【文章內(nèi)容簡介】 器就可以，通過實(shí)際的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖我們可以用Matlab仿真軟件中的Simulink工具箱對系統(tǒng)進(jìn)行建模，下面就建模中需要的傳遞函數(shù)參數(shù)列入下表41。表41 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中傳遞函數(shù)中的參數(shù)值R60 電流環(huán)的系統(tǒng)仿真通過學(xué)習(xí)Matlab咱們知曉要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)仿真需按下列步驟進(jìn)行，即建立設(shè)定模型參數(shù)，仿真分析結(jié)果。當(dāng)建模，對系統(tǒng)的理解和找到合適的模塊，然后設(shè)置參數(shù)，以達(dá)到良好的仿真結(jié)構(gòu)[14]。 電流環(huán)的仿真模型由表41可知道各個(gè)環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的系數(shù)。圖41 電流環(huán)仿真模型 電流環(huán)的仿真結(jié)果曲線當(dāng)KT=， 此時(shí)PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為，此時(shí)電流環(huán)仿真結(jié)果如下圖42所示。圖42 電流環(huán)仿真結(jié)果當(dāng)KT=，按照上面所計(jì)算的方法重新計(jì)算可得PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為，本案的電流回路無超調(diào)，但這是一個(gè)很長的上升時(shí)間。 s，電流環(huán)仿真結(jié)果如下圖43所示。圖43 電流環(huán)無超調(diào)仿真結(jié)果當(dāng)KT=，按照上面的計(jì)算方法重新計(jì)算可得PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為，在這個(gè)電流回路有較大的超調(diào)，相應(yīng)的上升時(shí)間短。 s，電流環(huán)仿真結(jié)果如下圖44所示。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)。從圖43你可以看到，KT = ，目前無超調(diào)，但較長的上升時(shí)間。從圖44你可以看到，當(dāng)KT = 1，電流超調(diào)量大，但上升時(shí)間短。三個(gè)數(shù)字的比較可以發(fā)現(xiàn)在第二階段增加電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定，電流值小于= 210A，因?yàn)檫@次是干擾電機(jī)的反電勢 [15]。 轉(zhuǎn)速環(huán)（雙閉環(huán)）的系統(tǒng)仿真由于雙閉環(huán)中的電流環(huán)可以看成是轉(zhuǎn)速環(huán)的一個(gè)子環(huán)節(jié)，因此轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型便是整個(gè)雙閉環(huán)的仿真模型；轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真結(jié)果便是整個(gè)雙閉環(huán)的仿真結(jié)果。轉(zhuǎn)速環(huán)的系統(tǒng)仿真分為三個(gè)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。在建立模型的時(shí)候，深入分析，而后獲取合適的模塊；最后進(jìn)行仿真繪制[16]。 轉(zhuǎn)速環(huán)（雙閉環(huán)）仿真模型根據(jù)表41可得各個(gè)環(huán)節(jié)傳遞函數(shù)的系數(shù)，是在電流環(huán)的基礎(chǔ)上又增加了PI環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型圖如下圖45所示。圖45 轉(zhuǎn)速環(huán)仿真模型 轉(zhuǎn)速環(huán)（雙閉環(huán)）的仿真結(jié)果本轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器也采用PI調(diào)節(jié)器，按照上面所計(jì)算的結(jié)果來對轉(zhuǎn)速環(huán)設(shè)計(jì)仿真，由圖45知Step1模塊用來輸入負(fù)載電流，當(dāng)KT=，轉(zhuǎn)速環(huán)的PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為，把結(jié)束時(shí)間設(shè)為1s，得到雙閉環(huán)的響應(yīng)曲線如圖46所示。圖46 轉(zhuǎn)速環(huán)空載高速啟動(dòng)下的仿真結(jié)果由圖可看出轉(zhuǎn)速最終穩(wěn)定于額定轉(zhuǎn)速。然而利用轉(zhuǎn)速環(huán)的仿真模型在負(fù)載電流上再加上負(fù)載電流把結(jié)束時(shí)間設(shè)為2s，此時(shí)是在空載穩(wěn)定運(yùn)行中突加負(fù)載的轉(zhuǎn)速和電流的響應(yīng)曲線圖，如圖47所示。圖47 轉(zhuǎn)速環(huán)空載運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)突加負(fù)載的仿真結(jié)果由圖可看出此時(shí)有擾動(dòng)波。 轉(zhuǎn)速環(huán)(雙閉環(huán))的仿真結(jié)果分析由圖46可以看出轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)速最終達(dá)到穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。由圖47可以看出當(dāng)在負(fù)載電流上再加電流時(shí)，得出直流電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)會(huì)受到額定電流的擾動(dòng)波影響[17]。 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(xì)的介紹了電流環(huán)的建模，設(shè)參，仿真及仿真結(jié)果分析。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(zhǔn)確。第5章 數(shù)字化雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 總體設(shè)計(jì)方案該系統(tǒng)是由單片機(jī)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(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳給單片機(jī)的；而雙閉環(huán)中的轉(zhuǎn)速環(huán)是用可編程的定時(shí)/計(jì)數(shù)器Intel8253將脈沖發(fā)生序列產(chǎn)生的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，最后發(fā)給單片機(jī)。故數(shù)字化雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖如圖51所示。圖51 數(shù)字化雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖從圖中我們可以知道本設(shè)計(jì)是通過利用通信接口和鍵盤的輸入來控制從電流互感器經(jīng)整流濾波再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809轉(zhuǎn)換的數(shù)字電流信號(hào)，最后傳給單片機(jī)并在顯示器設(shè)備上顯示；同理，脈沖發(fā)生序列產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速脈沖信號(hào)經(jīng)可編程定時(shí)/計(jì)時(shí)器Intel8253的計(jì)數(shù)原理傳給單片機(jī)并在顯示器設(shè)備上顯示；晶閘管整流裝置也是經(jīng)過整流分壓濾波最后將直流電流信號(hào)傳給單片機(jī)。數(shù)字化雙閉環(huán)輸出設(shè)備用于結(jié)果的輸出[18]。 單片機(jī)AT89C51的工作原理本論文選用AT89C51單片機(jī)，因?yàn)锳T89C51單片機(jī)的性價(jià)比特別高，屬于MCS51系列的主流產(chǎn)品，被國內(nèi)外各大電氣公司爭相使用，AT89C51單片機(jī)有很多優(yōu)點(diǎn)，其主要優(yōu)點(diǎn)有：1. 5個(gè)中斷源；2. 內(nèi)部RAM為128*8位，內(nèi)部空間特別大；3. 壽命：可以循環(huán)寫/擦1000次，而且性能也不會(huì)變差；4. 可編程閃爍存儲(chǔ)器有4K字節(jié)，在MCS51系列中算是大的；5. 有兩個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，功能強(qiáng)大；6. 數(shù)據(jù)可以存在ROM中，數(shù)據(jù)是不易丟失的，可保留數(shù)據(jù)長達(dá)十年之久；7. 可編程的I/O均是32位的，而且串行通道可編程；8. 掉電模式低功耗；9. 與MCS51能夠一起使用，不會(huì)產(chǎn)生排斥[19]。我們知道AT89C51單片機(jī)有40個(gè)引腳。其中18引腳為P1口，9引腳為復(fù)位引腳，1017引腳為P3口，119引腳為時(shí)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(chǔ)器的選通信號(hào)，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(jìn)行簡單的介紹，如圖52所示。圖52 AT89C51單片機(jī)管腳圖1. P0口（3239)：P0口是8位的雙向I/O口，一般外部必須接上拉電阻，當(dāng)用于16位地址進(jìn)行存取時(shí)，P0口輸出地址的低8位。2. P1口（18）：Pl口是一個(gè)8位的雙向I/O口，內(nèi)部擁有上拉電阻。3. P2口（2128）：P2口內(nèi)部有上拉電阻，并且是8位雙向的I/O口， P2口當(dāng)用于16位地址進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。4. P3口：P3口內(nèi)部有上拉電阻，并且是8位的雙向I/O口，P3口也有特殊功能，如下表51所示。表51 P3口的特殊功能引腳名稱備選功能RXD（串行輸入口）TXD（串行輸出口）(外部中斷0輸入)（外部中斷1輸入）T0（定時(shí)器0的外部輸入）T1（定時(shí)器1的外部輸入）（CPU至片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“寫選通控制”輸出）（CPU至片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“讀選通控制”輸出）5. ALE/PROG（30）：當(dāng)數(shù)據(jù)訪問的是外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存的字節(jié)為低位字節(jié)。6. /PSEN（29）：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)功能鍵，低電平有效。7. /EA/VPP(31)：當(dāng)/EA為低電平時(shí)，此時(shí)為有效狀態(tài)，輸出(0000HFFFFH)，當(dāng)/EA為高電平時(shí)，此時(shí)為無效狀態(tài)。8. XTAL1（19）：反向振蕩器包括晶振的輸入端口。9. XTAL2（18）：反向振蕩器包括晶振的輸出端口[20]。 模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809的工作原理ADC0809型號(hào)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(hào)，然后經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809轉(zhuǎn)換成單片機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)雙閉環(huán)電流控制回路。ADC0809是具備A/D轉(zhuǎn)換器為8位、多路開關(guān)為8路，它是可以和單片機(jī)直接接口。它有很多功能，其主要功能有：，可以與單片機(jī)AT89C51直接相連；，其中ST和OE為低電平；、B、C端口上來決定轉(zhuǎn)換哪一通道；；；，給OE也高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)便能傳給單片機(jī)。ADC0809芯片的28腳的雙列直插式封裝，其引腳功能如圖53所示來表示。圖53 ADC0809的功能引腳圖從圖中我們可以知道ADC0809芯片的引腳功能如下：1. .IN0IN7：8位模擬量輸入通道引腳；2. AD0AD7：8位數(shù)字量輸出通道引腳；3. VCC：+5V電源；4. GND：接地引腳；5. REF（+）：參考電壓的正極端；6. REF（）：參考電壓的負(fù)極端；7. START：A/D轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)信號(hào)開始端；8. ALE：地址鎖存信號(hào)輸入端；9. EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)輸出端，轉(zhuǎn)換前為低電平，轉(zhuǎn)換后為高電平；10. OE：輸出允許控制端，用于三態(tài)輸出鎖存器的輸出；11. CLK：時(shí)鐘信號(hào)輸入端；12. A、B、C：地址輸入線的通道選擇表；它由一個(gè)A、B，C三位地址鎖存、譯碼輸出通道選擇，OE直接連接到系統(tǒng)總線轉(zhuǎn)換的結(jié)果[ 21 ]。下表52為 ADC0809的通道選擇表。表52 ADC0809的通道選擇表CBA選擇的通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7 可編程定時(shí)/計(jì)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(dòng)可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器Intel8253，在本系統(tǒng)中，為了實(shí)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(hào)。主軸脈沖發(fā)生器的功能就是可以將以角度為單位的位移信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖發(fā)生序列，然后可以通過計(jì)數(shù)器Intel8253轉(zhuǎn)換便能得到轉(zhuǎn)速反饋的數(shù)字信號(hào)。對于NMOS管構(gòu)成的可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器是Intel8253，它能迅速的將脈沖發(fā)生序列轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的脈沖發(fā)生序列與AT89C51單片機(jī)相連接實(shí)現(xiàn)單片機(jī)控制雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)速環(huán)。Inter8253有較多特殊的特點(diǎn)，下面就可編程計(jì)時(shí)/計(jì)數(shù)器intel8253的功能進(jìn)行簡單的介紹。1. Intel8253芯片有24個(gè)引腳，這是封裝在Protel99se雙列直插陶瓷殼里面，它的引腳和功能兼容。下圖54為可編程的定時(shí)/計(jì)數(shù)器Intel8253的功能引腳圖。圖54 intel8253的功能引腳圖從圖中我們可以知道可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器Intel8253的24個(gè)引腳分別為：（1.） D0D7：數(shù)據(jù)總線緩沖器（8位雙向三態(tài)輸出）；（2.） CLK：計(jì)數(shù)脈沖的時(shí)鐘信號(hào)端，有三個(gè)通道（0、2）；（3.） OUT：計(jì)數(shù)值為0時(shí)輸出一個(gè)脈沖；有三個(gè)通道（0、2）；（4.） GATE：門控信號(hào)允許端，當(dāng)門控信號(hào)為1時(shí)，允許計(jì)數(shù)，也有三個(gè)通道（0、2）；（5.） GND：接地引腳；（6.） VCC：電源端；（7.） /CS：片選信號(hào)，低電平有效；（8.） /RD：讀信號(hào)，低電平有效；（9.） /WR：寫信號(hào)，低電平有效；當(dāng)A1A0的端口信號(hào)分別為00、011時(shí)，將有不同的功能控制，其中可將WR、RD、CS設(shè)為不同電平與A1A0端口配合使用，如下表53所示為不同工作方式的控制功能表。表53 控制功能表CSRDWRA1A0功能01000寫計(jì)數(shù)器001001寫計(jì)數(shù)器101010寫計(jì)數(shù)器201011寫控制字00100讀計(jì)數(shù)器000101讀計(jì)數(shù)器100110讀計(jì)數(shù)器200111無操作1XXXX禁止使用011XX無操作2. Intel8253芯片內(nèi)部有計(jì)數(shù)器0、計(jì)數(shù)器1和計(jì)數(shù)器2三個(gè)計(jì)數(shù)器，他們的機(jī)構(gòu)功能相同，沒有什么差別?？梢灾肋@三個(gè)計(jì)數(shù)器彼此互相獨(dú)立，每個(gè)計(jì)數(shù)器都透過三個(gè)引腳與外部聯(lián)系，分別是時(shí)鐘輸入控制端CLK、門控信號(hào)輸入端GATE、輸出端OUT。并且每個(gè)內(nèi)部均有8位的控制寄存器和一個(gè)計(jì)數(shù)初值寄存器CR，寄存器CR為16位的、一個(gè)用于計(jì)數(shù)的執(zhí)行元件CE和一個(gè)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。圖55 intel8253芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖3. Intel8253芯片中的各個(gè)通道有6種不同執(zhí)行功能的通道工作模式，模式0（計(jì)數(shù)結(jié)束中斷工作模式）；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(hào)發(fā)生器的工作模式）；模式4（軟件觸發(fā)計(jì)數(shù)工作）；模式5（硬件觸發(fā)計(jì)數(shù)工作）；通過這些模式完成各種特殊功能，計(jì)時(shí)，計(jì)數(shù)等。4. Intel8253芯片中具有3個(gè)各自工作的計(jì)數(shù)通道，它們都采用門控信號(hào)有效時(shí)，每輸入一次脈沖作減1的計(jì)數(shù)方式。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖周期時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，計(jì)數(shù)就作為定時(shí)器控制[22]。 本章小結(jié)本章首先主要介紹了數(shù)字化雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，并對AT89C51單片機(jī)的引腳功能和工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。然后本章又分別對模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC080可編程的定時(shí)/計(jì)數(shù)器Intel8253的引腳功能和工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。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。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。本系統(tǒng)運(yùn)用PI調(diào)節(jié)器，使系統(tǒng)保證恒速無靜差運(yùn)行，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)字化控制，本論文加入單片機(jī)調(diào)速在里面，從而使直流調(diào)速系統(tǒng)變成數(shù)字化調(diào)速系統(tǒng)。再用matlab仿真軟件對雙閉環(huán)中的電流環(huán)和轉(zhuǎn)速環(huán)進(jìn)行建模仿真，從而獲得理想的波形圖。本論文主要分下列幾點(diǎn)介紹了數(shù)字化雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。1. 首先本文先分析了一下數(shù)字化雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的國內(nèi)外發(fā)展情況，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。2. 其次本文介紹了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的幾種控制方法并選擇出最優(yōu)控制方案、直流電機(jī)雙閉環(huán)性能指標(biāo)、雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的工作原理、數(shù)學(xué)模型（穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)