【正文】 整流橋?yàn)橄到y(tǒng)默認(rèn)值。圖43 PI控制流程圖 中斷服務(wù)程序?yàn)榱撕芎玫貙?shí)現(xiàn)系統(tǒng)對各個(gè)信號(hào)的采樣分析，本系統(tǒng)需要設(shè)置中斷服務(wù)子程序，及時(shí)的將信號(hào)反饋到單片機(jī)中，以便準(zhǔn)確的完成控制指標(biāo)[20]。本設(shè)計(jì)用AT89C52單片機(jī)代替了直流電動(dòng)機(jī)雙環(huán)調(diào)速裝置中的電流和轉(zhuǎn)速控制模擬調(diào)節(jié)器，同時(shí)還要檢測皮帶傳輸系統(tǒng)上的重量，并對上一級(jí)皮帶傳輸物料速度進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。12V的線性電源，LA25ANP需要177。而且具有消除抖動(dòng)的功能。 I/O口擴(kuò)展電路本系統(tǒng)I/O擴(kuò)展芯片采用8155H。本系統(tǒng)采用美國國際公司生成的芯片IR2110作為IGBT驅(qū)動(dòng)芯片，該芯片具有體積小，集成度高，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，成本低廉，易于調(diào)試，工作頻率最高可達(dá)500KHz等一系列優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于大功率MOSFET和IGBT驅(qū)動(dòng)電路中。時(shí)鐘計(jì)數(shù)器的GATE1與D觸發(fā)器輸出的Q端相接，要等隨后的第一個(gè)輸入測速脈沖上升沿進(jìn)入D觸發(fā)器的觸發(fā)脈沖CP端，Q才變?yōu)楦唠娖?，此?MHZ時(shí)鐘脈沖開始計(jì)數(shù)。 測速時(shí)間由測速脈沖來同步，即由硬件電路實(shí)現(xiàn)。本次設(shè)計(jì)，電流傳感器采用LEM公司生產(chǎn)的LA25NP霍爾式直流電流傳感器。 IGBT的選擇及其吸收回路設(shè)計(jì)直流電機(jī)的供電需要三相直流電，在生活中直接提供的三相交流380V電源，因此要進(jìn)行整流，則本設(shè)計(jì)采用三相橋式整流電路變成三相直流電源，最后達(dá)到要求把電源提供給直流電動(dòng)機(jī)。單片機(jī)的P0口與A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)線、鎖存器74LS373相連。 kΩ ,因而增益方程式為 　 G = kΩ/Rg + 1 　 （33）對于所需的增益, 則外部控制電阻值為　Rg =（G 1）kΩ AD620構(gòu)成的放大器及濾波電路如圖32所示。放大器的輸入信號(hào)一般是由傳感器輸出的。傳感器的輸出信號(hào)強(qiáng)，電壓靈敏度一般每毫米的位移可達(dá)數(shù)百毫伏的輸出；線性度和重復(fù)性都比較好。（2）小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：，現(xiàn)在=，滿足近似條件。 電動(dòng)勢系數(shù)由電機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算公式，有 （24）代入?yún)?shù)U=220V，=，=計(jì)算得= 電動(dòng)機(jī)額定勵(lì)磁下的轉(zhuǎn)矩電流比根據(jù)公式 （25）代入=可得= 電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪轉(zhuǎn)矩計(jì)算由 （26）其中，代入J=可得 機(jī)電時(shí)間常數(shù)由公式 （27）將以上計(jì)算結(jié)果代入?yún)?shù)計(jì)算得= 電磁時(shí)間常數(shù) （28）其中計(jì)算得 雙閉環(huán)穩(wěn)態(tài)工作時(shí)靜特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個(gè)調(diào)節(jié)器都不飽和時(shí)，各變量之間有下列關(guān)系： （29） （210） （211） 上述關(guān)系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)上，轉(zhuǎn)速n是由給定電壓決定的，ASR的輸出量是由負(fù)載電流決定的，而控制電壓的大小則同時(shí)取決于和，或者說，同時(shí)取決于和。其內(nèi)環(huán)是電流反饋及控制環(huán)，外環(huán)是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速反饋及控制環(huán)，內(nèi)環(huán)和外環(huán)的調(diào)節(jié)都是由AT89C52微機(jī)軟件完成數(shù)字PI控制規(guī)律的運(yùn)算。圖21 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理圖圖中兩個(gè)調(diào)節(jié)器ASR和ACR分別為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，二者串級(jí)連接，即把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。 直流調(diào)速系統(tǒng)PWM電路方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)需要設(shè)計(jì)一個(gè)直流調(diào)速系統(tǒng)，根據(jù)皮帶傳輸系統(tǒng)所測得的物料重量來調(diào)節(jié)上一級(jí)傳輸皮帶的物料傳輸速率，即控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制皮帶傳輸系統(tǒng)上物料重量的目的。但是VM系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí)還有很多的缺點(diǎn)： 由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，要?shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，必須采用正、反兩組全控橋整流電路； 晶閘管對過電壓和過電流十分敏感，因此必須有可靠地保護(hù)電路和符合要求的散熱條件； 當(dāng)系統(tǒng)處于深調(diào)速狀態(tài)，晶閘管的導(dǎo)通角度很小，系統(tǒng)功率因數(shù)低，會(huì)產(chǎn)生很大的諧波電流，引起電網(wǎng)電壓的畸變。第一，大規(guī)模集成芯片的產(chǎn)生和廣泛應(yīng)用使得穩(wěn)定安全的控制系統(tǒng)得到了基本的保證，但是在一些嚴(yán)酷的環(huán)境下，系統(tǒng)故障還是時(shí)常發(fā)生，導(dǎo)致我們生產(chǎn)出來的產(chǎn)品會(huì)因?yàn)橥饨鐢_動(dòng)配料失調(diào)而不合格，所以系統(tǒng)在惡劣環(huán)境的抗干擾能力有待提高。配料系統(tǒng)的發(fā)展大致經(jīng)歷了以下四個(gè)階段：第一階段是上世紀(jì)五、六十年代的純機(jī)械式配料系統(tǒng)，普遍采用機(jī)械式、光電式掃描或增量式編碼器等，這一階段的配料系統(tǒng)僅具有識(shí)別計(jì)數(shù)和啟動(dòng)功能。隨著我國工業(yè)自動(dòng)化程度的提高，配料系統(tǒng)將在現(xiàn)在和未來的市場需求中占據(jù)相當(dāng)大的比例。因此，改善現(xiàn)有配料裝置，開發(fā)更精確、更方便的配料系統(tǒng)控制器勢在必行。首先介紹了配料系統(tǒng)控制器的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，接著對配料系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)、工作原理作了介紹。配料系統(tǒng)自動(dòng)控制裝置不僅是提供重量數(shù)據(jù)的儀表，而且作為工業(yè)控制系統(tǒng)和商業(yè)管理系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，更加推進(jìn)了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化和管理的現(xiàn)代化。配料質(zhì)量控制的優(yōu)劣直接關(guān)系著企業(yè)生產(chǎn)能否順利進(jìn)行。配料系統(tǒng)起源于 19 世紀(jì)末，工業(yè)革命以來，各項(xiàng)新技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，隨著皮帶傳輸系統(tǒng)的出現(xiàn)，配料系統(tǒng)也應(yīng)運(yùn)而來。其中配料控制系統(tǒng)作為一個(gè)在各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域方面都有其重要作用關(guān)鍵環(huán)節(jié)更是取得了很大成就。三相半波可控整流電路使用的晶閘管個(gè)數(shù)只是三相全控橋整流電路的一半，但它的性能不及三相全控橋整流電路。由于本設(shè)計(jì)所要控制的電機(jī)要求響應(yīng)速度快，基于以上優(yōu)點(diǎn)，所以系統(tǒng)就是利用脈寬調(diào)制器這種控制方式來改變電壓的占空比實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)速度的控制。在電流控制回路中設(shè)置一個(gè)調(diào)節(jié)器，專門用于調(diào)節(jié)電流量，從而在調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置了轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器，形成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制。通過軟件編程，實(shí)現(xiàn)針對該輸入數(shù)字信號(hào)的一些算法，由I/O口發(fā)送觸發(fā)脈沖控制信號(hào)來控制電力電子變換器的導(dǎo)通角度或者占空比，來控制電機(jī)的電樞電壓大小，從而達(dá)到控制轉(zhuǎn)速變化的目的[9]。綜合考慮，對于這個(gè)系統(tǒng)的要求有以下幾點(diǎn)[10]： 調(diào)速系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)； 電流超調(diào)量5%，相角穩(wěn)定裕度45176。眾所周知，典型的II型系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)抗擾動(dòng)性能，但其階躍響應(yīng)超調(diào)量會(huì)很大，但按照線性系統(tǒng)理論分析計(jì)算的數(shù)據(jù)，實(shí)際系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的飽和非線性性質(zhì)會(huì)使超調(diào)量大大降低，所以ASR也應(yīng)該采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可表示為Kn — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。缺點(diǎn)是輸出有非線性，寄生電容和分布電容對靈敏度和測量精度的影響較大，以及聯(lián)接電路較復(fù)雜等。壓力傳感器輸出的電壓信號(hào)為毫伏級(jí)，其中伴隨著一些高頻干擾，低頻噪聲等。此外，AD620功耗較低( mA)、較高精度(最大非線性度40 ppm)、低失調(diào)電壓(最50V)和低失調(diào)漂移(176。單片機(jī)與ADC0809的接口電路圖如圖33。但由于電容容量很大，突然接通電源時(shí)候相當(dāng)于短路，將會(huì)產(chǎn)生很大的充電電流，容易損壞電路中的元器件，所以在整流器和濾波電容之間要串聯(lián)一個(gè)大電阻，合上電源后再用延時(shí)開關(guān)將該電阻短路，以免運(yùn)行中造成不必要的損耗。PWM變換器電路如圖36。在本設(shè)計(jì)中，皮帶傳輸系統(tǒng)上物料較多時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速較低，皮帶傳輸系統(tǒng)上物料較少時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)速較高。通過單片機(jī)編程初始化進(jìn)入這種方式后，可用GATE電平對計(jì)數(shù)過程進(jìn)行監(jiān)控。高位的RCO\信號(hào)為電路總RCO\信號(hào)接到計(jì)數(shù)器的置數(shù)端LOAD\，RCO\信號(hào)反相后即為觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)，通過一個(gè)D觸發(fā)器4013，Q端即PWM信號(hào)正輸出Q+，Q即為PWM互補(bǔ)輸出Q，然后4013的Q和Q\分別接兩個(gè)高速光耦TLP5211輸出。圖311 PWM驅(qū)動(dòng)電路圖 配料系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)的鍵盤與顯示電路本設(shè)計(jì)系統(tǒng)除了前面所述的幾個(gè)結(jié)構(gòu)外，還需要用到人機(jī)聯(lián)系部件去實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，鍵盤用來控制整個(gè)皮帶傳輸系統(tǒng)的開始和停止。因此，相對于單片機(jī)系統(tǒng)來說鍵盤接口信號(hào)是輸入信號(hào)。鍵盤顯示電路接線圖如圖314。圖316 電源電路原理圖對于IR2110使用的+15V電源以及各個(gè)功率地電源電路，設(shè)計(jì)原理圖如圖317所示。但如果Kp取值過小,會(huì)降低調(diào)節(jié)精度,使響應(yīng)速度緩慢,從而延長調(diào)節(jié)時(shí)間,使系統(tǒng)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性變壞。圖51 仿真模型整體框圖三相電源設(shè)置峰值電壓為220V,頻率為50 Hz,相位分別為0176。為了更好的看到電機(jī)運(yùn)行情況，再接一個(gè)顯示器用來顯示電機(jī)中電流波形。原因在于系統(tǒng)的實(shí)際參數(shù)，往往與理論設(shè)計(jì)時(shí)所用的值有一定的誤差，而且系統(tǒng)某些環(huán)節(jié)非線性因素影響會(huì)使系統(tǒng)在理論設(shè)計(jì)參數(shù)后并不能立即獲得理想的調(diào)速性能，因此需要通過調(diào)試過程才能獲得理想性能。在主程序中，主要完成對各個(gè)可編程芯片進(jìn)行初始化和鍵盤參數(shù)設(shè)置的處理。穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)，是根據(jù)穩(wěn)壓電源的輸出電壓Uo、輸出電流Io、輸出紋波電壓ΔU等性能指標(biāo)要求，正確地確定出變壓器、集成穩(wěn)壓器、整流二極管和濾波電路中所用元器件的性能參數(shù)，從而合理的選擇這些器件。用I/O口線組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行列的交點(diǎn)上。8155H可以直接和單片機(jī)進(jìn)行連接，不需要任何外加邏輯[17]。尤其是高端懸浮自舉電源的設(shè)計(jì)，可以大大減少驅(qū)動(dòng)電源的數(shù)目，即一組電源即可實(shí)現(xiàn)對上下端的控制。圖39 速度信號(hào)檢測電路接線圖 PWM驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) PWM信號(hào)產(chǎn)生電路在晶體管功率放大和電源電路中，脈沖寬度調(diào)制器（IGBT）以其功耗低、效率高得到了廣泛的應(yīng)用。這樣，就代表了個(gè)測速脈沖周期的時(shí)間。直流母線電流從LA25ANP的I+管腳流進(jìn)，二次邊電流由M管腳輸出。所以電路中需要加緩沖電路，緩沖電路可以減小器件的開關(guān)損耗。74LS07芯片是8279作為LED數(shù)碼管顯示器的段選碼輸出端口的同相驅(qū)動(dòng)芯片。 A/D轉(zhuǎn)換電路經(jīng)過放大電路的信號(hào)是一個(gè)模擬信號(hào)，要實(shí)現(xiàn)本次設(shè)計(jì)的目的必須把它變成數(shù)字量才能送入單片機(jī)控制系統(tǒng)受理，因此本系統(tǒng)需要用A/D轉(zhuǎn)換器將經(jīng)過AD620放大得到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。否則，放大器的負(fù)載效應(yīng)會(huì)使所測電壓造成偏差。皮帶配料系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)需要具有很快的測量速度，而且輸出還要具有良好的線性性能，所以電容式傳感器和電感式傳感器都不能很好的適用于本次設(shè)計(jì)，固設(shè)計(jì)所需傳感器選用電阻應(yīng)變式傳感器。 傳感器選擇我們通常把自然界的非電信號(hào)通過傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并加以放大。設(shè)計(jì)時(shí)可按典型I型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。對單片機(jī)進(jìn)行編程，通過8279芯片實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速、重量的LED數(shù)碼管顯示。為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，兩個(gè)調(diào)節(jié)器都采用PI調(diào)節(jié)器，則有 為了引出電流反饋，在電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)框圖中必須把電樞電流Id顯露出來。 PWM變換器控制方案選擇采樣控制理論中有一個(gè)重要結(jié)論：沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，對半導(dǎo)體開關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷進(jìn)行控制,使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率[5]。沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。第三，現(xiàn)代的工業(yè)自動(dòng)化雖然給我們的生產(chǎn)生活帶來了極大的便利，但與此同時(shí)對環(huán)境也產(chǎn)生了不良影響，我們需要在生產(chǎn)過程中采用一些手段使得我們的生產(chǎn)更環(huán)保、更節(jié)能，認(rèn)真貫徹可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。第三、第四階段是20世紀(jì)七十年代末的微機(jī)智能化的配料系統(tǒng)。而且，中國地大物博、資源豐富，各項(xiàng)工業(yè)生產(chǎn)正在以不可阻擋的勢頭向前發(fā)展。配料系統(tǒng)的使用可以提高各個(gè)部門的自動(dòng)化水平和各個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，從而擴(kuò)大公司的效益。在單片機(jī)控制方面，討論了數(shù)字觸發(fā)、數(shù)字測速、數(shù)字PWM調(diào)制器、轉(zhuǎn)速與電流控制器的原理,并給出了軟、硬件實(shí)現(xiàn)方案。近年來，隨著電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及智能控制理論的飛速發(fā)展，配料自動(dòng)控制技術(shù)也經(jīng)歷了劃時(shí)代的發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，配料控制系統(tǒng)也隨之不斷改進(jìn)。所謂自動(dòng)衡器就是指在稱量過程中無需操作者干預(yù)便能按預(yù)定的處理程序自動(dòng)稱量的衡器。鴉片戰(zhàn)爭以后，我國一些先進(jìn)知識(shí)分子開始意識(shí)到西方科學(xué)技術(shù)的強(qiáng)大，漸漸摘掉了夜郎自大的眼睛，放眼看世界，開始在西方列強(qiáng)的壓迫下摸索前進(jìn)。 配料自動(dòng)控制系統(tǒng)可控直流源的方案比較方案一：靜止式可控整流器1957年，晶閘管問世，很快便生產(chǎn)出整套的晶閘管整流裝置，使變流技術(shù)發(fā)生了革命性的變化。PWM控制技術(shù)以其控制簡單、靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點(diǎn)。隨著調(diào)速系統(tǒng)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，傳統(tǒng)的采用PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)雖能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無靜差調(diào)節(jié)，但不能滿足較快的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的一般生產(chǎn)機(jī)械的調(diào)速要求。 （4）當(dāng)電機(jī)過載甚至堵轉(zhuǎn)時(shí)，限制電樞電流的最大值，從而起到快速的安全飽和作用。勵(lì)磁電壓：220V。二、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的參數(shù)設(shè)計(jì)電流環(huán)經(jīng)過簡化之后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個(gè)環(huán)節(jié)， 整個(gè)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖23中的a圖。它的缺點(diǎn)是對于大應(yīng)變有較大的非線性、輸出信號(hào)較弱，但可采取一定的補(bǔ)償措施。應(yīng)變片測量電橋在測量前使電橋平衡，從而使測量時(shí)電橋輸出電壓只與應(yīng)變片感受的應(yīng)變所引起的電阻變化有關(guān)?？赏ㄟ^改變RG的大小來改變放大器的增益。另一方面，由于ADC0809無內(nèi)部時(shí)鐘，可利用單片機(jī)ALE管腳輸出時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)D觸發(fā)器二分頻之后送給ADC0809的CLK管腳。(INT1）用來接受8253的中斷請求信號(hào)，控制計(jì)數(shù)器與單片機(jī)的正常通訊；GND接地，VSS接+5V電源。其中： （34）