【正文】 制動(dòng)電阻最小值 制動(dòng)單元由制動(dòng)電阻和制動(dòng)功率管組成，構(gòu)成的制動(dòng)回路中，其最大電流受功率管 Q 1最大電流的限制，最小制動(dòng)電阻： .. (2) RBmin=UDL/IQmax UDL— 制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，直流電壓下限值 30 IQmax— 制動(dòng)控制功率管最大工作電流 (取 決于所選功率管型號(hào) ) 制動(dòng)電阻最大值 根據(jù)變頻器額定電流計(jì)算 再生發(fā)電能量流回直流回路時(shí)，是通過逆變器的。當(dāng)直流電壓上升到制動(dòng)運(yùn)行時(shí)的電壓上限 UDH 時(shí)，制動(dòng)單元的控制電路使制動(dòng)開關(guān)器件 Q1 導(dǎo)通，電阻被并聯(lián)在直流回路上，開始工作。鍵盤的列掃描縣送會(huì)掃端 RL0RL3 上。DB0DB7是數(shù)字量的輸 出。觸發(fā)器總是在 B 脈沖為高電平時(shí)觸發(fā)，這時(shí) D 觸發(fā)器的輸出端 Q 輸出為高電平。由光電式旋轉(zhuǎn)編碼器產(chǎn)生與被測轉(zhuǎn)速成正比的脈沖，測速裝置將輸入脈沖轉(zhuǎn)換為以數(shù)字形式表示的轉(zhuǎn)速值。隨著計(jì)數(shù)值的增加， Q2— Q9 由全“ 1” 16 變?yōu)槿?0”時(shí)，圖中 U2 的（ AB）輸出端又 變?yōu)榈碗娖剑@樣就在 U2 的（ AB）端得到了 PWM 的信號(hào)，它的占空比為（ 255 X / 255） *100%，那么只要改變 X 的數(shù)值，就可以相應(yīng)的改變 PWM 信號(hào)的占空比，從而進(jìn)行直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。 2） 電流濾波時(shí)間常數(shù) Toi:取 Toi=4ms=。 串行口：它是用來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和其他設(shè)備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。 6 本系統(tǒng)采用霍爾元件作為檢測電動(dòng)機(jī)電樞電流的傳感器 ,其電流容量為 50A,轉(zhuǎn)換比例為 1000： 1。但又不是固定其中一個(gè)橋臂始終為低頻 (輸出基頻 )，另一個(gè)橋臂始終為高頻 (載波頻率 )，而是每半個(gè)輸出電壓周期切換工作，即同一個(gè)橋臂在前半個(gè)周期工作在低頻，而在后半周則工作在高頻，這樣可以使兩個(gè)橋臂的功率管工作狀態(tài)均衡，對于選用同樣的功率管時(shí)，使其使用壽命均衡，對增加可靠性有利。文章中采用了專門的芯片組成了 PWM 信號(hào)的發(fā)生系統(tǒng)，然后通過放大來驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 1 摘 要 本文主要研究了利用 MCS51系列單片機(jī)控制 PWM信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)對直流電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制的方法。 本文就是利用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。 晶體管 PWM 功率放大器方案選擇 方案一 單極性 控制方式，這種控制方式 的特點(diǎn)是在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)兩只功率管以較高的開關(guān)頻率互補(bǔ)開關(guān)，保證可以得到 理想的正弦輸出電壓：另兩只功率管以較低的輸出電壓基波頻率工作，從而在很大程度上減小了開關(guān)損耗。 圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 數(shù)字控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 方框圖 根據(jù)設(shè)計(jì)要 求，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)為全數(shù)字式控制方式，因此要求微型計(jì)算機(jī)完成：電流環(huán)控制器運(yùn)算、速度環(huán)控制器運(yùn)算、位置環(huán)控制器運(yùn)算，以及與它們相應(yīng)的反饋信號(hào)的采樣和數(shù)字信號(hào)處理。 并行 I/O 口： 8051 芯片內(nèi)部有 4 個(gè) 8 位的 I/O 口（ P0， P1， P2， P3），以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。 因此： Utn≧ 第三節(jié) 調(diào)節(jié)器的選擇與計(jì)算 反饋系數(shù)的確定：電樞電流是雙極性的， A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果為 10 位二進(jìn)制數(shù) 轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)： α = 10V/nN= min/r 電流反饋系數(shù)： β = U*im/Idm=10/(*)= 確定電流調(diào)節(jié)器時(shí)間常數(shù) 1） 整流裝置滯后時(shí)間常數(shù) Ts=。計(jì)數(shù)器 4040 每來 8 個(gè)脈沖，其輸出 Q2— Q9 加 1，當(dāng)計(jì)數(shù)值小于或者等于單片機(jī) P1 端口輸出值 X 時(shí)，圖中 U2 的（ AB）輸出端保持為低電平，而當(dāng)計(jì)數(shù)值大于單片機(jī) P1 端口輸出值 X 時(shí)，圖中 U2 的（ AB）輸出端為高電平。光電式旋轉(zhuǎn)編碼器在數(shù)字測速中常用作為轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角的檢測元件。當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)（假設(shè) B 相脈沖超前時(shí)為正轉(zhuǎn)，反之為反轉(zhuǎn)）， B 相脈沖超前 A 相脈沖 90176。 CLK 是時(shí)鐘端。 OUTA 與OUTB 經(jīng)驅(qū)動(dòng)器 74LS244 與顯示器的段碼線相連，直接控制顯示字型， RP200A 為 8個(gè) 200 歐姆 / 上拉電阻。當(dāng)再生發(fā)電制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，回饋到直流回路的電能積 累在電容器內(nèi)，導(dǎo)致電容器端直流電壓上升，再生發(fā)電功率越大，電壓上升速度越快，即上升斜率越大。直至電壓降至 UDL 以下時(shí)三極管 Q 2 截止， A 點(diǎn)電勢降至 0V，從而使晶閘管 Q 3 與三極管 Q 4 截止，最終切斷制動(dòng)回路。 第二節(jié) 中斷子程序流程圖 中斷服務(wù)子程序完成實(shí)時(shí)性強(qiáng)的功能，如故障保護(hù)、 PWM 生成、狀態(tài)檢測和數(shù)字PI 調(diào)節(jié)等 ,中斷服務(wù)子程序由相應(yīng)的中斷源提出申請， CPU 實(shí)時(shí)響應(yīng)。脈沖計(jì)數(shù)單元清 0 MOV R7,A CLR 00h 。存回以 30H 為地址的房間 MOV A , R5 。存回以 31H 為地址的房間 RET DISPLAY: 。 0xff。本次系統(tǒng)仿真采用 前 一種方法。轉(zhuǎn)速超調(diào)后， nU? 極性發(fā)生了變化， 0nU??，則 ASR 推出飽和。電力電子技術(shù)。轉(zhuǎn)速一直上升。i4。 WaitADCEnd()。 SWAP A 。將十六進(jìn)制中最高位移入進(jìn)位位中 RLC A MOV R7 , A MOV A , R6 RLC A MOV R6 , A MOV A , R5 。調(diào)用顯示程序 JNB 00h,LOOP 。鍵盤參數(shù)設(shè)置的處理主程序中的重要部分，這部分程序設(shè)計(jì)采用程序的模塊化，有效的解決了復(fù)雜的多重分支問題。在制動(dòng)運(yùn)行時(shí)，直流電壓的最低值應(yīng)該不低于 620V，所以在此我們選擇 UDL=620V。 能耗制動(dòng)單元接線原理如圖 2 所示。并且 與 8279 的 A0 相連。 ALE 是地址鎖存允許， ?REFV 、?REFV 接基準(zhǔn)電源，在精度要求不太高的情況下，供電電源就可以作為基準(zhǔn)電源。 轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)向信號(hào)處理：將 A、 B 兩相脈沖中任何一相輸入計(jì)數(shù)器中均可使計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。輸出的浮置通道可用來驅(qū)動(dòng)高端接于 600V(最大 )的 N 溝道電力 MOSFET 或 IGBT。在本系統(tǒng)內(nèi)，采用了兩片 4 位數(shù)值比較器 4585 和一片 12 位串行計(jì)數(shù)器 4040 組成了 PWM 信號(hào)發(fā)生電路。若安置了熔斷器，那么，熔斷器就會(huì)在電流異常升高到一定的高度和一定的時(shí)候，自身熔斷切斷電流，從而起到保護(hù)電路安全運(yùn)行的作用 。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器： 8051 芯片中共有 256 個(gè) RAM 單元，能作為存儲(chǔ)器使用的只是前 128個(gè)單元，其地址為 00H— 7FH。 兩個(gè)調(diào)節(jié)器輸出都帶有限幅， ASR 的輸出限幅什 Uim決定了電流調(diào)節(jié)器 ACR 的給定電壓最大值 Uim，對就電機(jī)的最大電流；電流調(diào)節(jié)器 ACR 輸出限幅電壓 Ucm限制了整流器輸出最大電壓值，限最小觸發(fā)角 α。通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT 的控制電壓來移動(dòng)觸發(fā)脈沖的相位，即可改變 Ud，從而實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速，且控制作用快速性能好，提高系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和 2 自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展以及各種新的理論方法，如現(xiàn)代控制理論、非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用， PWM 控制技術(shù) 獲得了空前的發(fā)展。在軟件方面，文章中詳細(xì)介紹了 PI 運(yùn)算程序， 單片機(jī)產(chǎn)生 PWM 波形的程序， 初始化程序等的編寫思路和具體的程序?qū)崿F(xiàn) ， M 法數(shù)字測速及動(dòng)態(tài) LED 顯示程序設(shè)計(jì)， A/D 轉(zhuǎn)換程序及動(dòng)態(tài)掃描 LED 顯示程序和故障檢測程序及流程圖。 本系統(tǒng)采用 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)無靜差，調(diào)速范圍 01500r/min,電流過載倍數(shù)為 倍，速度控制精度為 %（額定轉(zhuǎn)速時(shí)）。為了提高生產(chǎn)率，要求盡量縮短起動(dòng)、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)過渡過程的時(shí)間，最好的辦法是在過渡過程中始終保持電流（即動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩 ）為允許的最大值，使系統(tǒng)盡最大可能加速起動(dòng)，達(dá)到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降低，進(jìn)入轉(zhuǎn)矩與負(fù)載相平衡的穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。 經(jīng)上述考慮 ,本系統(tǒng)組成的方框圖如圖 所示。系統(tǒng)允許的最高晶振頻率為 12MHz。 檢查對電源電壓的抗干擾性能： Tl /T∑ I =,參照教材中表 23 的典型型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)抗擾性能， 各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。 （ 2）芯片 4585 的功能表： 輸入 輸出 比較 級(jí)取 AB3 AB2 AB1 A0、B0 AB A=B AB AB A=B AB A3B3 * * * * * 1 0 0 1 A3=B3 A2B2 * * * * 1 0 0 1 A3=B3 A2=B2 A1B1 * * * 1 0 0 1 A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0B0 * * 1 0 0 1 A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 0 0 1 0 0 1 A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0=B0 0 1 0 0 1 0 17 A3=B3 A2=B2 A1=B1 A0B0 1 0 0 1 0 0 A3=B3 A2=B2 A1B1 * * * * 1 0 0 A3=B3 A2B2 * * * * * 1 0 0 A3B3 * * * * * * 1 0 0 （ 3）芯片 4585 的引腳圖： 圖 4585 的 引腳圖 2．芯片 4040 芯片 4040 是一個(gè) 12 位的二進(jìn)制串行計(jì)數(shù)器，所有計(jì)數(shù)器位為主從觸發(fā)器，計(jì)數(shù)器在時(shí)鐘下降沿進(jìn)行計(jì)數(shù)。 圖 增量式光電編碼盤結(jié)構(gòu)及信號(hào)輸出 這里以三相編碼器為例介紹增量式編碼 器的工作原理及其結(jié)構(gòu)。由此確定電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。 INTEL8279 可以顯示 8 位或 16 位 LED 顯示器，可以和具有 64 個(gè)按鍵或傳感器的陣列相連，通過編程可以實(shí)現(xiàn)多種工作方式。隨之而來的制動(dòng)問題越來越受到人們的關(guān)注，在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，異步電機(jī)的減速或停止是通過逐漸降低變頻器的輸出頻率來實(shí)現(xiàn)的，隨著變頻器輸出頻率的降低，電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速降低，但是由于機(jī)械慣性的存在，電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不會(huì)突變。因此，制動(dòng)電阻是制動(dòng)單元的重要參數(shù)；制動(dòng)單元的控制方式則涉及是否能夠有效地控制和實(shí)現(xiàn)控制過程的問題 . 3 制動(dòng)控制單元設(shè)計(jì) 28 直流電壓上下限的確定 工程上，泵升電壓抑制電路的參數(shù)計(jì)算和選擇原則： (1)泵升電壓必須低于主電路電容器和功率器件的電壓定額，一般可選擇 130% UC(0)作為上限 (其中 ,UC(0)為正常運(yùn)行時(shí)電容 C 上的電壓值 )。 制動(dòng)電阻功率計(jì)算 制動(dòng)電阻的工況屬于短時(shí)工作，即每次通電時(shí)間都很短，在通電時(shí)間內(nèi)，其溫升遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到穩(wěn)定溫升，而在每次斷電以后的停歇時(shí)間又較長，其溫度可以降至與周圍環(huán)境溫度相同。 程序： 因?yàn)?8051 得外部中斷源有限，在進(jìn)行 M 發(fā)測速時(shí)，可以擴(kuò)展外部中斷來滿足要求，相應(yīng)的設(shè)置程序設(shè)置如下所示， 此程序 可跟據(jù)情況設(shè)定時(shí)時(shí)間，測得的脈沖個(gè)數(shù)將通過數(shù)碼管顯示 1S 定時(shí)，測量外部脈沖輸入個(gè)數(shù)程序 D_TMP EQU 35H COUNT1 EQU 36H COUNT2 EQU 37H ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP INT0 ORG 000BH LJMP TT0 ORG 保護(hù)現(xiàn)場 禁止策速 開放捕捉中斷 恢復(fù)現(xiàn)場 中斷返回 容許中斷嗎？ 開放 T/C1 和 T/C0 關(guān)閉 T/C1 恢復(fù)現(xiàn)場 中斷返回 容許中斷嗎？ 禁止捕捉中斷 保護(hù)現(xiàn)場 Y N 41 0030H MA 電機(jī)測速計(jì)程序 D_TMP EQU 35H COUNT1 EQU 36H COUNT2 EQU 37H ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP INT0 ORG 000BH LJMP TT0 ORG 0030H MAIN: MOV 30H,00H 。T0 中斷程序 。 PinB = (bit) (Address amp。 PinC = 0。 由于電流環(huán)的重要作用是保持電樞電流在動(dòng)態(tài)過程中不超過允許值，因而在土家控制作用時(shí)不希望有超調(diào)，而且當(dāng) / 10l iTT??時(shí)，典型 ? 型系統(tǒng)的抗恢復(fù)時(shí)間還是可以接受的，故采用 PI 調(diào)節(jié)器 將電流環(huán)的控制對象校正成典型 ? 型系統(tǒng)，其中 55 PI 調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為：ACR 1W =Ki isis?? ?。而在軟件方面，采用 PI 算法來確定閉環(huán)控制的補(bǔ)償量也是由數(shù)字電路組成的直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)所不能及的。 因?yàn)楸鞠到y(tǒng)采用了雙閉環(huán)系統(tǒng)，所以系統(tǒng)能夠通過兩個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)作用減少穩(wěn)態(tài)速降，但是有超調(diào)。 11() 1Icli KWs S? ? 其近似條件為： 13 iIK T??? 同樣的，再將時(shí)間常數(shù)為 T 和 2IT?的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來，形成一個(gè)時(shí)間常數(shù)為nT?的慣性環(huán)節(jié)，則 2n i