【正文】 二、晶閘管調(diào)速原理 我們知道各相波形的交點(diǎn)為自然換相點(diǎn)。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 12 第 三 章 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 雙 閉 環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)采 用 模擬電路組成 整 個(gè)系統(tǒng)。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 10 第三節(jié) AVR 單片機(jī) 一、 AVR 單片機(jī)的特點(diǎn) AVR 單片機(jī)廢除了機(jī)器周期，同時(shí)拋棄了復(fù)雜指令計(jì)算機(jī)（ CISC）追求指令完備的做法，采用精簡指令集，以字作為指令長度單位，將內(nèi)容豐富的操作數(shù)與操作碼安排在一字之中（指令集中占大多數(shù)的單周期指令都是如此），又可預(yù)取指令實(shí)現(xiàn)流水作業(yè)，故可高速執(zhí)行指令。顯然，當(dāng)輸出的直流電壓較低時(shí)，直流側(cè)的功率變低了，而整流裝置的視在功率不變，表明整個(gè)系統(tǒng)無功功率增大了。因?yàn)樨?fù)載只需要直流分量，為了消除負(fù)載電流中的交流分量，一般在電樞回路中串聯(lián)一個(gè)平波電抗器，保證整流電流的波形在較大范圍內(nèi)比較光滑。在感性負(fù)載時(shí)有 ： ????? c os2 3222 2222 LLd UUUUU ?????? 輸出整流電壓 Ud的波形是兩組半波整流電壓的波形疊加。當(dāng)反向電壓增加到一定限度后，反向漏電流急劇增加，會導(dǎo)致晶閘管反向擊穿而損壞。當(dāng) UA從零開始逐漸上升時(shí)，陽極電流了，廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 7 也從零逐漸上升，但其數(shù)值很小， 上 升也很 緩慢 。導(dǎo)通條件 ： 是晶閘管從截止到導(dǎo)通所需的條件，即在晶閘管的陽極施加正向電壓，同時(shí)在門極施加正向電壓。然后通過系統(tǒng)仿真之后就可以直接交付廠家印制電路板。因此，單片機(jī)往往成為優(yōu) 先選擇的目標(biāo)。 二 、 單片機(jī)和工控機(jī)、 PLC 應(yīng)用比較 除了采用單片機(jī)作為電動機(jī)的控制器外，可以作為電動機(jī)控制器的新型設(shè)各還有多種，例如工業(yè)控制計(jì)算機(jī)、可編程控制器 (PLC)和數(shù)字信號處理廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 5 器 (DSP)等 。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 4 計(jì) 算 機(jī)控 制速 度指 令速 度調(diào) 節(jié) 器電 流調(diào) 節(jié) 器移 相 脈沖 觸 發(fā)可 控 硅裝 置電 機(jī)速 度反 饋電 流反 饋電 流 控制 器++UAUBUC 圖 13 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)框圖 第三節(jié) 選題的科學(xué)依據(jù)、意義 一 、 單片機(jī)對電動機(jī)控制所起的作用 以 前電動機(jī)大多使用由模擬電路組成的控制柜進(jìn)行控制，現(xiàn)在單片機(jī)己經(jīng)開始取代模擬電路作為電機(jī)控制器。 y ( p r m )05 01 8 01 0 0 0t ( s ) 圖 11 TF1350型糖分離機(jī)生產(chǎn)工藝曲線 TF 1350型分離機(jī)的 工 藝流程要求糖分離機(jī)要有良好的動態(tài) 響 應(yīng)，即應(yīng) 有足夠的動態(tài)穩(wěn)定性和快速性，要求起、制動和調(diào)速迅速平 穩(wěn)， 有較小的動態(tài)速度誤 差 ，可靠性高，這樣就可以提高砂糖一級品率和降低能源消耗 。 第二節(jié) TF1350 型糖分離機(jī)簡介 一 、 TF 1350型糖分離機(jī)生產(chǎn) 工 藝 當(dāng) 需要分糖時(shí)，控制系統(tǒng)給 主 機(jī)加電， 計(jì)算機(jī) 對分離機(jī)的 工 作條件 自 動循回檢 查 ，如果檢 查正 常 ， 系統(tǒng)進(jìn)入 工 作 準(zhǔn)備狀態(tài)，由控制臺啟動 主 機(jī)，電機(jī)以 50prm速度旋轉(zhuǎn)并清洗篩網(wǎng)。例如 ： 軍事和宇骯方面的雷達(dá)天線、火炮瞄準(zhǔn)、慣性導(dǎo)航、衛(wèi)星姿 態(tài)的控制等 ； 工業(yè)生產(chǎn)中的各種加工中心、專用加工設(shè)備、數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器入、塑料機(jī)械、印刷機(jī)械、紡織機(jī)械、新型制衣機(jī)械、泵和壓縮機(jī)、工業(yè)軋機(jī)等設(shè)備的控制 ；辦公和商務(wù)設(shè)備中的磁帶機(jī)、繪圖儀、掃描儀、打印機(jī)、傳真機(jī)、復(fù)印機(jī)等設(shè)備的控制 ； 家用電器中的 DVD、 DC、 DV、音響、洗衣機(jī)、冰箱、空調(diào)、電動由行車、家用汽車等設(shè)備的控制?？梢?，電動機(jī)與人們的生活息息相關(guān)、密不可分。我國生產(chǎn)的電能大約有 60%用于電動機(jī)。以前對電動機(jī)簡單控制的應(yīng)用比較多，但是現(xiàn)在人們對電動機(jī)控制的水平要求越來越高，使電動機(jī)的復(fù)雜控制逐漸成為應(yīng)用主流，其應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛。 下面將簡單介紹一種 糖分離機(jī) — TF1350型糖分離機(jī) 。 TF1350型 糖分離機(jī)生產(chǎn) 工 藝曲線圖 11。雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)原理框圖如圖 13。 可多機(jī)聯(lián)網(wǎng)工作，提供人機(jī)界面 ： 新型單片機(jī)內(nèi)多嵌有各種總線，可以方便地進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)多機(jī)聯(lián)網(wǎng)工作 :還能夠和上位機(jī)進(jìn)行通信，提供可視化人機(jī)界面，方便進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。人們在選擇電動機(jī)控制器時(shí)，常常是在滿足設(shè)計(jì)需求的前提下，優(yōu)先選擇低成本的控制器。用戶不需要再像傳統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)一樣，繪制和制造龐大復(fù)雜的電路板，只需要綜合時(shí)序設(shè)計(jì)，直接在 SOC 中調(diào)用內(nèi)嵌的各種通用器件。它的 工 作原理可以用兩個(gè)條件加以說明 ：導(dǎo) 通條件和關(guān)斷條件。如不在門極施加正向電壓，只讓晶閘管承受正向陽極電壓 UA,則晶閘管處于正向阻斷狀態(tài)，只流過很小的正向漏電流。反向電壓增加時(shí)，反向漏電流略有增加，但是總的來說 很小。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 8 圖 21 三相橋式全控整流電路 如圖 所示，三相橋式全控整流電路是由一組共陰極的三相半波可控整流電路與一組共陽極的三相半波可控整流電路串連而成，控制角 ? 完全相同。 由于整流電路輸出電壓的波形是脈動的，所以輸出電流的波形也是脈動的，可以看成一個(gè)恒定的直流分量和一個(gè)包含高頻成分的交流分量組合。原邊的電壓也基本不變，表明整流裝置的視在功率基本不變。兩個(gè)結(jié)果相互作用，變流裝置兩端的高次諧波就是在這種情況下產(chǎn)生的。 ATmega16 具有一整套的編程與系統(tǒng)開發(fā)工具，包括： C 語言 編譯器、宏匯編、 程序調(diào)試器 / 軟件仿真器、仿真器及評估板 。這部分原理在以后會詳細(xì)論述。 例如提高 U*n， 則有較 大 ?Un加到 ASR輸入 端， ASR自 動 調(diào) 節(jié)GT， 使觸發(fā)脈沖前移 (? 減小 )，整 流電 壓 Ud提高， 電動機(jī) 轉(zhuǎn) 速上升，與 此 同時(shí)， Unf也 相 應(yīng)增加 。一個(gè)是速度調(diào)節(jié)器輸出反映偏差 大 小的主控信號 nU ， 一 個(gè)是由 電 流互感器測出的反映主回路電流反饋信號 nfU ， 當(dāng)突加速度給定個(gè)很大的輸入值，其輸出整定在最 大 飽和值上，與此同時(shí)電樞電流為最 大 值，從而電動機(jī)在加速過程中始終保持在最 大 轉(zhuǎn)矩和最大加速度，使起、制動過渡時(shí)間最短。取其中的一部分環(huán) 節(jié) 構(gòu)成 控 制規(guī)定 。 第三節(jié) 直流調(diào)速系統(tǒng)裝置分析 直流調(diào)速系統(tǒng)雙閉環(huán)調(diào) 節(jié) 裝置包含速度環(huán) (外環(huán) )，電流環(huán)及檢測裝置。 542312AU A 7 4 1D2D1R1R2R3C1UnGNDU n *U n fR?R E S 2 圖 32 速度調(diào)節(jié)器原理圖 二、電流環(huán)分析 電流環(huán)包括電流檢測電路、電流調(diào) 節(jié) 器、電動機(jī)部分，這樣也構(gòu)成了一個(gè)閉環(huán)反饋系統(tǒng)。 晶閘 管觸發(fā)裝置是根據(jù)電流調(diào) 節(jié) 器輸出的 Uk值來決定橋式晶 閘 管輸出或逆變的平均電壓，根據(jù)給定的控制信號的極性和主電路的情況來決定哪廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 18 一組 SCR導(dǎo)通、哪一組 SCR封鎖，以及 什么 時(shí)候進(jìn)行切換 。此外，還有雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)。主回路整流變壓器為 Yo/Y12 聯(lián)接組，同步變壓器為 Y/Y6， Y/Y12 聯(lián)廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 19 接組。 為滿足三相全控橋整流電路提出的雙窄脈沖要求，在線路中引入了補(bǔ)入、補(bǔ)出的線路，此時(shí)，只要把觸發(fā)器 X端接至前面觸發(fā)器 Y端，把觸發(fā)器 Y端接到后面觸發(fā)器 X端即可。 系統(tǒng)中采用帶正反饋的運(yùn)算放大器做為電平檢測電路，如圖 36所示 ： 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 20 R1R2R3R4321411U 1 AL M 324 D1UiV C CV C CU0R?R E S 2R?R E S 2 圖 36 邏輯裝置的電平檢測電路原理圖 當(dāng)放 大 器輸出 U0為負(fù)時(shí)，通過 正 反饋 （ 2點(diǎn)電位高 于 3點(diǎn)電位 ） 使其輸出至深度負(fù)向飽和值 。因?yàn)楫?dāng)輸入由 “ 0” 變到 “ 1” 時(shí)，必須先使電容充電，使電容端電 容 充到開門電平時(shí)，輸出才由 “ 1” 變到 “ 0”。從閉環(huán)反饋的結(jié)構(gòu)上看，電流調(diào)節(jié)環(huán)在里面，是內(nèi)環(huán)，按典型 I 型系統(tǒng)設(shè)計(jì)；速度調(diào)節(jié)環(huán)在外面，成為外環(huán)，按典型 II型系統(tǒng)設(shè)計(jì)。 圖 43 為 硬件原理總體框圖。 二、控制電路 控制 電路主要包括觸發(fā)器、輸入器、速 度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、檢測電路等 ，這些控制電路都集成在 ATmega16 單片機(jī)中。 我們設(shè)計(jì)的電路板除了考慮使用了常規(guī)的抗干擾方法，針對實(shí)際情況，具體設(shè)計(jì)如下： 裝置的核心部分采用雙 CPU冗余結(jié)構(gòu)，提高裝置的可靠性。 (3) 光電耦合器是在密封條件下實(shí)現(xiàn)輸入回路與輸出回路光耦合的，故不會受到外界光的干擾。 采取了“軟件冗余”的辦法，對于條件控制過程，對條件的一次采樣、處理和控制輸出改為循環(huán)的采樣，處理和控制輸出。自檢可分為開機(jī)自檢，周期性自檢和按鍵命令自檢，自檢內(nèi)容可以 包括 CPU、 RAM， ROM、總線、查件、 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換器、 I/O 接口等。其中速度環(huán)、電流環(huán)子程序采用 PID 調(diào)節(jié)器， ? 計(jì)算模塊和數(shù)字邏輯切換程序塊見第二章所述。 電 流 環(huán) 采樣 時(shí) 刻 到速 度 環(huán) 采樣 時(shí) 刻 到調(diào) 用 速 度 環(huán) 計(jì) 算 子 程 序調(diào) 用 電 流 環(huán) 計(jì) 算 子 程 序計(jì) 算 α 值 確 定 移 相 角數(shù) 字 邏 輯 切 換 程 序YNYN 圖 46 啟動模塊流圖 表 41 晶閘管觸發(fā)字碼表 電源狀態(tài) S1 S2 S3 觸發(fā)器 導(dǎo)通號 1 0 1 1 0 0 0 0 1 E1H 1， 6 1 0 0 0 0 0 0 1 1 C3H 1， 2 1 1 0 0 0 0 1 1 0 C6H 3， 2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 CCH 3， 4 0 1 1 0 1 1 0 0 0 D8H 5， 4 0 0 1 1 1 0 0 0 0 F0H 5， 6 表 41 為晶閘管 觸發(fā) 字碼表表示觸發(fā)應(yīng)對的晶閘管，“ 0”表示不觸發(fā)，廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 29 觸發(fā)信號均由鎖存器 74LS374 產(chǎn)生。之間 。≤ ? ≤ 120176。這樣，最大定時(shí)時(shí)間為 （對應(yīng) 60176。仿真軟件設(shè)計(jì)通常建立好系統(tǒng)模型，然后用軟件或軟件工具描 述系統(tǒng)的狀態(tài)，以達(dá)到研究、設(shè)計(jì)的目的。它主要用與動態(tài)系統(tǒng)的仿真，它與用戶交互接口是基于 Windows 的圖形（使用方塊圖）編程方法。 電流調(diào)節(jié)器簡化圖如圖 49 所示： 圖 49 電流調(diào)節(jié)器簡化方塊圖 經(jīng)過 MATLAB 計(jì)算， 電流環(huán) 可 簡化 成 如圖 410 所示： 圖 410 電流環(huán)化簡方快圖 同樣，速度環(huán)可簡化成如圖 411 所示： 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 33 圖 411 速度環(huán)方塊圖 經(jīng)過大量的防真調(diào)試修改調(diào)節(jié)器參數(shù)，才可以得到系統(tǒng)較好的動態(tài)特性，其動態(tài)特性如圖 412所示。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，海老師對我們悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求 ,用他豐富的實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗(yàn) ,教導(dǎo)我們?nèi)绾稳シ治鰡栴}，解決問題