【正文】 斷則記下當(dāng)前時(shí)間作 起始時(shí)間 ST，設(shè)軟件定時(shí)器 1 中斷時(shí)間 T0，關(guān) HSI0 中斷，啟動(dòng) HSI 數(shù)據(jù)有效對(duì) 2m 計(jì)數(shù)；如果是第二次中斷則把當(dāng)前的時(shí)間作為結(jié)束時(shí)間 FT。當(dāng)轉(zhuǎn)速脈沖的下一個(gè)上升沿到來時(shí)， M2 停止計(jì)數(shù)，則可得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 五 章 數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 27 圖 52 M/T法檢測轉(zhuǎn)速原理圖 1260 ()16 cfmn rpmPm? （ 51） 式中 cf 高頻計(jì)數(shù)脈沖信號(hào)的頻率，本系統(tǒng)中為 80C196KC 內(nèi)定時(shí)器 T1 的時(shí)鐘信號(hào)，由于采用 1 6MHz 晶振， cf =1MHz； P光電脈沖編碼 器每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)， P=600 16倍頻次數(shù)。 主程序的設(shè)計(jì) 數(shù)字控制的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律是靠軟件來實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)中的所有硬件也靠軟件來管理。 目前，對(duì)于采樣周期的選擇，還沒有特別有效的辦法，一般憑經(jīng)驗(yàn)選擇相對(duì)合理的采樣周期，因此選擇應(yīng)綜合考慮各方面因素，采取折衷的辦法。 ⑵ 電流上升率 di/dt：導(dǎo)通時(shí)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。限制過大可在電源輸入端串聯(lián)電感和在晶閘管每個(gè)橋臂上串聯(lián)電感，利用電感的濾波特性，使其降低。 ? 晶閘管及整流二極管兩端的過電壓保護(hù) 抑制晶閘管關(guān)斷過電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路方法。 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 eA2D a t e : 7 J un 2 0 0 7 S he e t o f F i l e : E : \ 畢業(yè)設(shè)計(jì) \ 電路圖 \ M y D e s i g n .d db D r a w n B y:RVTB 圖 41 交流側(cè)保護(hù)電路 S=， U2=120V C≥ 6 emI S/ 2U 2= 6 12 13842/1202= 181。采取正確的保護(hù)措施是晶閘管裝置可靠地運(yùn)行的必要條件。 晶閘管的額定電壓 晶閘管實(shí)際承受的最大峰值電壓 TmU ，乘以（ 2～ 3）倍的安全裕量，參照標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)，即可確定晶閘管的額定電壓 TNU ，即 TNU =（ 2～ 3） TmU ，整流電路 形式為三相全控橋，而 26TmUU? ，則 VVU TN 8 8 2~5 8 81 2 06)3~2( ??? ，取 TNU ? 800V 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 四 章 主電路的設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 21 晶閘管的額定電流 選擇晶閘管額定電流的原則是必須使晶閘管允許通過的額定電流有效值大于實(shí)際流過的電流最大有效值 即 ()T AV dBI KI? ，考慮（ ～ 2）倍的裕量。 變壓器二次側(cè)電壓 U2的計(jì)算 U2 是一個(gè)重要的參數(shù)，選擇過低就會(huì)無法保證輸出額定電壓，選擇過高又會(huì)造成延遲角 ? 加大，整流元件的承受電壓升高，增加了裝置的成本。 對(duì)于晶閘管整流器，它本身是一個(gè)時(shí)滯環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)可以表示為 () zszzW s K e ??? （ 317） 式中 zK 管整流器放大倍數(shù)； z? 閘管整流器時(shí)間常數(shù)。假設(shè)電機(jī)補(bǔ)償良好，不計(jì)電樞反應(yīng)、禍流效應(yīng)和磁滯等因素帶來的影響，并設(shè)勵(lì)磁電流恒定，得直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型為： dd d d d edIU L I R C ndt? ? ? （ 310） 式中 dU 電樞電壓； dL 電樞回路電感； dI 電樞電流； dR 電樞回路總電阻； eC 由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電勢系數(shù)，單位為 min/VWb r? n電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。由于本文的 PID 控制算法的輸出量要控制晶閘管的輸出電壓，此類對(duì)象適合用位置式 PID 控制算法，所以下面主要介紹沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 三 章 數(shù)字直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字 PID 控制 13 位置式 PID 控制算法。積分作用度強(qiáng)弱取決于積分 時(shí)間常數(shù) IT ， IT 越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。它是一種基于負(fù)反饋的控制方法，不 僅在模擬調(diào)節(jié)器得到了廣泛應(yīng)用，而且更適合于單片機(jī)控制系統(tǒng)。在動(dòng)態(tài) 性能方面，雙閉環(huán)系統(tǒng)在起動(dòng)和升速過程中表現(xiàn)出很快的動(dòng)態(tài)跟隨性，在動(dòng)態(tài)抗擾性能上，表現(xiàn)在具有較強(qiáng)的抗負(fù)載擾動(dòng)，抗電網(wǎng)電壓擾動(dòng)。電機(jī)轉(zhuǎn)速通過光電脈沖轉(zhuǎn)換器的計(jì)數(shù)，再直接連到單片機(jī)。 在調(diào)壓調(diào)速中，常以電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 nom 為最高轉(zhuǎn)速，若在額定負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速降為nomn? ，則該系統(tǒng)的靜差率應(yīng)是最低轉(zhuǎn)速時(shí)的靜差率，即 0nns num??沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 直流調(diào)速系統(tǒng)理論研究和方案確定 7 min0nns nom?? （ 24） 于是s nsnsnnnn nomnomnomnom ?????????? )1(m i n0m i n，而調(diào)速范圍為： m inm inm ax nnnnD nom?? （ 25） 將 minn 代入上式得 )1( sn snD nomnom ??? （ 26） 對(duì)于同一調(diào)速系統(tǒng)，它的特性硬度或 nomn? 值是一定的，因此，由上式（ 26）可見，如果對(duì)靜差率要求越嚴(yán)，即要求 s 越小時(shí)，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。晶閘管可控整流裝置無噪聲、響應(yīng)快、重量輕、投資省，而且工作可靠，能耗小，效率高。 ⑵ 靜止變流裝置，例如，晶閘管可控整流器，以獲得可調(diào)直流電壓，采用靜止變流裝置又稱 VM 系統(tǒng)。 ⑵ 減弱磁通調(diào)速。 現(xiàn)階段，我國在具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的全數(shù)字化調(diào)速裝置的研發(fā)水平上還落后于發(fā)達(dá)國家，而且進(jìn)口的控制器價(jià)格昂貴，因此，學(xué)習(xí)和研究國外先進(jìn)的控制器，具有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和實(shí)際意義。電機(jī)調(diào)速通常通過給定 環(huán)節(jié) ,中間放大環(huán)節(jié) ,校正環(huán)節(jié)，反饋環(huán)節(jié)和保護(hù)環(huán)節(jié)等來實(shí)現(xiàn)。世界上許多國家都開發(fā)出了數(shù)字式調(diào)速裝置，當(dāng)前直流調(diào)速技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到一個(gè)很高的水平：功率元件采用可控硅，控制方式采用換相、相位控制等。數(shù)字化調(diào)速系統(tǒng)是指用微機(jī)處理器代替以往的模擬調(diào)速器，它具有體積小、實(shí)現(xiàn)方便等優(yōu)點(diǎn)，不僅是一般的 PID 控制，就是復(fù)雜的矢量控制、非線性魯棒控制、模糊控制等方法都可以通過編程實(shí)現(xiàn)，這給設(shè)計(jì)和構(gòu)造調(diào)速系統(tǒng)帶來了許多便利。 PID control。 以單片機(jī)為控制核心的數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)有著許多優(yōu)點(diǎn)：由于速度給定和測速采用了數(shù)字化，能夠在很寬的范圍內(nèi) 高精度測速，所以擴(kuò)大了調(diào)速的范圍，提高了測速控制系統(tǒng)的精度；由于硬件的高度集成化，所以使得零部件數(shù)量大大減少；由于很多功能都是由軟件實(shí)現(xiàn)的，使硬件得以簡化，因此故障率?。粏纹瑱C(jī)以數(shù)字信號(hào)工作，控制方法靈活便捷，抗干擾能力較強(qiáng)。此外，本次設(shè)計(jì)采用了數(shù)字式速度給定和數(shù)字式測速方法，大大提高了速度控制的精度。由于直流電動(dòng)機(jī)的電壓、電流和磁通的耦合較弱，使直流電動(dòng)機(jī)具有良好的運(yùn)行性能和控制特性 ，能夠在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，啟動(dòng)、制動(dòng)性能良好，其在20 世紀(jì) 70 年代以來一直在高精度，大調(diào)速范圍的傳動(dòng)領(lǐng)域內(nèi)占據(jù)主導(dǎo)地位。 課題的背景 我國從上世紀(jì) 60 年代研制出第一只晶閘管以來，晶閘管直流調(diào)速系統(tǒng)得到了快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。在軋鋼機(jī)、冶金、金屬切削機(jī)床和造紙機(jī)、高層電梯等需 要高性能的可控電力拖動(dòng)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。國外一些電氣公司都有成系列的與模擬調(diào)速系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)的全數(shù)字交、直流調(diào)速裝置產(chǎn)品可供選用，新開發(fā)的調(diào)速系統(tǒng)幾乎全是數(shù)字式的。本系統(tǒng)采用了單片機(jī)及外部擴(kuò)展設(shè)備代替模擬調(diào)速系統(tǒng)中速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、觸發(fā)器、鎖零單元和電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器等器件，從而使直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化。此法屬于有級(jí)調(diào)速，平滑性差，機(jī)械特性軟，效率低。 本設(shè)計(jì)根據(jù)技術(shù)要求和特點(diǎn)選用 VM 系統(tǒng) 。 調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo) 調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)指標(biāo) 調(diào)速系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的性能指標(biāo)稱為穩(wěn)態(tài)性能指標(biāo)，它有調(diào)速范圍 D 和靜差率 s兩個(gè)指標(biāo)。 ?超調(diào)量 ? 輸出量超過穩(wěn)態(tài)值的最大偏差與穩(wěn)態(tài)值之比 00m a x 10 0??? ? ?c cc? （ 27） ?調(diào)節(jié)時(shí)間 st 響應(yīng)曲線到達(dá)并不 再超出允許誤差帶所需要的最短時(shí)間，允許誤差帶= ?? )2~5100( 000000 穩(wěn)態(tài)值。 若采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，則可以近似在電機(jī)最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機(jī)的允許過載能力，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又可以讓電流迅速降低下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，此時(shí)起動(dòng)電流近似呈方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長的，這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受到限制的條件下調(diào)速 系統(tǒng)所能得到的最快的起動(dòng)過程。系統(tǒng)構(gòu)成 后，控制規(guī)律是反映單片機(jī)控制系統(tǒng)性能的核心。常規(guī) PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖 31 所示。 將上式離散化為數(shù)字 PID，只要將式中各項(xiàng)分別離散化就可以了，即為： )()( kTutu ? 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 三 章 數(shù)字直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字 PID 控制 12 （ 34） )()( kTete ? （ 35） ?? ? ?? ?? kjt kj jeTjTeTte 00 0 )()()( （ 36） T kekeT TkTekTedt tde )1()()()()( ?????? （ 37） 其中， T 為采樣周期。 顯然，上述離散化過程中，采樣周期 T 必須足夠短，才能保證有足夠的精度。 進(jìn)而，我們可得直流電動(dòng)機(jī)的電壓和轉(zhuǎn)速間的傳遞函數(shù)為： 21/() 1eD m d mCWs T T s T s? ?? （ 314） 根據(jù)式（ 314）可以看出直流電動(dòng)機(jī)可以近似認(rèn)為具有兩個(gè)慣性環(huán)節(jié)的系統(tǒng)。 為了滿足電流超調(diào)量。裕量，則 B=cos ? = 則 9 8 1 1 0)~1(2 ???U , 取 2U =120V。 ②當(dāng)元件的冷卻條件低于標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)，也應(yīng)降低元件的額定電流值。 不能從根本上消除過電壓的根源，只能設(shè)法將過電壓的幅值抑制到安全限度之內(nèi)，這是過電壓 保護(hù)的基本思想。 R≥ 2U 2/S= 1202/ 103 = 選取電阻為 ZB110 的電阻。 選 R 為 的 CZJD2 型金屬化紙介質(zhì)電容器。觸發(fā)電路不正常或受干擾，使晶閘管誤導(dǎo)通，引起過電流。所以為了防止飽和，在每個(gè)橋臂上串聯(lián)一個(gè) 30μ H 的電感。在一個(gè)采樣周期內(nèi)，單片機(jī)要采集 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，數(shù)字濾波，進(jìn)行 PI 運(yùn)算，輸出控制量，顯示，啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換，處理其它中斷 等。主程序框圖如圖 51 所示。當(dāng)上升沿到來時(shí)，讀取計(jì)數(shù)器 T1 的值，計(jì)算兩次計(jì)數(shù)器 T1 的差值得到高頻脈沖數(shù) 2m ，這樣就完成了一次轉(zhuǎn)速測量周期。在中斷程序中開 HSI0 中斷 (允許 HSI0中斷 )，關(guān) HSI 數(shù)據(jù)有效中斷 (停止對(duì) 1m 計(jì)數(shù) )。 觸發(fā)脈沖的軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)中，用定時(shí)器 1 作為 HSO 的時(shí)間基準(zhǔn)，觸發(fā)角和脈寬的控制都是靠 HSO沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 五 章 數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 30 的定時(shí)功能來實(shí)現(xiàn)的。其控制流程圖如圖沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 五 章 數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 31 56 所示。數(shù)字測速不僅精度高，而且安全穩(wěn)定、維護(hù)方便，同時(shí)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(diǎn)，有效地?cái)U(kuò)大了調(diào)速范圍。 研究展望 微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性好、可靠性高，可以提高控制性能，它將是