【正文】 ................................................................. 35 RS232C通信接口標準 .................................................................... 36 串口通信電路 .................................................................................. 36 脈沖信號反饋模塊 .................................................................................... 37 6 數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計 ........................................................................... 39 采樣周期 T 的選擇 .................................................................................... 39 主程序的設(shè)計 ............................................................................................ 39 數(shù)字測速的軟件設(shè)計 ................................................................................. 40 顯示模塊的軟件設(shè)計 ................................................................................. 42 觸發(fā)脈沖的軟件設(shè)計 ................................................................................. 44 同步中斷子程序 .............................................................................. 44 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 HSO中斷 服務(wù)程序流程 .................................................................... 45 轉(zhuǎn)速環(huán)計算子程序 .................................................................................... 46 電流環(huán)計算子程序 .................................................................................... 47 7 總結(jié)與展望 .......................................................................................................... 48 工作總結(jié) .................................................................................................... 48 研究展望 .................................................................................................... 48 致謝 ......................................................................................................................... 50 參考文獻 ................................................................................................................. 51 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 1 1 緒論 引言 按照拖動的電動機的類型來劃分，自動調(diào)速系統(tǒng)可以分為直流調(diào)速系統(tǒng)和交流調(diào)速系統(tǒng)兩大類。 并且 介紹了直流電機調(diào)速系統(tǒng)的功能和特 性 ，分析 了 雙閉環(huán) PID 控制的 調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，確定了電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)的比例和積分系數(shù)。調(diào)速系統(tǒng)的控制方案是依靠軟件程序來實現(xiàn) ，軟件的模塊化結(jié)構(gòu)可以實時增加、更改、刪減應(yīng)用程序，當時及系統(tǒng)變化時也可以徹底更新，軟件控制的這種靈活性大大增強了控制器對被控對象的適應(yīng)能力，使各種新的控制策略和控制方法得到實現(xiàn)。在數(shù)字化系統(tǒng)中 ， 除具有常規(guī)的調(diào)速功能外 ， 還具有故障報警 ， 診斷及 數(shù)據(jù)采集和顯示 等功能 ， 同時 ， 數(shù)字系統(tǒng)通常具有較強的通信能力 和較強的抗干擾能力 。此種方法使電動機從額定轉(zhuǎn)速向上變速，屬于恒功率調(diào)速方法，動態(tài)響應(yīng)慢，調(diào)速范圍小。同時，由于電機的容量較大，又要求電流的脈動小。交流側(cè)電流通過電流互感器的作用，經(jīng)采樣， A/D轉(zhuǎn)換連到單片機。 它是一種基于負反饋的控制方法，不僅在模擬調(diào)節(jié)器得到了廣泛應(yīng)用，而且更適合于單片機控制系統(tǒng)。由于本文的 PID控制算法的輸出量要控制晶閘管的輸出電壓，此類對象適合用位置式 PID控制算法，所以下面主要介紹位置式 PID控制算法。 對于晶閘管整流器，它本身是一個時滯環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)可以表示為 () zszzW s K e ??? （ 317） 式中 zK 管整流器放大倍數(shù)； z? 閘管整流器時間常數(shù)。 晶閘管的額定電壓 晶閘管實際承受的最大峰值電壓 TmU ，乘以（ 2～ 3）倍的安全裕量，參照標準電壓等級，即可確定晶閘管的額定電壓 TNU ，即 TNU =（ 2～ 3） TmU ， 整流電路形式為三相全控橋，而26TmUU? ，則 VVU TN 882~5881206)3~2( ??? ， 取 TNU ? 800V 晶閘管的額定電流 選擇晶閘管額定電流的原則是必須使 晶閘管 允許通過的額定電流有效值大于實際流過 的 電流最大有效值 ，即 ()T AV dBI KI? ， 考慮（ ～ 2） 倍 的裕量 。 1 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA2D a t e : 7 J un 2 0 0 7 S he e t o f F i l e : E : \畢業(yè)設(shè)計 \電路圖 \ M y D e s i g n . d db D r a w n B y:RVTB 圖 41 交流側(cè)保護電路 S=， U2=120V C≥6 emI S/ 2U 2= 6 12 13842/1202= 181。限制過大可在電源輸入端串聯(lián)電感和在晶閘管每個橋臂上串聯(lián)電感，利用電感的濾波特性，使 其 降低。單片機集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換（ A/D）、高速輸入口（ HSI）、高速輸出口（ HSO）等外圍電路，能夠降低硬件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。三個同步電壓分別經(jīng)電壓比較器 LM339 變?yōu)?S1， S2， S3，三個方波信號，若以“ 1”表示高電平，以 60o為單位時間，則 S1， S2， S3 的波形在電源一個正弦波周期 (6 個相帶 )內(nèi)分別組成 6 種態(tài)： 001101100110010011， 80C196KC 通過 。 基于 MCS96 系列80C196KC單片機的控制系統(tǒng)硬件功能總體框圖如圖 51所示。因此作用于晶閘管的正相電壓上升率應(yīng)有一定的限制。以過電壓保護的部位來分，有交流側(cè)過壓保護、直流側(cè)過電壓保護和器件兩端的過電壓保護三種。由于 晶閘管的 單向?qū)щ娦?，不允許電流反向，對過電壓過電流敏感，在低速運行時，導(dǎo)通角很小等缺點 。 對于電流閉環(huán)， PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)可以表示為 1() iiiisW s K ? ??? （ 315） 式中 iK 電流調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)； i? 調(diào) 節(jié)器時間常數(shù)。 )(ku 是 k次采樣時刻的輸出值； )(ke 是第 k次采樣時刻輸入的偏差值； )1( ?ke 是 k1次采樣時刻輸入的偏差值： jk 是積分系數(shù)， jpj TTkk /? 。 在本系統(tǒng)中，采用 了 PID 控 制算法。根據(jù)系統(tǒng)實際，選擇轉(zhuǎn)速 電流 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。因三相橋式全控整流電壓的脈動頻率比三相半波高，因而所需的平波電抗器的電感 量可相應(yīng)減少約一半，這是三相橋式整流電路的 一大優(yōu)點。調(diào)壓調(diào)速屬于恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速方法，動態(tài)響應(yīng)快 ，適應(yīng)于要求大范圍內(nèi)的無級平滑調(diào)速系統(tǒng)。 電機 調(diào)速通常通過給定環(huán)節(jié) ,中間放大環(huán)節(jié) ,校正環(huán)節(jié) ， 反饋環(huán)節(jié)和保護環(huán)節(jié)等來實現(xiàn) 。 數(shù)字化調(diào)速系統(tǒng)是指用微 機處理器代替以往的模擬調(diào)速器，它具有體積小、實現(xiàn)方便等優(yōu)點，不僅是一般的 PID控制，就是復(fù)雜的矢量控制、非線性魯棒控制、模糊控制等方法都可以通過編程實現(xiàn)，這給設(shè)計和構(gòu)造調(diào)速系統(tǒng)帶來了許多便利。 以 單片機為控制核心的數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)有 著 許多優(yōu)點：由于速度給定和測速采用 了數(shù) 字化，能夠在很 寬 的范圍內(nèi)高精度測速，所以擴大了調(diào)速 的 范圍，提高了測速控制 系統(tǒng)的精度；由于硬件 的 高度集成化，所以 使得零部件數(shù)量大大減少；由于 很多功能都是由軟件 實現(xiàn) 的，使硬件得以簡化， 因此 故障率??；單片機以數(shù)字信號工作，控制方法靈活便捷，抗干擾能力 較 強。雖然交流調(diào)速技術(shù)的飛速發(fā)展，交流感應(yīng)電動機結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，成本低，制造維修容易，在一些場 合，交流調(diào)速系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。 在 軋鋼機、冶金、金屬切削機床 和 造紙機、高層電梯等需要高性能的可控電力拖動領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用 。 本 系統(tǒng) 采 用 了 單片機及外部擴展設(shè)備代替模擬 調(diào)速 系統(tǒng)中速度調(diào)節(jié)器 、電流調(diào)節(jié)器、觸發(fā)器、鎖零單元和電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器等 器件 ，從而使直流調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)全數(shù)字化。 （ 3） 脈寬調(diào)制交換器采用 PWM，用恒定直流或不可控 整流電源供電，利用直 流斬波器或脈寬調(diào)制變換器產(chǎn)生可變的平均電壓 ，因 受器件各量限制，適用于中、小功率的系統(tǒng)。 （一 ）隨性能指標 （ 1）上升時間 rt 在典型階躍響應(yīng)跟隨過程中，輸出量從零起第一次上升到穩(wěn)態(tài)值 ?c 所經(jīng)過的時間。 系統(tǒng)的 硬件結(jié)構(gòu)如圖 21所示 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 9 速度給定觸發(fā)脈沖 驅(qū)動電路晶閘管門極顯示電路輸入口高速輸出口串行口外部中斷引腳轉(zhuǎn)換高速輸入口倍頻電路電流變送器電壓過零比較 放大光電編碼器系統(tǒng)的總體框圖 圖 21 系統(tǒng)的總體框圖 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 10 3 數(shù)字直流電機調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字 PID控制 單片機控制的操作功能包括從控制對象中獲 取各種信息，執(zhí)行反映控制規(guī)律的控制算法，把計算結(jié)果以一定的形式傳送到行機構(gòu)或顯示報警裝置，實現(xiàn)操作人員 控制臺 單片機系統(tǒng)之間的聯(lián)系等。 （ 3） 微分環(huán)節(jié) ： 能反映偏差信號的變化趨勢（變化速率），并能在偏差信號值變得太 大 之前，在系統(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，從而加快系統(tǒng)的動作速度， 減小調(diào)節(jié)時間。 根據(jù)剛體的轉(zhuǎn)動定律，電動機軸上的運動方程式為 fdnJ M Mdt ?? （ 311） 式中 J電動機軸上 (包括負載折算過來的 ) n電動機轉(zhuǎn)速； M電動機軸的電磁力矩： fM 電動機軸的負載力矩。一般可按下式計算，即： BA UU d?)~1(2 ? （ 41） 式中 A理想情況下， ? =0176。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書 21 過電壓保 護 和dtdu限制 （一） 凡是超過晶閘管正常工作時承受的最大峰值電壓的情況都算過電壓，產(chǎn)生過電壓的原因是電路中 電感元件積聚的能量驟然釋放或者是外界侵入的大亮點和累積。電容耐壓可選加在晶閘管兩端工作電壓峰值 的 ～ 。因此對晶閘管的電流上升率必須有所限制。根據(jù)該基準，通過單片機計算得出移相觸發(fā)時間，進而確定觸發(fā)角對應(yīng)的觸發(fā)脈沖形成時刻。同樣使用12MHz 的晶振， 80C196KC 的運算速度要比 8096 提高 1/3，使用 16MHz 的晶振