【文章內容簡介】 50A,轉換比例為1000：1?；魻栐z測得到的弱電流信號經(jīng)轉換、濾波、放大后,變成與電樞電流成比例的0~5V的直流電壓信號,再經(jīng)A/D轉換電路,將模擬電壓轉換成數(shù)字量,輸入微型計算機。本系統(tǒng)選用光電脈沖信號發(fā)生器作為速度反饋的測量元件,光電脈沖信號發(fā)生器將電動機轉子的角位移量轉換成脈沖序列,通過計數(shù)器定時計數(shù)即可得到電動機轉速的數(shù)字式反饋量。本系統(tǒng)由微型計算機來實現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制,用全數(shù)字方式來取代傳統(tǒng)的模擬控制方式,不僅提高了系統(tǒng)的可靠性、靈活性,而且還為整個系統(tǒng)的多功能、智能化提供了必要條件。 經(jīng)上述考慮,。 數(shù)字式位置控制器數(shù)字式速度控制器數(shù)字式電流控制器數(shù)字式PWM信號發(fā)生器PWM功率放大器M信號轉換濾波放大A/D轉換.PG光電隔離倍頻變向位置可逆計數(shù)器數(shù)字式速度測量計數(shù)器位置給定+霍爾元件+ 數(shù)字式雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)方框圖 數(shù)字式雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)硬件結構圖 8051單片機簡介本系統(tǒng)要求微型計算機完成電流環(huán)、速度環(huán)和位置環(huán)的控制算法運算以及相應的反饋信號數(shù)字化測量和采樣,接收和處理上位微型計算機送給伺服系統(tǒng)的指令,采集伺服系統(tǒng)的有關信息并反饋到上位微型計算機等。其中,電流環(huán)控制要求微型計算機有很快的響應速度,其采樣頻率比較高。另外,為了保證足夠的控制精度和運算速度,對微型計算機字長和指令功能也有更高的要求。本系統(tǒng)選用我們比較熟悉的8051作為微型計算機。 8051單片機的基本組成8051單片機由CPU和8個部件組成，它們都通過片內單一總線連接，其基本結構依然是通用CPU加上外圍芯片的結構模式，但在功能單元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。其基本組成如下圖所示： 8051單片機基本組成 CPU及8個部件的作用功能介紹如下中央處理器CPU：它是單片機的核心，完成運算和控制功能。內部數(shù)據(jù)存儲器：8051芯片中共有256個RAM單元，能作為存儲器使用的只是前128個單元，其地址為00H—7FH。通常說的內部數(shù)據(jù)存儲器就是指這前128個單元，簡稱內部RAM。特殊功能寄存器：是用來對片內各部件進行管理、控制、監(jiān)視的控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個特殊功能的RAM區(qū)，位于內部RAM的高128個單元，其地址為80H—FFH。內部程序存儲器：8051芯片內部共有4K個單元，用于存儲程序、原始數(shù)據(jù)或表格，簡稱內部ROM。并行I/O口：8051芯片內部有4個8位的I/O口（P0，P1，P2，P3），以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的并行輸入輸出。串行口：它是用來實現(xiàn)單片機和其他設備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。定時器：8051片內有2個16位的定時器，用來實現(xiàn)定時或者計數(shù)功能，并且以其定時或計數(shù)結果對計算機進行控制。中斷控制系統(tǒng)：該芯片共有5個中斷源，即外部中斷2個，定時/計數(shù)中斷2個和串行中斷1個。振蕩電路：它外接石英晶體和微調電容即可構成8051單片機產(chǎn)生時鐘脈沖序列的時鐘電路。系統(tǒng)允許的最高晶振頻率為12MHz。 8051單片機引腳圖 8051單片機引腳圖變電壓調速是直流調速系統(tǒng)用的主要方法，調節(jié)電樞供電電壓所需的可控制電源通常有3種：旋轉電流機組，靜止可控整流器，直流斬波器和脈寬調制變換器。旋轉變流機組簡稱GM系統(tǒng)，用交流電動機和直流發(fā)電機組成機組，以獲得可調的直流電壓。適用于調速要求不高，要求可逆運行的系統(tǒng)，但其設備多、體積大、費用高、效率低、維護不便。用靜止的可控整流器，例如，晶閘管可控整流器，以獲得可調直流靜止可控整流器又稱VM系電壓。通過調節(jié)觸發(fā)裝置GT的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，即可改變Ud，從而實現(xiàn)平滑調速，且控制作用快速性能好，提高系統(tǒng)動態(tài)性能。直流斬波器和脈寬調制交換器采用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制變換器產(chǎn)生可變的平均電壓。與V—M系統(tǒng)相比，PWM系統(tǒng)在很多方面有較大的優(yōu)越性：一、主電路線路簡單，需要的功率器件少；二、開端頻率高，電流容易連續(xù)，諧波少，電機損耗及發(fā)熱都較小：三、低速性能好，穩(wěn)速精度該，調速范圍寬，可達1：10000左右；四、若與快速響應的電動機配合，則系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應快，動態(tài)抗擾能力強；五、功率開關器件工作在開關狀態(tài)，道通損耗小，當開關頻率適當時，開關損耗也不大，因而裝置效率高；六、直流電源采用不控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流高。本設計應脈寬調速要求，采用直流PWM調速系統(tǒng)。雙極性調制方式的特點是4個功率管都工作在較高頻率(載波頻率)，雙極性控制的橋式可逆PWM變換器有以下優(yōu)點：1） 電流一定連續(xù)；2） 可使電機在四象限運行；3） 電機停止時有微振電流，可以消除靜摩擦死區(qū)；4） 低速平穩(wěn)性好，系統(tǒng)的調速范圍可達1：20000左右；5） 低速時，每個開關器件的驅動脈沖仍較寬，有利于器件的可靠導。故本設計選用雙極性控制的橋式可逆PWM變換器。 主電路的設計及參數(shù)計算 確定時間常數(shù)①整流滯后時間常數(shù)。經(jīng)查表，三相橋式電路的平均失控時間=。②電流濾波時間常數(shù)。，為了基本濾平波頭，應有（1—2）=,因此取=2ms=。③電流環(huán)小時間常數(shù)之和。按小時間常數(shù)近似處理，取=+=。 選擇調節(jié)器結構根據(jù)設計要求=10％，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型I型系統(tǒng)設計電流調節(jié)器。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用PI型電流調節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 Ki — 電流調節(jié)器的比例系數(shù)； ti＝R1C — 電流調節(jié)器的超前時間常數(shù)。檢查對電源電壓的抗擾性能：=,參考典型I型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能，各項指標都是可以接受的。 計算電流調節(jié)器參數(shù)：電流調節(jié)器超前時間常數(shù)：= 電流環(huán)開環(huán)增益：要求％時，查表，取 因此 =于是，ACR的比例系數(shù)為 校驗近似條件電流環(huán)截止頻率：① 校驗晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件滿足近似條件。② 校驗忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影像的條件滿足近似條件。③校驗電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件：滿足近似條件。圖6 轉速環(huán)的動態(tài)結構圖及其簡化①電流環(huán)等效時間常數(shù)。前面已取，則② 轉速濾波時間常數(shù)。根據(jù)所用測速發(fā)電機紋波情況，取=。③ 轉速環(huán)小時間常數(shù)。按小時間常數(shù)近似處理，取 選擇調節(jié)器結構按照設計要求，選用PI調節(jié)器，其傳遞函數(shù)為Kn — 轉速調節(jié)器的比例系數(shù)；tn — 轉速調節(jié)器的超前時間常數(shù)。 計算轉速調節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時間常數(shù)為s可求得轉速環(huán)開環(huán)