【正文】 總之，本次設(shè)計(jì)不僅進(jìn)一步強(qiáng)化了我的專業(yè)知識(shí)技能，還是我獲得了設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的一般方法和步驟，對(duì)我以后的學(xué)習(xí)和工作具有重大的幫助。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，總結(jié)出了數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)具有以下主要特點(diǎn)：速度給定和測(cè)速采用數(shù)字化，能夠在很寬的范圍內(nèi)高精度測(cè)速，進(jìn)而擴(kuò)大了調(diào)速范圍，提高了速度控制的精度。定時(shí)器1在系統(tǒng)中作實(shí)時(shí)時(shí)鐘用，其時(shí)鐘信號(hào)來自內(nèi)部的時(shí)鐘發(fā)生電，每8個(gè)狀態(tài)周期計(jì)數(shù)加1，80C196KC的狀態(tài)周期由振蕩器信號(hào)2分頻后獲得，采用16MHz晶振，其狀態(tài)周期為125ns。由此根據(jù)式(62)即可計(jì)算出當(dāng)前電機(jī)的轉(zhuǎn)速。所以采樣周期不能太小。PC機(jī)和單片機(jī)均采用查詢方式進(jìn)行編程。（7）復(fù)位信號(hào)輸出端（RST）上電時(shí)，自動(dòng)產(chǎn)生200ms的復(fù)位脈沖；手動(dòng)復(fù)位端輸入低電平時(shí)，該端也產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)輸出。究其原因是CPU在執(zhí)行某條指令時(shí)，受干擾的沖擊，使它的操作碼或地址碼發(fā)生改變，致使該條指令出錯(cuò)。DL=1時(shí)為每個(gè)字符8位，DL=0時(shí)為每個(gè)字符4位；N=1時(shí)為兩行，N=0時(shí)為一行；F=1時(shí)為5*10點(diǎn)，F(xiàn)=0時(shí)為5*7點(diǎn)。圖54 同步觸發(fā)結(jié)構(gòu)框圖圖55 晶閘管觸發(fā)電路 顯示模塊顯示模塊主要完成控制參數(shù)、運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示，有的控制器還支持操作人員通過顯示界面對(duì)參數(shù)、程序的修改，可以作為一種簡(jiǎn)單的人機(jī)接口使用。三個(gè)同步電壓分別經(jīng)電壓比較器LM339變?yōu)镾1， S2， S3，三個(gè)方波信號(hào)，若以“1”表示高電平，以60o為單位時(shí)間，則S1， S2， S3的波形在電源一個(gè)正弦波周期(6個(gè)相帶)內(nèi)分別組成6種態(tài)：001101100110010011，80C196KC通過P1口讀入S1，S2， S3的狀態(tài)，就可以分析判斷當(dāng)前應(yīng)該觸發(fā)的相應(yīng)主電路的晶閘管觸發(fā)脈沖的組號(hào)?；贛CS96系列80C196KC單片機(jī)的控制系統(tǒng)硬件功能總體框圖如圖51所示。因此作用于晶閘管的正相電壓上升率應(yīng)有一定的限制。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。裕量，則 B==則 , 取=120V。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： （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)。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： （34） （35） （36） （37） 其中，T為采樣周期。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。（2）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 （27）（3）調(diào)節(jié)時(shí)間 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=穩(wěn)態(tài)值。 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)速方案的選擇調(diào)速方案的優(yōu)劣直接關(guān)系到系統(tǒng)調(diào)速的效果，因此必須根據(jù)電機(jī)的型號(hào)及參數(shù)選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，以確保系統(tǒng)能夠正常，穩(wěn)定地運(yùn)行，取得良好的效果。目前，國(guó)內(nèi)外一些主要電氣公司，已經(jīng)研制出全數(shù)字直流調(diào)速裝置，有成熟的系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的應(yīng)用產(chǎn)品供各生產(chǎn)企業(yè)和科研單位選用。但是在要求高起、制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，快速響應(yīng)和較寬速度調(diào)節(jié)范圍的電氣傳動(dòng)領(lǐng)域中，仍然采用直流電動(dòng)機(jī)作為調(diào)速系統(tǒng)的執(zhí)行電機(jī)。同時(shí)，控制電路已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高度集成化、小型化，可靠性及低成本，以上技術(shù)的應(yīng)用，使得直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅度提升，應(yīng)用范圍不斷地?cái)U(kuò)大，直流調(diào)速系統(tǒng)得到較大的發(fā)展。直流電動(dòng)機(jī)具有良好的調(diào)速特性，可以平滑調(diào)速，調(diào)速范圍廣，操作方便；過載能力大，能承受頻繁的沖擊負(fù)載，可以實(shí)現(xiàn)頻繁的無級(jí)快速起、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)，因而能夠滿足生產(chǎn)過程中自動(dòng)控制系統(tǒng)等各種不同場(chǎng)合的需要。改變電樞回路電阻的方法缺點(diǎn)很多，目前較少采用；弱磁調(diào)速調(diào)節(jié)范圍不大，往往與調(diào)壓調(diào)速配合使用。（1）調(diào)速范圍D生產(chǎn)機(jī)械要求電動(dòng)機(jī)提供的最高轉(zhuǎn)速和最低轉(zhuǎn)速之比稱為調(diào)速范圍，用字母D表示，即 （22）其中和一般指電機(jī)在額定負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速，對(duì)于少數(shù)輕載的機(jī)械，也可以用實(shí)際負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速。采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在起動(dòng)過程中只有電流負(fù)反饋，而它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不同時(shí)加到一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只靠轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要的作用，這樣就能夠獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能。系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控對(duì)象組成。為書寫方便，將e(kT)簡(jiǎn)化表示成e(k)，即省去T。5%，取電流環(huán)開環(huán)放大倍數(shù)為電流調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)為（2）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)選擇，取，即中頻寬h=5，使PI調(diào)節(jié)器將轉(zhuǎn)速環(huán)校正為典型II型系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)的跟隨行和抗干擾性。③關(guān)鍵、重大設(shè)備，電流裕量可適當(dāng)選的大些。允許偏差+10％（253V）。交流側(cè)快速熔斷器的選擇由I2= 選取RLS10快速熔斷器，熔體額定電流40A。 同步信號(hào)電路同步信號(hào)電路是數(shù)字直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的一個(gè)重要的電路。單片機(jī)根據(jù)讀到的不同的S1， S2， S3的值，來決定該觸發(fā)哪一個(gè)管子，觸發(fā)順序如表51所示。表54 清顯示RSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB00000000001（3）清顯示：清除屏幕并回到屏幕左上角。按其結(jié)構(gòu)中分為獨(dú)立式鍵盤和矩陣式鍵盤。該輸入端的最小輸入脈寬要求可以有效地消除開關(guān)的抖動(dòng)。本文也采用9針插座，如圖510所示。6 數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 采樣周期T的選擇微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)是離散系統(tǒng)，數(shù)字控制其必須定定時(shí)對(duì)給定信號(hào)和反饋信號(hào)進(jìn)行采樣。法對(duì)脈沖進(jìn)行測(cè)速。這個(gè)中斷是第二次HSI0中斷，把當(dāng)前的時(shí)間作為結(jié)束時(shí)間FT。HSO中斷服務(wù)程序的主要任務(wù)就是根據(jù)狀態(tài)標(biāo)志位產(chǎn)生不同組的HSO輸出信號(hào)，并置相應(yīng)狀態(tài)標(biāo)志位。數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A和零階保持器會(huì)提高控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)分母的階次，使系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量減小，系統(tǒng)性能。還有許多在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中給予我很大幫助和支持的人，在這里一并表示感謝。 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，它將是未來調(diào)速系統(tǒng)的必然發(fā)展趨勢(shì)。其控制流程圖如圖65所示。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)計(jì)數(shù))。主程序框圖如圖67所示。利用單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器功能,對(duì)信號(hào)進(jìn)行固定周期性采樣，T1口和傳感裝置連接，對(duì)信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)。表59 幾種接口比較標(biāo)準(zhǔn)類型RS232RS422RS485信號(hào)模式單接點(diǎn)式差動(dòng)式差動(dòng)式接線方式最高驅(qū)動(dòng)端數(shù)目最高接收端數(shù)目傳輸距離傳輸速率9線/3線1115m115200bps4線/2線111200m10Mbps2線32321200m10Mbps RS232C通信接口標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸格式:RS232C以位串行方式傳輸數(shù)據(jù)格式，1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。（3） ，用于電源故障報(bào)警、電池低電壓檢測(cè)或＋5V以外的電源監(jiān)控。 速度給定電路速度給定采用一個(gè)44鍵盤輸入。當(dāng)D=1時(shí)屏幕ON，D=0時(shí)屏幕OFF；C=1時(shí)光標(biāo)ON，C=0時(shí)光標(biāo)OFF；B=1時(shí)光標(biāo)閃爍，B=1時(shí)光標(biāo)不閃爍。該方法用S1， S2， S3輸出的脈沖信號(hào)作為同步信號(hào)。同樣使用12MHz的晶振，80C196KC的運(yùn)算速度要比8096提高1/3，使用16MHz的晶振，將比使用12MHZ晶振的8096快1/2(因?yàn)?096最快只能使用12MHz晶振)。快速熔斷器的斷流時(shí)間短，保護(hù)性能較好，是目前應(yīng)用最普遍的保護(hù)措施。但采用阻容保護(hù)易影響系統(tǒng)的快速性，因此，一般不采用阻容保護(hù)，而只用壓敏電阻作過電壓保護(hù)。此外，還需注意以下幾點(diǎn)：①當(dāng)周圍環(huán)境溫度超過+40℃時(shí)，應(yīng)降低元件的額定電流值。取，=， 使用PI調(diào)節(jié)器將電流環(huán)校正為典型I型系統(tǒng)。按照模擬PID算法的算式(32)，現(xiàn)以一系列的采樣時(shí)刻點(diǎn)kT代表連續(xù)時(shí)間t，以和式代替積分，以增量代替微分，則可以作如下近似變換； (34) 式中T采樣周期。在控制理論不斷發(fā)展的今天，常規(guī)PID控制器仍然是過程控制中應(yīng)用最廣泛、最基本的一種控制器， PID調(diào)節(jié)器的基本原理控制器最常用的控制規(guī)律是PID控制。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)選擇若采用轉(zhuǎn)速負(fù)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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，不過當(dāng)對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求快速起制動(dòng)，突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)難以滿足要求，因?yàn)樵趩伍]環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動(dòng)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(fù)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(qiáng)烈的負(fù)反饋?zhàn)饔孟拗齐娏鞯臎_擊，并不能很理想地控制電流的動(dòng)態(tài)波形，當(dāng)電流從最大值降低下來以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減少，因而加速過程必然拖長(zhǎng)。綜上選用晶閘管三相全控橋整流電路供電方案。（3）改變電樞回路電阻R。國(guó)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。 課題的背景 我國(guó)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。在傳統(tǒng)的直流調(diào)速系統(tǒng)中，控制回路全部采用模擬電子器件，如晶體管、各種線性運(yùn)算電路等，雖然一定程度上滿足了生產(chǎn)過程的要求，但是因?yàn)樵谑褂弥幸资芡饨绺蓴_影響，線路復(fù)雜、通用性差，而且容易老化，控制系統(tǒng)的效果受到器件性能、溫度等不確定因素的影響，致使系統(tǒng)的運(yùn)行特性也隨之變化，故系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性及準(zhǔn)確性得不到保證，可靠性較差。直流調(diào)速系統(tǒng)是指人為地或自動(dòng)地調(diào)節(jié)直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足控制系統(tǒng)性能的要求。 直流調(diào)速系統(tǒng)的控制方法的選擇直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的表達(dá)式如下：（r/min） （21）式（21）中：U——電樞電壓（V）；——電樞電流（A）。由于要求直流電壓脈動(dòng)較小，故采用三相整流電路。（2）恢復(fù)時(shí)間 從階躍擾動(dòng)開始，到響應(yīng)曲線到達(dá)并不再超出允許誤差帶所需的最短時(shí)間間隔段稱為恢復(fù)時(shí)間。PID控制式工業(yè)控制過程中應(yīng)用最為廣泛的一種控制方式。為了書寫方便，將e（kT）簡(jiǎn)化表示為e（k），將上式（34）、（35）、（36）、(37)代入式（32）中，可得離散的PID表達(dá)式為 （38）或 （39）上式中，k是采樣序號(hào)k=0、2...。圖33雙閉環(huán)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖其中轉(zhuǎn)速外環(huán)與電流內(nèi)環(huán)均采取PI控制。 一次、二次側(cè)相電流II2的計(jì)算查表可得 KI1=， KI2= 變壓器容量的計(jì)算S1=m1U1I1；S2=m2U2I2；S=1/2(S1+S2)；式中mm2 次側(cè)與二次側(cè)繞組的相數(shù)；S1=m1U1I1=3380= KVAS2=m2U2I2=3120= KVAS=1/2(S1+S2)=1/2（+）= KVA 晶閘管型號(hào)的選擇整流電路采用晶閘管全控橋電路。實(shí)用中常視需要在電路的不同部位選用不同的方法，或者在同一部位同時(shí)用兩種不同保護(hù)方法。C≥6S/2= 61213842/1202= 1