【正文】 作模式）；模式 1（工作脈沖發(fā)生器可編程的模式）；模式 2（速度波發(fā)生器模式）；模式 3（輸出的方波信號發(fā)生器的工作模式）；模式 4（軟件觸發(fā) 計數(shù)工作）；模式 5（硬件觸發(fā)計數(shù)工作）；通過這些模式完成各種特殊功能，計時，計數(shù)等。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809 的工作原理 ADC0809 型號的模數(shù)轉(zhuǎn)換器在本系統(tǒng)中用于將電樞電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過交流互感器作為檢測元件將三相交流電經(jīng)整流分壓濾波轉(zhuǎn)換成直流電壓信號，然后經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809 轉(zhuǎn)換成單片機能夠識別的數(shù)字信號， 實現(xiàn)單片機雙閉環(huán)電流控制回路 。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 第 5章 數(shù)字化雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 總體設(shè)計方案 該系統(tǒng)是由單片機 AT89C51 控制 ，其中雙閉環(huán)中的電流環(huán)是用模數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC0809 將交流互感器產(chǎn)生的電流反饋信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳給單片機的；而雙閉環(huán)中的轉(zhuǎn)速環(huán)是用可編程的定時 /計數(shù)器 Intel8253 將脈沖發(fā)生序列產(chǎn)生的脈沖信號轉(zhuǎn)換為單片機能夠識別的數(shù)字信號，最后 發(fā) 給單片機。 圖 44 電流環(huán)超調(diào)量較大的仿真結(jié)果 電流環(huán)的仿真結(jié)果分析 由圖 42 可以看到系統(tǒng)的階躍響應(yīng)。 最后檢驗轉(zhuǎn)速 的 超調(diào)量 大小可知 當 h=5 時，由附錄中表 2 可知%=nσ ， 我們不能滿足設(shè)計要求，事實上， 這種計算是基于線性系統(tǒng)的計算，并給出了突然躍變， ASR 飽和。靜態(tài)指標滿足無靜差，動態(tài)指標滿足電流的超調(diào)量 σ 小于等于 5%。 將上式 （ 213） 進行 拉氏變換可得電勢比電流的傳函為下式 （ 214） ： sTRsIsI sE mdLd =)()( )( （ 214） 上式 （ 214）中 的mLdL CTI = 為負載電流 ，單位是 A。一般來說，我們用 100max Δ∞CC %來表示 ，或者選用某個基準值bC ，然后用 %100max ??bCC 來表示。 圖 22 不同轉(zhuǎn)速下的靜差率 從圖 22 可以看出 ba nn Δ=Δ ,兩者的機械特性硬度是相同的 ,但是理想空載轉(zhuǎn)速 ba nn? ,所以 ba ss ,可見靜差率不同，因此可知道靜差率和機械特性是不一樣的。此系統(tǒng) 適 宜要求調(diào)速低的 可逆運行系統(tǒng)， 然而系統(tǒng)的效率低下，體積也大，維護不合適。雖然交流電機調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展速度很快，技術(shù)也越來越成熟，然而直流調(diào)速系統(tǒng)仍被大量使用，歸因于直流電動機的調(diào)速性能出奇的好，而且交流調(diào)速系統(tǒng)原理的最基礎(chǔ)知識就是直流調(diào)速系統(tǒng) [3]。直流調(diào)速 有很多優(yōu)點，例如：直流調(diào)速的抗干擾能力特別強 、 調(diào)速范圍特別廣 、動態(tài)響應(yīng) 快速等 。為了方便，直流調(diào)速系統(tǒng)運用數(shù)字化控制，數(shù)字化控制憑借著體積小、實現(xiàn)方便的優(yōu)點被廣泛應(yīng)用。 直流電機調(diào)速系統(tǒng) 是交流調(diào)速系統(tǒng)的 最基本知識，是交流的 基礎(chǔ)。 6. 數(shù)字化雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 的設(shè)計：分別進行電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的設(shè)計。 為了讓 直流電壓 的波 動 以 較小 的波形顯示 ，故采用三相整流電路。 1. 跟隨性能指標 當 R(t)變化時 ， C(t)跟隨系統(tǒng)變化。 直流調(diào)速系統(tǒng)工作原理 眾所周知，對于一個直流電動機調(diào)速系統(tǒng)具有多種調(diào)速系統(tǒng)方式，主要常用的有開環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)、單閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)、雙閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)和多閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)。 將上述各傳遞函數(shù)以結(jié)構(gòu)圖的形式連接起來便得到了雙閉環(huán)直流電機調(diào) 速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖， 其中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器因為采用了 PI 控制而能實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)無靜差，晶閘管整流裝置以近似為一階慣性環(huán)節(jié)實現(xiàn)了穩(wěn)哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 11 定快速的必要條件，再加上直流電動機的傳遞函數(shù)，使得系統(tǒng)實現(xiàn)了雙閉環(huán)。電流反饋系數(shù) )(/0 4 NIVAV ??? ； 所以 ACR 的 比例系數(shù)為??s iIi K RKK ?= ?? ?? ， 電流截止頻率 ciω =，檢驗晶閘管為 cis sT ????? / 13 1，滿足條件。 本章小結(jié) 本章主要介紹了雙閉環(huán)直流調(diào)速 系統(tǒng)的工程設(shè)計 ，并設(shè)置了電動機的基本參數(shù)，然后通過舉例用工程設(shè)計方法計算出電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)中 PI 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)，為下面對電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真打下了基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)速環(huán)的 系統(tǒng)仿真分為三個步驟， 它們 分別是建 立系統(tǒng)的模 型 ，參數(shù) 的設(shè)定 ， 對其 仿真及 對其 仿真結(jié)果 的 分析。 我們知道 AT89C51 單片機有 40 個引腳。下表 52 為 ADC0809 的通道選擇表。相信 數(shù)字控制系統(tǒng)在今后的發(fā)展中具有更高的發(fā)展前景。通過與侯老師的溝通學(xué)習(xí)使我學(xué)到了許多寶貴的東西 ,使我獲益匪淺終生難忘。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)作為直流調(diào)速系統(tǒng)中運用最寬廣的系統(tǒng)，其靜動態(tài)調(diào)速特性非常好，雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的操控方案、設(shè)計方法等都是電力控制系統(tǒng)的重中之重，也是必要基礎(chǔ)。并且每個內(nèi)部均有 8 位的控制寄存器和一個計數(shù)初值寄存器 CR，寄存器 CR 為 16 位的、一個用于計數(shù)的執(zhí)行元件 CE 和一個用于通道輸出的鎖存器 OL， Intel8253 芯片的里面構(gòu)造圖如下圖 55 所示。 9. XTAL2（ 18） ： 反向振蕩器 包括晶振 的輸出 端口 [20]。轉(zhuǎn)速環(huán)的建模，設(shè)參，仿真及仿真結(jié)果分析等，由于看圖說話，既直觀又準確。哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 17 同樣把結(jié)束時間設(shè)為 s，電流環(huán)仿真結(jié)果如下圖 44 所示。 檢測 轉(zhuǎn)速環(huán) 的 小時間常數(shù)條件 是：onI sTK ???? / ， 滿足條件 。 1. 電流調(diào)節(jié)器設(shè)計 首先需要知道設(shè)計的指標，有靜態(tài)指標和動態(tài)指標。 將式 （ 210） 整理成電流比電壓的形式可得傳函為下式 （ 211） ： 11)()()(0 += sT RsEsU sIldd （ 211） 從電機的動力學(xué)方程可知電磁轉(zhuǎn)矩和負載轉(zhuǎn)矩的關(guān)系為式 （ 212） ： 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 10 dtdnGDTT le 3752= （ 212） 可得式（ 213）： RdtdETII mdld = （ 213） 式子（ 213）中的mem CCRGDT 375 2= 是直流電機 系統(tǒng)的機電時間常數(shù)。 (1) 動態(tài)降落 maxCΔ 穩(wěn)定運行的系統(tǒng)中，給系統(tǒng)加一個擾動所產(chǎn)生的最大降落值 maxCΔ 為動態(tài)降落。 但是靜差率和機械硬度特性又是不一樣的，下圖 22 為不同轉(zhuǎn)速下的靜差率。 1. 旋轉(zhuǎn)變流機組 被 稱 為 GM 系統(tǒng)， 此系統(tǒng)是由直流發(fā)電機和 交流電動機 組 組成， 目的是得到 可調(diào)的直流電壓 。 咱們知曉雙 閉環(huán) 直流 調(diào)速系統(tǒng)一般 由主電路（ 晶閘管可控整流電路 ） ，控制電路 （移相電路和轉(zhuǎn)速 、電流雙閉環(huán)直流電機調(diào)速電路 ） ，以及 保護電路（ 缺相和過流 保護電路）等組成，當給定的直流電壓為 10V 以內(nèi) 的時候，可進行平滑調(diào)速，然后采用 PI 調(diào)節(jié)器達到既放大倍數(shù)又達到穩(wěn)態(tài)無靜差的效果 [2]。直流調(diào)速 能夠精確控制 電樞電流和勵磁電流 是因為 電樞和勵磁不是耦合的 。以單片機為控制核心的直流調(diào)速系統(tǒng)是最準確、最方便、最快速的控制方法。 故直流 電機 調(diào)速系統(tǒng)的 衡量 在 某 一 特 定的 層面 內(nèi) 能平滑調(diào)節(jié) 速度 而 且 有特別好的功能特性，包括 靜 態(tài)特性 、動態(tài) 特性 。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 第 2章 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)理論和數(shù)學(xué)模型 直流調(diào)速系統(tǒng)的控制方法的選擇 穩(wěn)定狀態(tài)下，直流電動機轉(zhuǎn)速的表達式如下式（ 21）： Φ= eaC RIUn （ 21） 式（ 21）中： U—— 電樞電壓，單位是（ V）； aI —— 電樞電流，單位是（ A）； R—— 電樞電路的總電阻，單位是（ Ω）； ?—— 勵磁磁通，單位是（ Wb）； n—— 轉(zhuǎn)速，單位是（ r/min）； 由式（ 21）可知，改變直流電機轉(zhuǎn)速 n 有三種控制方法： 1. 改變電樞電壓 U 的控制方法。 但要考慮到 晶閘管可控整流裝置 要達到的目的 ，即 噪聲 特別小 、響應(yīng) 特別 快、 性價比高， 而且 還要要求 工作可靠 性高 ， 耗能較低 。上升時間 、 超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間為階躍響應(yīng)跟隨性能指標，下圖 23 反應(yīng)了典型的階躍響應(yīng)跟隨性能指標。而在這幾種直流電機調(diào)速系統(tǒng)中尤其以雙閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)為主。 如圖 27 所示，因此雙閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型也就一目了然 [11]。 cilm sTT ?????? ? 1313，滿足條件。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 第 4章 用 Matlab 仿真雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 本課題中的雙閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)仿真采用 Matlab 仿真軟件，我們以第 3 章中的工程設(shè)計方法為主，即采用控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)方程為基礎(chǔ)，在 Simulink 仿真使用 Matlab 工具箱。在建 立 模 型的 時候 ， 深入分析，而后獲取 合適的模塊； 最后 進行 仿真繪制 [16]。其中 18 引腳為 P1 口， 9 引腳為復(fù)位引腳， 1017 引腳為 P3 口， 1 19 引腳為時鐘電路的輸入輸出引腳， 20 引腳為接地引腳， 2128 引腳為 P2 口， 29 引腳 外部程序存儲器的選通信號 ， 30 引腳為地址選擇端， 31 引腳為開啟總中斷，低電平有效， 3239 引腳為 P0 口， 40 引腳為供電電壓引腳，下面就一些擁有特殊功能的引腳進行簡單的介紹，如圖 52 所示。 表 52 ADC0809 的通道選擇表 C B A 選擇的通道 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 24 可編程定時 /計數(shù)器 Intel8253 的工 作原理 數(shù)字轉(zhuǎn)速表和數(shù)字觸發(fā)移動可編程定時器 /計數(shù)器 Intel8253，在本系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)數(shù)字化，就需要雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速環(huán)要從作為轉(zhuǎn)速反饋檢測元件的主軸脈沖發(fā)生器上獲取轉(zhuǎn)速反饋信號。 哈爾濱理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 27 結(jié)論 本論文深深的衡量了轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，在對直流調(diào)速系統(tǒng)工作原理的基礎(chǔ)上，逐步建立了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。在此向老師們表示最誠 摯的敬意。 5. 最后本文又重點介紹了用單片機代替雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的電流環(huán)、轉(zhuǎn)速環(huán)，并分別 對其硬件結(jié)構(gòu)進行了細致的分析，對其實現(xiàn)數(shù)字化控制花費了大量筆墨。可以知道這三個計數(shù)器彼此互相獨立，每個計數(shù)器都透過三個引腳與外部聯(lián)系，分別是時鐘輸入控制端CLK、門控信號輸入端 GATE、輸出端 OUT。 8. XTAL1（ 19） ： 反向振蕩器 包括晶振 的輸入 端口 。 本章小結(jié) 首先本章主要簡單的介紹了一下系統(tǒng)的建模與參數(shù)的設(shè)置，并通過表格的形式將在仿真中應(yīng)用的參數(shù)列出 來， 最后本章又詳細的介紹了電流環(huán)的建模，設(shè)參，仿真及仿真結(jié)果分析。 圖 43 電流環(huán)無超調(diào)仿真結(jié)果 當 KT= 時，按照上面的計算方法重新計算可得 PI 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為 ? ，在 這個電流回路有較大的超調(diào)，相應(yīng)的上升時間短。 檢測 電流環(huán) ， 條件 是：iI sTK ????? / 0 3 3 53131， 滿足簡化條件。在雙閉環(huán)直流電機調(diào)速系統(tǒng)中，晶閘管的滯后時間常數(shù) sT和電流反饋濾波時間常數(shù) oiT 一般都比電磁時間常數(shù) lT 小很多，所以可將兩者相加近似為一個一階慣性環(huán)節(jié)，我們?nèi)?oisl TTT += ，這樣，電流環(huán)是一個雙慣性環(huán)節(jié)，同理，轉(zhuǎn)速環(huán)可寫成)1()( += sTs KsW。 圖 26 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)數(shù)學(xué)模型 直流電動機的傳遞函數(shù) 當勵磁是額定的狀態(tài)下并且電樞電流也是連續(xù)的時候，電樞閉合電路的動態(tài)平衡方程式為下式 （ 29） ： )(0 dtdITIREU dldd += (29) 對上面的式子進行拉氏變換得下式 （ 210） ： )()()()(0 sIsRTsRIsEsU dldd ??+= (210) 而 RLTl =是 電樞 控制 回路的電磁時間常數(shù) ，單位為秒 (s)。動態(tài)降落和恢復(fù)時間是動態(tài)抗擾指