【正文】 機 圖 12 TF1350 型糖分離機控制系統(tǒng)框圖 整 個系統(tǒng)由計算機 管理控制。 工業(yè)控制計算機功能最為強大，它有極高的速度、強大的數(shù)學(xué)邏輯運算能力、豐富的接口功能和方便的軟件環(huán)境。由于絕大部分的系統(tǒng)構(gòu)件都在系統(tǒng)內(nèi)部，整個系統(tǒng)特別簡潔，不僅減小了系統(tǒng)的體積與功耗，而且極大提高了系統(tǒng)的可靠性和魯棒性。 只是當(dāng) UA超過臨界極限即正向轉(zhuǎn)折電壓 UBO 時，則漏電流急劇上升，晶閘管由關(guān)斷變成導(dǎo)通。 通過改變晶閘管的控制角 ? ， 可以獲得 ? 2U? 的直流電壓。由此可以得出，電網(wǎng)電壓的波動可以近似地認(rèn)為是無功功率的變化。本章將簡單介紹 直 流調(diào)速原理和雙閉環(huán) 調(diào) 速 ， 然后就系統(tǒng)各組成部分，如速度環(huán)、電流環(huán)和晶 閘管脈沖觸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析，最后研究 雙閉環(huán)直 流 調(diào) 速系統(tǒng)實際運 行 效 果及 存在的 問題。 如果電動機負(fù)載或交流電壓發(fā)生變化或其它擾動，則經(jīng)過速度反饋后，系統(tǒng)能起到 自 動調(diào) 節(jié) 和穩(wěn)定 作用。 在模擬系統(tǒng)中， PID算法的表達(dá)式為 : 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 15 ? ??? ]/)()(/1)([)( dttdeTdtteTteKtP Dp ? 32 式中 IpI TKK /? DpD TKK ? P(t) — 調(diào)節(jié)器的輸出信號 Kp— 調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) TI — 調(diào)節(jié)器的積分時間 TD— 調(diào)節(jié)器的微分時間 PID 中 ， KI, KP , KD系數(shù)作用如 下： (1)比例系數(shù) KP越大 ， 則過渡過程 越 快 ， 控制結(jié)果的穩(wěn)態(tài)偏差也越小，但KP越大，也容易產(chǎn)生振蕩。 下 面 主 要分析電流檢測電路及電流調(diào) 節(jié) 器。000amp。) ，只供給相對應(yīng)的晶閘管元件。 對 三 相橋式電路 ， 常取 5ms7ms。單片機模塊還有鍵盤、顯示功能，主要完成觸發(fā)脈沖信號傳送與顯示結(jié)果，實現(xiàn)人機交流。 單片機輸出的電路經(jīng)過特殊處理克服了抖動等現(xiàn)象。 采用 軟件濾波方式。 三、移相角 ? 的計算和輸出軟件模塊設(shè)計 我們知道可控橋式電路輸出電壓平均值公式 ?co s*0dd UU ? 4－ 1 其中， Ud為晶閘管輸出電壓， ? 為移相角， Ud0為不可控整流輸出電壓。在移相控制時，將 0176。定時器的預(yù)置時間常數(shù) TD上 39。 本 節(jié) 內(nèi)容利用 SIMULINK 軟件對直流電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和CAD，利用仿真的數(shù)據(jù)可用實際系統(tǒng)的設(shè)計。通過這次課題的設(shè)計 ,我收獲頗多 ,獲得了許多寶貴的經(jīng)驗。 本課題的研究涉及電子學(xué)，運動控制，計算機軟硬件，電機學(xué)與電力拖動等諸多知識，但本人學(xué)識有限，時間緊湊，本課題的研究還存在許多問題，敬請批評指正。由于該軟件具有容易使用和豐富的控制理論等特點，已經(jīng)成為國際控制領(lǐng)域內(nèi)最流行的控制系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計軟件。? +120， 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 30 E N DP I D 控 制 算 法計 算 D p = K p [ △ n ( k ) △ n ( k 1 ) ]計 算 D I = K I△ n ( k )計 算 D I + D P計 算 D D = K D [ △ n ( k ) + △ n ( k 2 ) 2 △ n ( k ) ]計 算 △ D = D P + D I + D D△ n [ k 1 ] → △ n [ k 2 ] ， △ n [ k ] → △ n [ k 1 ]計 算 D 0 + △ DD = 0D = 2 2 5D0= DD ＜ 0D2＞ 2 5NNYY 圖 47 增量式 PID 控制算法流程圖 于是無論 ? 處于哪一段，對 ? 的移相只需對 39。給定控制角在 0176。若按取消鍵，則此轉(zhuǎn)速信號取消，LED 上顯示“ n”此時可重新鍵入轉(zhuǎn)速信號。針對干擾對系統(tǒng)軟件的影響，控制器軟件編程時從減少沖擊、防止程序跑飛等方面給出抗干擾措施。 單片機系統(tǒng)中的主要抗干擾手段，一般分為硬件抗干擾和軟件抗干擾。再通過軟件計算得到發(fā)電機的運行工況、 電壓 系統(tǒng)參數(shù)、調(diào)節(jié)器輸出參數(shù) 等全部信息。 如果有 電 樞電流，檢測器輸出為 0，無電樞電流，檢測器輸出為 1，二 極管 D可負(fù) 向 限幅如圖 36所示。所以，在偏移電壓 up一定的情況下，改變控制電壓 ku 即能改變控制角α 的大小，達(dá)到觸發(fā)移相的目的。 左右。 其通過雙同軸 電纜 將其連 接 到調(diào) 節(jié) 板 上 做為速度反饋信 號。 PID調(diào)節(jié)器 的實質(zhì)就是根據(jù) 輸 入的偏 差值 ，按比例、積分、微分的函 數(shù) 關(guān)系進(jìn) 行運算， 其 運 算結(jié) 果用以輸出控制 。用于串聯(lián)較正和改變系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)特性以及綜合輸入和反饋信號 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 13 A S R A CR電流檢測器速度檢測器U*n△ U UnfUn UifUi*Uk=ΠGTUdS D R三 相 電 源 圖 31 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)圖 上圖中， ASR代表速度調(diào) 節(jié) 器， ACR代表電流 調(diào)節(jié) 器， GT代表 晶閘管 觸發(fā)裝 置 , SDR代表 晶閘 管橋 組。 ATmega16 有如下特點 :16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash(具有同時讀寫的能力，即 RWW)， 512 字節(jié) EEPROM， 1K 字節(jié) SRAM， 32 個通用 I/O 口線， 32 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 11 個通用工作寄存器，用于邊界掃描的 JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器 / 計數(shù)器 (T/C),片內(nèi) /外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測器的通用串行接口， 8路 10位具有可選差分輸入級可編程增益 (TQFP 封裝 ) 的 ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，一個 SPI 串行端口，以及六個可以通過軟件進(jìn)行選擇的省電模式。 抑制諧波措施大致有以下幾種方法 ： 增加整流電路的相 數(shù)，可知諧波中最低次的頻率在不斷增高，其幅值也越來越小，能夠顯著減少諧波的影響 ； 在整流裝置輸入端使用 LC 濾波器進(jìn)行濾波 ； 減小控制角 ? 。 三 相半控整流電路一般 只采用三個晶閘管，只需要三套觸發(fā)電路，不需要寬脈沖或雙脈沖觸發(fā)，因此在要求不高的場合中，可采用三相半控整流電路。 二、 晶閘管的特性 晶閘管相當(dāng)于一個由門極電壓控制的無觸點單向開關(guān)。這樣， MCS51 系列單片機得以不斷被升級改造，先后經(jīng)歷了以 Philips 公司為代表的 MCU 時代、以 Atmel 公司為代表的 FLASH 時代和以 Silicon Laboratories 公司為代表的 SOC 時代。 無零點漂移，控制精度高 ： 數(shù)字控制不會出現(xiàn)模擬電路中經(jīng)常遇到的零點漂移問題。 當(dāng) 主 機升至 1000prm時，進(jìn)行糖水分離 。實際上，現(xiàn)在國外已將電動機控制改名為運動控制。從這個意義上講，電動機是最常用的運動源 。此時防滴門打開，加料門按設(shè)定的開度打開，糖膏流入分離機內(nèi)， 并 在離心力的作用 下 均勻地附加在篩網(wǎng)壁仁。 可以實現(xiàn)比較復(fù)雜的控制 ： 單片機有更強的邏輯運算功能 、 運算速度快 、 精度高， 一般都有大容量的存儲單元，因此有能力實現(xiàn)復(fù)雜的控制，如模糊控制等 靈活性和適應(yīng)性 ： 單片機的控制方式是由軟件完成的。 在工業(yè)控制領(lǐng)域大量使用的是低端的 8 位單片機。關(guān)斷條件 ： 是晶閘管從導(dǎo)通到截止所需的條件，即在晶閘管的陽極施加反向電壓，或者去掉或降低施加在陽極的正向電壓，使通過晶閘管的電流小于保持晶閘管導(dǎo)通所需的最小電流。單相可控整流電路可分為單相半控整流電路和單相全控整流電路兩類，這種電路簡單、調(diào)整方便，但是只適用負(fù)載功率較小的場合。 二、 整流電路對電網(wǎng)影 響 的分析 隨著整流裝置 容量的不斷增大和技術(shù)水平的不斷提高，在各個工業(yè)部門應(yīng)用的整流裝置的數(shù)量正在快速增長，但是整流裝置對電網(wǎng)以及電網(wǎng)上的其它負(fù)載的危害也在不斷加大 。這樣，既提高了指令執(zhí)行速度，克服了瓶頸現(xiàn)象，增強了功能；又減少了對外設(shè)管理的開銷，相對簡化了硬件結(jié)構(gòu)，降低了成本。 調(diào)速系統(tǒng)是采用了 二 組橋式全控整流電路，分別處于整流 (第一象限 )和逆變 (第二象限 )狀態(tài)。 同樣， 如 果機械負(fù)載或電樞電流突然發(fā)生很 大 的變化，由 于 采用了頻率響 應(yīng)較好的快速電流負(fù)反饋，當(dāng)整流器直流側(cè)發(fā)生類似短路的嚴(yán) 重故障 時，電流負(fù)反饋也及時地把電流故障反饋到電流控制 回 路 中 去，以便迅速減 小 輸出電 壓 ，從 而 保護(hù) 晶 閘管和 直 流電動機 不 致 因 電流過大而損壞 。 速度反饋環(huán)節(jié)把測速發(fā)電機輸出電壓變換為適合控制系統(tǒng)的電壓信號。邏輯控制器又包括 ：邏輯判斷電路、延時電路、連鎖保護(hù)。寬的方波 S1,S2,S3送到單片機，S1,S2,S3分別組成 6個狀態(tài)，即 001， 101， 100， 110， 011， 010單片機就可以根據(jù)讀入的狀態(tài)判斷當(dāng)前應(yīng)該觸發(fā)的相應(yīng)主電路晶閘管的組號。 在邏輯裝置時，有兩種 上 述的電平檢測電路， 一 個為檢測轉(zhuǎn)矩極性鑒別器 SJB， 用來根據(jù)速度給定電 壓 的極性去決定開放或封鎖某一組 晶閘 管，使電動機具有相 應(yīng)的 轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速方向。既發(fā)揮了轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器各自的作用，又避免了象單環(huán)系統(tǒng)那 樣兩種反饋互相牽制的缺陷，從而獲得了良好的動態(tài)及靜態(tài)品質(zhì)。 三 、 系統(tǒng)抗干擾措施 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 25 本裝置所處的實驗環(huán)境，是弱電與強電設(shè)備，數(shù)字與模擬電路相互混雜的場合，此外它還需與工業(yè)現(xiàn)場中各類電器設(shè)備相配合 , 由于工業(yè)現(xiàn)場各種動力設(shè)備不斷地起停運行，使得現(xiàn)場環(huán)境惡劣，存在許多干擾源：系統(tǒng)本身噪聲干擾、電磁干擾、過壓干擾及環(huán)境干擾等。因此，在硬件抗干擾措施的基礎(chǔ)上，采取軟件抗干擾技術(shù)加以補充。 顯示器顯示“ P”時，可以從鍵盤上輸入 4 個十進(jìn)制表示的轉(zhuǎn)速信號，同時顯示在 LED 上。另外二相全控橋式電路在任何時都必須有兩只晶閘管同時導(dǎo)通，才能形成導(dǎo)通回路。 S=2 再將 ? 變換成 39。 在這一節(jié)中，采用美國 Mathworks 公司的 MATLAB 軟件中的 SIMULINK 仿真工具來進(jìn)行糖分離機數(shù)字雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真與設(shè)計。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 單片機在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 34 第五章 總結(jié) 本文在對雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計一種基于 ATmega單片機控制的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)計中采用 ATmega16 做主機， ATmega8做從機，實現(xiàn)對電流、電壓 及轉(zhuǎn) 速 檢測 ，對速度實時調(diào)節(jié)，滿足 糖廠的 生產(chǎn)調(diào)速需要，本系統(tǒng) 還 包括 鍵盤和 LED 顯示 功能實現(xiàn)人機交流。更重要的是如何去收集處理我們所需要的資料。通過仿真分析不同的控制方法是否有性能的提高。? 計算流程圖如圖 48。 0176。 180176。主程序作為后臺程序，電機運行時，主程序一直在查詢電機是否進(jìn)入起動模塊或停車處理。 光電藕合器的主要優(yōu)點是能有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲的干擾，從而使過程通道的信噪比大大提高。 B TRCCRRR RR R RC C CC C CLT 1T 2T 3T 4T 5T 6M 圖 44 系統(tǒng)主電路圖 可控硅雖然有許多優(yōu)點，但是它承受過電壓和過電流的能力較差，很短時間的過電壓和過電流就會把器件損壞。 第一節(jié) 雙閉環(huán)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)概述 雙閉環(huán)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成的糖分離機系統(tǒng)原理圖和雙閉環(huán)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖分別如圖 41 和圖 42 所示。同理， T1元件 X端應(yīng)該接至 T6元件觸發(fā)電路的 Y端，因為 T6元件比 T1元件超前 60176。 為了使主電路三項全控