【正文】 主要受轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性的限制。 直流調(diào)速系統(tǒng) 直流調(diào)速的基本原理 調(diào)速的基本概念 調(diào)速即速度控制，是指在直流傳動系統(tǒng)中人為的或自動的改變電動機的轉(zhuǎn)速，以滿足工作機械對不同轉(zhuǎn)速的要求。所以，直流傳動控制采用單片機實現(xiàn)全數(shù)字化，使直流調(diào)速系 統(tǒng)進入一個嶄新的階段。該系統(tǒng)以 8051 單片機為核心，分別采用了 8279， 8155， 8253 等芯片與一些外圍電路。采用光電碼盤檢測速度 n 的 M/T法反饋調(diào)節(jié)及高分辨率的數(shù)字觸發(fā)器，使系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)控制精度達到較高的水平。 據(jù)估計，在交流調(diào)速沖擊直流調(diào)速的形勢下，全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的出現(xiàn)，延遲了直流電氣傳動被取代的進程大約十到二十年。 直流電動機轉(zhuǎn)速和其他參數(shù)之間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系可表示為： n＝ ??KeIRU 式中 n ——轉(zhuǎn)速（ r／ min） U ——電樞電壓（ V） 3 I——電樞電流（ A） R——電樞回路總電阻（ ? ） ? ——勵磁磁通（ Wb） Ke——有電機結(jié)構(gòu)決定的電動勢常數(shù)。 三、恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速和恒功率調(diào)速 恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，即在調(diào)速過程中不同的穩(wěn)定速度下，電動機的轉(zhuǎn)矩是常數(shù)。通常用字母 D 表示，即 D＝ minmaxnn 其中 nmax 和 nmin 一般指電動機額定負載時的最高和最低轉(zhuǎn)速，對于少數(shù)負載很輕的機械，也可以用實際負載時的最高和最低轉(zhuǎn)速。 n n1 Ia Ia4 Ia3 Ia2 Ia1 b′ d c b a Ud4 Ud3 Ud2 Ud1 7 閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性表示閉環(huán)系統(tǒng)電機的轉(zhuǎn)速與負載電流（或轉(zhuǎn)矩）間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。 Cm ——額定勵磁下電動機的轉(zhuǎn)矩系數(shù)（ ／ A）， Cm ＝ 30? Ce ，將上述微分方程式加以整理可得 ()dL dIU d o E R I d T dt? ? ? LId Id? ＝ TmR dEdt 其中 LT ＝ L／ R—————電磁時間常數(shù)； Tm＝2375GD RCeCm———電力拖動系統(tǒng)機電時間常數(shù)； /LLId T C m? ————過載電流（ A）。按照反饋控制規(guī)律，采用某個物理量的負反饋就可以保持該量基本不變，那么，采用電流負反饋應(yīng)該能夠得到近似的恒流過程。 2． 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器飽和 ASR 輸出達到限幅值 *imU ，轉(zhuǎn)速外環(huán)呈開環(huán)狀態(tài)，成電流無靜差的單電流閉環(huán)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。直到 dmd II ? ， *imi UU ? ，電流調(diào)節(jié)器很快就壓制了 dI 的增長，標(biāo)志著這一階段的結(jié)束。 起動過程中的主要階段是第 II 階段的恒流升速，它的特征是電流保持恒定。 直流電機的電磁轉(zhuǎn)矩方向可 由磁場和電樞電流的方向來決定。相反，當(dāng)系統(tǒng)工作狀態(tài)發(fā)生變化 ，要求電機產(chǎn)生反向轉(zhuǎn)矩，即要求電樞電流為負時，則 WLZ 應(yīng)對系統(tǒng)進行切換，將正組脈沖封鎖，反組脈沖釋放。設(shè)置封鎖延時后可避免此點，因經(jīng)過一段時間，電流仍不再超過 Io，說明電流確實斷開了。在起，制動過程中，速度調(diào)節(jié)器很快進入飽和，輸出限幅值為電流環(huán)提供了最大電流給定，電流調(diào)節(jié)器為 PI 調(diào)節(jié)器，在它的調(diào)節(jié)作用下，使電流保持最大值，這時系統(tǒng)實際為一個恒電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 a） 圖 3－ 1 典型 I 型系統(tǒng) b） 圖 3－ 1 典型 I 型系統(tǒng) 典型 I 型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，對數(shù)幅頻特性的中頻段以 20? dB/dec 的斜率穿越 零分貝線，只要參數(shù)的選擇能保證足夠的中頻帶寬度，系統(tǒng)就一定是穩(wěn)定的，且有足夠的穩(wěn)定裕量。 176。＋ arctan（ w? ）－ arctan（ WcT） 畫出的曲線如圖 34 所示。 確定了 h 和 Wc 后，便很容易的計算出 ? 和 K。 所以 按典型 I 型系統(tǒng)設(shè)計 方法如下： 電流環(huán)的控制對象都是雙慣性環(huán)節(jié)，要校正成 典型 I 型系統(tǒng)，應(yīng)采用 PI 型的電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)可以寫成 ssKsW iiiA C R ?? )1()( ?? ， iK —電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； i? —電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。 （ 1） h 參數(shù)與動態(tài)跟隨性能指標(biāo)的關(guān)系 可以得出 223 2 2 21()22[ 1 ]11hT SCshhS T S T S hT Shh??? ? ??? 以 T 為時間基準(zhǔn)，當(dāng) h 取不同值時， 計算出 ? %、 Ttr/ 、 Tts/ 和振蕩次數(shù) k 。由于分母 中 s2 項對應(yīng)的相頻特性是 –180176。 截止頻率 c? T 在表 3－ 1 中，當(dāng) K＝ 12T ， ?? 時的情況稱作 ―二階最佳系統(tǒng) ‖。 相角穩(wěn)定裕度 ???? 459090180 ?????? Ta r c t gTa r c t g cc ??? 。 電流反饋環(huán)使得 系統(tǒng)的抗干擾能力增強，作用在電流環(huán)前向通道上的一切擾動作用，如電網(wǎng)電壓擾動等， 受到電流環(huán)的及時調(diào)節(jié)所抑制，使轉(zhuǎn)速不受或少受擾動的影響。設(shè)置該環(huán)節(jié)是因為晶閘管一旦被觸發(fā)，只有待電流過零時才能真正關(guān)斷，并經(jīng)過一般時間以后方可恢復(fù)阻斷能力。顯然，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 輸出的電流給定信號 Ui*恰好反映了工作狀態(tài)對電樞電流 Ia 的大小和極性的要求。 兩組晶閘管之間，有兩種基本聯(lián)結(jié)方式；第一種是由一個交流電源同時向兩組晶閘管供電，稱為反并聯(lián)線路。這階段屬于有限制條件的最短時間控制。 第 II 階段（ 21~tt ）是恒流升速 階段， ASR 飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)，在恒值電流給定 *imU 下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流 dI 恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。靜特性是圖 34 中的 AB段，它是垂直的特性。怎樣才能做到這種既存在轉(zhuǎn)速和電流負反＋ － － ＋ Ud △ Un Un* 1/Ce PI Ks ? Un IdR n(s) 12 饋，又使他們只能分別在不同的階段里起作用呢？顯然只用一個調(diào)節(jié)器是不可能的，考慮采用轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器。前者是輸入量，后者是擾動輸入量。比較開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，我們可以得出以下結(jié)論： (1)．閉環(huán)的理想空載轉(zhuǎn)速 onl 為開環(huán)系統(tǒng)的 onop 的 1／（ 1＋ k）。 S= nonN? ? 100% 顯然，靜差率是用來衡量調(diào)速系統(tǒng)在負載變化時轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性的，他和 機械特性的硬度有關(guān)，特性越硬，靜差率越小，轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定度就越高，此外，靜差率也與工作速度有關(guān)，速度越高，靜差率越小，速度越低時。這就是電動機容量能得到合理而充分的利用。對于要求在一定范圍內(nèi)無級平滑調(diào)速系統(tǒng)來說，以調(diào)節(jié)電樞電壓的方式為最好。特別是由于采用了16 位（或 32 位）微處理器及其他先進技術(shù)，使數(shù)字式直流調(diào)速裝置具有很高的精度、優(yōu)良的控制性能和強大的抗干擾能力，在國內(nèi)外已得到廣泛的應(yīng)用。 The design of DC timing system based on singlechip control Abstract Owing to the fast speed in microelectronics， electric power electron system and puter technology， we have made great achievement in digital Direct Current Timing System these years. Especially due to employ microprocessor an some else advanced technology, digital direct current setting have very high precision ,excellent control performance and strong antijamming ability .it already widely used at home and abroad. In this paper, deep research on digital current timing system based on singlechip Control is carried first chapter, the paper briefly introduce the general situation in direct current timing system and the necessity to develop digital timing system, Then in second chapter,Introduce the theory of single closed loop DC timing system and its mathematics model. And on this basis describe double closed loop DC timing system and the Reversible timing system .In the third chapter， Introduce the low steps typical system and the methods of how to establish the parameter of electric current regulator and rotational speed regulator. In fourth chapter， Introduce the development of the singlechip and the characteristics of 8051 singlechip and the interface circuit monly in the aspect of singlechip control ,it has discussed the principle of number velocity, current/velocity Controller and presents the hardware/ software scheme to achieve it . This scheme regards 8051 singlechip as the core , has separately adopted 8279, 8155, 8253 chips and some peripheral circuit. Adopt photoelectricity yard tray which measures speed n of M/T law feedbacked regulating and digital trigger which have highresolution ,make the stable state II control precision of the systematic reach higher level. Keywords Direct Current Timing System ； singlechip ； digital trigger III 目錄 摘要 …… I Abstract II 第 1 章 緒論 1 課題背景 1 數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r 1 調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)字化的必要性 2 第 2 章 直流調(diào)速系統(tǒng) 2 直流調(diào)速的基本原理 2 調(diào)速的基本概念 2 調(diào)速的分類 3 調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)指標(biāo) 4 單閉環(huán)控制調(diào)速系統(tǒng) 5 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成 5 靜特性 5 閉環(huán)系統(tǒng)與開環(huán)系統(tǒng)的關(guān)系 7 單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型 7 單環(huán)無靜差調(diào)速系統(tǒng) 10 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 11 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的組成 12 穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖和靜特性 12 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型 14 雙閉環(huán)系統(tǒng)的起動過程分析 14 轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器的作用 16 可逆調(diào)速系統(tǒng) 16 可逆調(diào)速系統(tǒng)的形式 16 邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng) 17 本章小結(jié) 19 第 3 章 調(diào)速系統(tǒng)的工程設(shè)計 20 典型系統(tǒng) 20 典型 I 型系統(tǒng) 21 典型Ⅱ型系統(tǒng) 24 按工程設(shè)計方法設(shè)計雙閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器 27 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 27 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 30 本章小結(jié) 33 第 4 章 單片機概述 33 單片機的發(fā)展和應(yīng)用 33 單片機的歷史發(fā)展概況 33 IV 單片機發(fā)展趨勢 34 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域 35 8051 單片機簡介 35