049 提高驅(qū)動電流（ CD4049 是一個驅(qū)動功能的反相器），再經(jīng)過西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 24 TIL117 光隔離，從 LM386 低頻功率放大器得到最后的輸出脈沖，這樣可以提高輸出脈沖上升沿陡度，最后此脈沖去觸發(fā)對應(yīng)的晶閘管。 參數(shù)實測數(shù)據(jù)為 : 電動機電樞電阻 : RD= 電動機電樞電感 : LD= 電抗器電阻 : RP= 電抗器電感 : LP= 整流變壓器直流電阻 : RT= 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 26 整流變壓器電感 : LT= 電流 調(diào)節(jié)器的設(shè)計及采樣周期的選擇 確定了被控對象電動機的數(shù)學(xué)模型 ,很容易作出電流環(huán)結(jié)構(gòu)框圖 ,如圖 52 所示 。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 28 電流環(huán)的穩(wěn)定性分析 由圖 54 可以作出電流環(huán)采樣系統(tǒng)框圖 ,如圖 56 所示。為此，我們提出按二次型性能指標最優(yōu)控制來設(shè)計速度調(diào)節(jié)器。若考慮速度調(diào)節(jié)器采用 PI調(diào)節(jié)器 ,并加入比例微分負反饋 ,其結(jié)構(gòu)圖如圖 511 所示。 式子（ 61）的時域表達式可寫成 ?? ???? dtteIKtePKdttettepiKtu )()()(1)()( （ 62） 其中， KP=Kpi 為比例系數(shù)， KI=1/t 為積分系數(shù)。帶有積分限幅和輸出限幅的位置式數(shù)字 PI 調(diào)節(jié)程序框圖如圖 62所示。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 35 圖 62 位置式數(shù)字 PI 調(diào)節(jié)器程序框圖 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 36 中斷處理程序設(shè)計 電流環(huán)中斷服務(wù)程序的設(shè)計 它主要完成電機索零運算、電流調(diào)節(jié)器 PI 運算、輕載時電流自適應(yīng)的運算。 （ a）由于電流斷續(xù)時整流裝置外特性變陡，其等效內(nèi)阻大大增加，因此，使電流環(huán)調(diào)節(jié)對象總放大倍數(shù)下降。進入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序后，首先應(yīng)保護現(xiàn)場，再計算實際轉(zhuǎn)速，完成 PI 調(diào)節(jié)，最后啟動轉(zhuǎn)速檢測，為下一步調(diào)節(jié)作準備。 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 42 第 7 章 系統(tǒng) MATLAB 仿真 本次系統(tǒng)仿真采用目前比較流行的控制系統(tǒng)仿真軟件 MATLAB，使用 MATLAB 對控制系統(tǒng)進行計算機仿真的主要方法有兩種，一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用 MATLAB 的 Simulink 工具箱對其進行計算機仿真研究。圖 72 是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)得電流和轉(zhuǎn)速曲線。由于在本系統(tǒng)中，單片機系統(tǒng)代替了控制電路的絕大 多數(shù)控制器件，所以各項數(shù)據(jù)處理和調(diào)整都是在單片機內(nèi)完成的，控制效果要好于本次的仿真結(jié)果。通過學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)工作原理以及如何利用單片機實現(xiàn)各種功能，我查閱了大量相關(guān)資料，學(xué)會了許多知識，培養(yǎng)了我獨立解決問題的能力。我對他們致 以真誠的謝意和衷心的祝福。 [3]王兆安。北京：中國電力出版社， 20xx。單片機在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 [M]。 [11]孫虎章。長沙：國防科技大學(xué)出版社， 1998 [15]陳治明。北京：電子工業(yè)大學(xué)出版社， 20xx 西南科技大學(xué)本科生畢業(yè)論文 48