【正文】 數(shù)字測速不僅精度高，而且安全穩(wěn)定、維護(hù)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。 觸發(fā)脈沖的軟件設(shè)計 本系統(tǒng)中，用定時器 1 作為 HSO 的時間基準(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 30 的定時功能來實現(xiàn)的。當(dāng)上升沿到來時，讀取計數(shù)器 T1 的值，計算兩次計數(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。在一個采樣周期內(nèi)，單片機要采集 A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，數(shù)字濾波，進(jìn)行 PI 運算，輸出控制量，顯示，啟動 A/D 轉(zhuǎn)換，處理其它中斷 等。觸發(fā)電路不正?；蚴芨蓴_，使晶閘管誤導(dǎo)通，引起過電流。 R≥ 2U 2/S= 1202/ 103 = 選取電阻為 ZB110 的電阻。 ②當(dāng)元件的冷卻條件低于標(biāo)準(zhǔn)要求時，也應(yīng)降低元件的額定電流值。 為了滿足電流超調(diào)量。 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。常規(guī) PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖 31 所示。 若采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，則可以近似在電機最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機的允許過載能力，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，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)運行，此時起動電流近似呈方形波，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過程。 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)運行時的性能指標(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兩個指標(biāo)。此法屬于有級調(diào)速，平滑性差，機械特性軟，效率低。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。此外，本次設(shè)計采用了數(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。 PID control。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。 現(xiàn)階段，我國在具有完全自主知識產(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)濟價值和實際意義。 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)。 在調(diào)壓調(diào)速中，常以電機額定轉(zhuǎn)速 nom 為最高轉(zhuǎn)速，若在額定負(fù)載時轉(zhuǎn)速降為nomn? ，則該系統(tǒng)的靜差率應(yīng)是最低轉(zhuǎn)速時的靜差率，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，如果對靜差率要求越嚴(yán)，即要求 s 越小時，系統(tǒng)能夠允許的調(diào)速范圍也越小。在動態(tài) 性能方面，雙閉環(huán)系統(tǒng)在起動和升速過程中表現(xiàn)出很快的動態(tài)跟隨性，在動態(tài)抗擾性能上，表現(xiàn)在具有較強的抗負(fù)載擾動，抗電網(wǎng)電壓擾動。積分作用度強弱取決于積分 時間常數(shù) IT ， IT 越大，積分作用越弱，反之則越強。假設(shè)電機補償良好，不計電樞反應(yīng)、禍流效應(yīng)和磁滯等因素帶來的影響，并設(shè)勵磁電流恒定，得直流電機數(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 由電機結(jié)構(gòu)決定的電勢系數(shù)，單位為 min/VWb r? n電動機轉(zhuǎn)速。 變壓器二次側(cè)電壓 U2的計算 U2 是一個重要的參數(shù)，選擇過低就會無法保證輸出額定電壓，選擇過高又會造成延遲角 ? 加大，整流元件的承受電壓升高，增加了裝置的成本。采取正確的保護(hù)措施是晶閘管裝置可靠地運行的必要條件。 ? 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。 ⑵ 電流上升率 di/dt：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。 主程序的設(shè)計 數(shù)字控制的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律是靠軟件來實現(xiàn)，系統(tǒng)中的所有硬件也靠軟件來管理。 ⑵ 轉(zhuǎn)速脈沖引起 HSI0 中斷，如果是第一次中斷則記下當(dāng)前時間作 起始時間 ST，設(shè)軟件定時器 1 中斷時間 T0，關(guān) HSI0 中斷，啟動 HSI 數(shù)據(jù)有效對 2m 計數(shù)；如果是第二次中斷則把當(dāng)前的時間作為結(jié)束時間 FT。因為 HSO CAM 只能存儲8 個 HSO 事件，考慮到軟件定時器對 HSO CAM 的占用情況，我們把 24 個觸發(fā)時刻分為 4 組，每組 6 個觸發(fā)時刻，分別由同步中斷與 HSO 中斷產(chǎn)生。 (4)由于許多功能都是由軟件來完成的，所以使硬件得以簡化，故障率比較小。其控制流程圖如圖 57 所示。見圖 53 然后用公式 (53)計算轉(zhuǎn)速。具體方法如下： 在圖 51 中， T 為實際檢測時間， T0 是一固定不變的定時時間，當(dāng)轉(zhuǎn)速脈沖的上升沿到來時，啟動定時 T0，由兩個計數(shù)器分別對轉(zhuǎn)速脈沖 M1 和高頻脈沖數(shù) M2 計數(shù)。必須對系統(tǒng)的采樣頻率作出一定的要求，才能保證離散的數(shù)字信號在處理完畢后能夠不失真地重復(fù)連續(xù)的模擬信號。因此作用于晶閘管的正相電壓上升率應(yīng)有一定的限制。以過電壓保護(hù)的部位來分，有交流側(cè)過壓保護(hù)、直流側(cè)過電壓保護(hù)和器件兩端的過電壓保護(hù)三種。由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，不允許電流反向，對過電壓過電流敏感，在低速運行時，導(dǎo)通角很小等缺點。 對于電流閉環(huán)， PI 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)可以表示為 1() iiiisW s K ? ??? （ 315） 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 三 章 數(shù)字直流電機調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字 PID 控制 17 式中 iK 電流調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)； i? 調(diào)節(jié)器時間常數(shù)。 )(ku 是 k 次采樣時刻的輸出值； )(ke 是第 k 次采樣時刻輸入的偏差值； )1( ?ke 是 k1 次采樣時刻輸入的偏差值： jk 是積分系數(shù)， jpj TTkk /? 。 在本系統(tǒng)中，采用了 PID 控制算法。 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 全面比較單閉環(huán)和雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，把握系統(tǒng)要求實現(xiàn) 的功能，選擇最適合設(shè)計要求的虛擬控制電路?？紤]到使電路簡單、經(jīng)濟且滿足性能要求，因此選擇晶閘管三相全控橋交流器供電方案。 直流調(diào)速系統(tǒng)的控制方法的選擇 直流電動機轉(zhuǎn)速的表達(dá)式如下： ??? ?e aC RIUn （ r/min） （ 21） 式（ 21）中： U—— 電樞電壓（ V）； aI —— 電樞電流（ A）； aI —— 電樞電路總電阻（ ? ）； 由式（ 21）可知，調(diào)節(jié)直流電機轉(zhuǎn)速 n 的控制方法有以下三種： ⑴ 調(diào)節(jié)電樞電壓 U。直流調(diào)速系統(tǒng)是指人為地或自動地調(diào)節(jié)直流電動機的轉(zhuǎn)速，以滿足控制系統(tǒng)性能的要求。 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，但是因為在使用中易受外界干擾影響，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)的運行特性也隨之變化，故系統(tǒng)的運行可靠性及準(zhǔn)確性得不到保證，可靠性較差。 沈陽化工大學(xué) 本科畢業(yè)論文 題 目： 直流電動機 雙閉環(huán)系統(tǒng)軟件設(shè)計 摘要 近年來，自動化控制系統(tǒng)在各行業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，而直流調(diào)速系統(tǒng)作為電力拖動系統(tǒng)的主要方式之一，在現(xiàn)代化生產(chǎn)中起著十分重要的作用。由于直流電動機具有良好的機械特性和調(diào)速特性，調(diào)速平滑，方便，易于在大范圍內(nèi)進(jìn)行平滑調(diào)速，過載能力較大，能夠承受頻繁的沖擊負(fù)載，可以實現(xiàn)無級快速制動和反轉(zhuǎn)，能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)過程中的特殊運行要求，因此直流調(diào)速系統(tǒng)至今仍然被廣泛用于自動控制要求較高的生產(chǎn)過程，仍然是調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。 課題研究的目的和實際意義 數(shù)字化和智能化已被公認(rèn)為運動控制系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，在直流電機調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用也已成為發(fā)展趨勢。 電動機型號的選擇 本次設(shè)計選用的電動機型號 Z232 型，額定功率 ，額定電壓 110V，額定電流 46A，額定轉(zhuǎn)速 1500r/min， 勵磁電壓 220V。由于要求直流電壓脈動較小，故采用三相整流電路。 ?恢復(fù)時間 vt 從階躍擾動開始，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間間隔段稱為恢復(fù)時間。 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 ????????????? ??kjdipkekeTTjeTTkekku0)]1()([)()()( （ 38） 或 )]1()([)()()( 0 ????? ?? kekekjekkekku dkjip （ 39） 上式中， k 是采樣序號 k=0、 2...。 STSTKiii )1( ?11 ?STniTSTKnnn )1( ?11 ?STon 1?ssTK11?STRl STRm eC11?ST oi?1?ST on?*nU ?? )(te ? ??dI dlI )( snA SRAC RSCR 圖 33 雙閉環(huán)系統(tǒng)的動態(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。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 四 章 主電路的設(shè)計與參數(shù)計算 20 一次、二次側(cè)相電流 I I2的計算 查表可得 KI1=， KI2= 11 1 . 0 5 1 . 0 5 0 . 8 1 6 4 6 / 3 . 1 7 1 2 . 4 3IKII A AK? ? ? ? ? 22 0. 81 6 46 37 .5 36IdI K I A A? ? ? ? 變壓器容量的計算 S1=m1U1I1； S2=m2U2I2； S=1/2(S1+S2)； 式中 m m2 次側(cè)與二次側(cè)繞組的相數(shù)； S1=m1U1I1=3 380 = KVA S2=m2U2I2=3 120 = KVA S=1/2(S1+S2)=1/2（ +） = KVA 晶閘管型號的選擇 整流電路采用晶閘管全控橋電路。沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 四 章 主電路的設(shè)計與參數(shù)計算 22 實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用兩種不同保護(hù)方法。 ⑵ 電壓上升率 du/dt：正相電壓上升率較大時，會使晶閘管誤導(dǎo)通。 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