【正文】 （ 22） 式中 UcUK ds ?為脈寬調(diào)制器和 PWM 變換器的放大系數(shù)； dU 為 PWM 變換器的輸出電壓； CU 為脈寬調(diào)制器的控制電壓； Ts 為 PWM 裝置的延遲時(shí)間 配料系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)閉環(huán)系統(tǒng)方案 在本次設(shè)計(jì)中，電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)采取閉環(huán)控制系統(tǒng)，有兩種方案可供選擇：?jiǎn)伍]環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。直到進(jìn)入上世紀(jì) 80 年代，隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展， PWM 控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用。 旋轉(zhuǎn)變流機(jī)組是至少要包含兩臺(tái)與調(diào)速電機(jī)容量相當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)電機(jī)，還需要一臺(tái)勵(lì)磁發(fā)電機(jī)，設(shè)備多，體積龐大，費(fèi)用高，不便于維護(hù)，運(yùn)行噪聲大。而第三、四階段的 配料系統(tǒng) 控制器集合了微機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代計(jì)量技術(shù)、通訊技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、工業(yè)控制等技術(shù)，不僅增強(qiáng)了計(jì)量的準(zhǔn)確性，而且對(duì)其在計(jì)量過程中出現(xiàn)的問題 能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)和控制，同時(shí)，儀表的顯示、報(bào)警、調(diào)零等功能的自動(dòng)控制也越來越完善。 綜上所述，我們可以看到配料自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究設(shè)計(jì)對(duì)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著很重要的意義，精確的配料技術(shù)不僅可以擴(kuò)大生產(chǎn)量，還可以是生產(chǎn)出來的產(chǎn)品具有很高的質(zhì)量和性能，經(jīng)得起市場(chǎng)的考驗(yàn)，使我們的產(chǎn)品在世界經(jīng)濟(jì) 市場(chǎng)上更具有競(jìng)爭(zhēng)力。在建材行業(yè)，沙子、粘土、水泥、石灰、石子等物料的混合需要用 配料系統(tǒng) 對(duì)其進(jìn)行定量配比。 CHAPTER 1 INTRODUCTION ................................................................................. 1 Foreword ......................................................................................................... 1 The significance of the belt batching system................................................... 1 The development of the belt batching system in the world ............................. 3 The development trend of the batching system ............................................... 4 CHAPTER 2 The design of the automatic batching system ........................................ 6 The choice of controlled DC source for the system ........................................ 6 Program parison of the controlled DC source ................................ 6 The decision of the program.................................................................. 8 DC speed conrol system39。通過實(shí)時(shí)測(cè)試與調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和電流，此調(diào)速系統(tǒng)可獲得快速、精確的調(diào)速效果。 在煤炭行業(yè)， 配料系統(tǒng) 用于定量供煤，能否準(zhǔn)確配料直接決定配煤質(zhì)量?？梢钥吹?， 3 中國廣大的市場(chǎng)為 配料系統(tǒng) 的發(fā)展提供了廣闊的前景。計(jì)算機(jī)首次被引入電子 配料系統(tǒng) ，大大提高了它的集成度。 通過以上的分析，可以看到配料自動(dòng)控制系統(tǒng)還要經(jīng)過一些完善，具有很深刻的研究意義。 PWM 控制技術(shù)就是以該結(jié)論為理論基礎(chǔ)，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相 等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或其他所需要的波形。 硬件調(diào)試法： 硬件調(diào)制法是為解決等面積法計(jì)算繁瑣的缺點(diǎn)而提出的，其原理就是把所希望的波形作為調(diào)制信號(hào)，把接受調(diào)制的信號(hào)作為載波，通過對(duì)載波的調(diào)制得到所期望的 PWM 波形 .通常采用等腰三角波作為載波，當(dāng)調(diào)制信號(hào)波為正弦波時(shí)，所得到的就是 SPWM 波形 .其實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單，可以用模擬電路構(gòu)成三角波載波和正 弦調(diào)制波發(fā)生電路，用比較器來確定它們的交點(diǎn) ,在交點(diǎn)時(shí)刻對(duì)開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，就可以生成 SPWM 波 .但是，這種模擬電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)精確的控制 . 軟件生成法： 由于微機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得用軟件生成 SPWM 波形變得比較容易，因此，軟件生成法也就應(yīng)運(yùn)而生 .軟件生成法其實(shí)就是用軟件來實(shí)現(xiàn)調(diào)制的方法，其有兩種基本算法，即自然采樣法和規(guī)則采樣法 . 本設(shè)計(jì)利用軟件編程設(shè)置一些關(guān)鍵控制字，實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制信號(hào)的輸出，達(dá)到控制的目的。 12 兩個(gè)調(diào)節(jié)器的作用 [8]： ASR 的作用 （ 1）使轉(zhuǎn)速 n 跟隨給定電壓 *mU 變化，穩(wěn)態(tài)無靜差。同時(shí)， 8279 芯片外接一個(gè) 4 4 鍵盤，通過鍵盤可設(shè)置數(shù)字來控制系統(tǒng)的啟動(dòng)停止，最終達(dá)到一個(gè)智能控制的目的。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，要校正成 I 型系統(tǒng)，顯然要用 PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 ? ?ssKWiiiSAC R ?? 1)( ?? Ki — 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； i? — 電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。 22 第 3 章 配料系統(tǒng)自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 本章作為整個(gè)設(shè)計(jì)最主要的一章，分析了整個(gè)系統(tǒng)的硬件選擇和硬件電路 設(shè)計(jì)方案，并確定了各個(gè)模塊電路圖的連接方法。但不足的是，它有頻率響應(yīng)較低，不宜快速動(dòng)態(tài)測(cè)控等缺點(diǎn)。因此，一般對(duì)放大器有如下一些要求： 輸入 阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)源內(nèi)阻。 穩(wěn)壓管 D16 的作用是使 AD620 電壓輸出低于 ADC0809 輸入最大值，防止造成芯片損壞。中斷請(qǐng)求信號(hào)由 ADC0809 的 EOC 端接單片機(jī) INT0 口輸入。 AD620 是一款低成本、高精度儀表放大器，僅需要一個(gè)外部電阻來設(shè)置增益，增益范圍為 1 至 10,000。為此，測(cè)量電路中常設(shè)有模擬放大環(huán)節(jié) 和濾波電路 。電容器傳感器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,價(jià)格便宜，靈敏度高，零磁滯，真空兼容，過載能力強(qiáng)，動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性良好和對(duì)高溫、輻射、強(qiáng)振等 惡劣條件的適應(yīng)性強(qiáng)等。 轉(zhuǎn)速環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖簡(jiǎn)化過程如圖 23。轉(zhuǎn)速超調(diào)量 n? 10%； 低速平穩(wěn)性好，穩(wěn)定精度好，調(diào)速范圍廣； UPE 系統(tǒng)開關(guān)頻率高，電機(jī)損耗，發(fā)熱量要求?。? 系統(tǒng)頻帶寬，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，抗干擾能力強(qiáng)； 有鍵盤、顯示器組成的人機(jī)界面，顯示器用來顯示測(cè)量秤上物料的重量和當(dāng)前皮帶的轉(zhuǎn)速；鍵盤用來設(shè)定測(cè)量秤所允許的重量裕度。 電機(jī)控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)雙閉環(huán)調(diào)速，可以達(dá)到迅速控制電機(jī)轉(zhuǎn)速變化，快速穩(wěn)定轉(zhuǎn)速等目的。雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)中采用了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)現(xiàn)串級(jí)連接。論文中采用了專門的芯片組成了 PWM 信號(hào)的發(fā)生系統(tǒng)，然后通過控制直流電機(jī)電路中的 IGBT 來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。三相全控橋整流電路是目前應(yīng)用最廣泛的整流電路，其輸出電壓波動(dòng)小，適合直流電動(dòng)機(jī)的負(fù)載，并且該電 7 路組成的調(diào)速裝置調(diào)節(jié)范圍廣（將近 50）。 配料系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì) 近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)原有配料系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)方面改進(jìn)已經(jīng)成為必然的趨勢(shì)，提出了通過數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)控制、遠(yuǎn)程監(jiān)視、報(bào)警、運(yùn)行管理、變頻調(diào)速等多方面的技術(shù)改進(jìn)方法。最早的 皮帶傳輸系統(tǒng)稱重原理來自于斗式輸送機(jī)對(duì)散狀物料連續(xù)自動(dòng)稱量的裝置。如果配制的質(zhì)量達(dá)不到要求，輕則造成原料、能源的浪費(fèi)，重則影響產(chǎn) 品的質(zhì)量和生產(chǎn)率川，并且有些重要生產(chǎn)崗位的配料失誤甚至?xí)o整個(gè)生產(chǎn)釀成事故。 皮帶配料系統(tǒng) 作為一種動(dòng)態(tài)衡器，已經(jīng)廣泛用于工礦企業(yè)、交通運(yùn) 輸、冶金、化工、建材等國民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域的配料中，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 I 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 基于單片機(jī)控制自動(dòng)配料系統(tǒng) II 摘 要 皮帶配料系統(tǒng) 是一種連續(xù)累計(jì)自動(dòng) 控制系統(tǒng) ，廣泛用在煤炭、化工、冶金、建材、食品等關(guān)系國計(jì)民生的各個(gè)行業(yè)， 配料系統(tǒng) 可對(duì)物料的配比實(shí)現(xiàn)累計(jì)量控制，而準(zhǔn)確的累計(jì)量控制可提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高勞動(dòng)效率。 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(duì)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(duì)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 i? 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 ? ?ssKWnnnSAS R ?? 1)( ?? Kn — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； n? — 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)。 電容式傳感器是 把被測(cè)的機(jī)械量，如位移、壓力等轉(zhuǎn)換為電容量變化的傳感器。 若差動(dòng)工作，即 RRR ???1 , RR?2 , RR?3 ， RRR ???4 ,按式（ 31），則電橋輸出為 ERRUout ??? 2 2Ek?? 重量信號(hào)濾波放大電路 經(jīng)由電橋等電路變換后的信號(hào) 比較微弱而且還有很多干擾信號(hào)， 難以直接用來顯示、記錄、控制或進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換。 且 具 有體積小、功耗低、精度高、噪聲低和輸入偏置電流低的特點(diǎn)。 重量采集信號(hào)經(jīng)過 AD620 放大以后接 ADC0809 的 IN0 口。 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(cè)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(cè)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。 重量信號(hào)采集電路 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。 （ 1）確定時(shí)間常數(shù) sT ，查表得單 相全波電路的平均失控時(shí)間 sT = （ 2）電流濾波時(shí)間常數(shù) oiT ，可取值為 （ 3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù) iT? 按小時(shí)間常數(shù)近似處理 s oiT T T s? ? ? ? （ 4）電磁時(shí)間常數(shù) ? 選擇電流調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)根據(jù)設(shè)計(jì)要求 i? 5%，而且 / 3 10liTT? ??，于是典型 I 系統(tǒng)的抗擾恢復(fù)時(shí)間還是可以接受的。 系統(tǒng)的框圖如圖 22。 （ 2）對(duì)負(fù)載變化起抗擾作用。 10 PWM 變換器的數(shù)學(xué)模型 根據(jù) PWM 變換器工作原理和波形分析，可以看出 ，當(dāng)控制電壓 CU 改變時(shí)， PWM 變換器的輸出電壓 Ud 按線性規(guī)律變化，但其響應(yīng)會(huì)有延遲 [6]。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。 6 第 2 章 配料自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 配料自動(dòng)控制系統(tǒng)可控直流源的選擇 直流調(diào)速的主要方法是變壓調(diào)速：即通過改變直流電機(jī)的電樞電壓來實(shí)現(xiàn)調(diào)速的目的。此時(shí)的 配料系統(tǒng) 累計(jì)量運(yùn)算采用累加法代替了積分法。 另一方面，我國目前的主要矛盾是落后的生產(chǎn)力滿足不了人民日益增長(zhǎng)的物質(zhì)文化需要。在化工行業(yè)， 配料系統(tǒng) 用于多種原材料的定量配比，它可以起到減員增效，節(jié)約成本，減少誤差，從而創(chuàng)造更大的利潤。 關(guān)鍵詞 直流不可逆調(diào)速 PWM 信號(hào) 數(shù)字控制器 III ABSTRACT Belt batching system is a continuous totalizing automatic weighing instrument. It has played a critical role in coal, chemical industry, metallurgy, building materials, foo