【文章內(nèi)容簡介】 有兩種方法， 用測速發(fā)電機(jī)檢測出與轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號(hào)，再反饋給控制系統(tǒng)。其特點(diǎn)是測速發(fā)電機(jī)工作可靠，價(jià)格低廉，但存在兩個(gè)很大的缺點(diǎn)，就是非線性以及死區(qū)問題，而且精度較差。采用脈沖編碼器作為檢測器件，與傳動(dòng)軸相連接，每當(dāng)軸轉(zhuǎn)過一周便發(fā)出一定數(shù)量的脈沖信號(hào)，微機(jī)通過記數(shù)器，可測得脈沖的頻率或是周期，從而可以間接得到軸上的轉(zhuǎn)速。由于脈沖編碼器可以達(dá)到很高的精度，而且不受外部影響，所以可以用于高精度的控制。本設(shè)計(jì)采用這種方法。采用脈沖編碼器檢測轉(zhuǎn)速，通常有三種方法：M法：即測頻法。在一定的時(shí)間內(nèi)，對脈沖編碼器輸出的脈沖計(jì)數(shù)，從而得到與轉(zhuǎn)速成正比的脈沖數(shù)m,此種方法用于高速系統(tǒng)的檢測，因?yàn)樗俣仍礁?，一定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的脈沖數(shù)就越多，因而檢測系統(tǒng)的分辨率也就越高。T法：即測周期法。通過測量脈沖編碼器發(fā)脈沖的周期來計(jì)算軸上的轉(zhuǎn)速的方法。脈沖周期的測量的實(shí)現(xiàn)是借助某一時(shí)鐘頻率確定的時(shí)鐘來間接獲得。若時(shí)鐘頻率為f，測得的時(shí)鐘脈沖為m，則轉(zhuǎn)速為n=60f/(mp),n的單位為r/min。該法與測頻率法相反，比較適合于較低轉(zhuǎn)速的系統(tǒng)。M/T法：結(jié)合了M法和T法的各自的特點(diǎn)，由定時(shí)器確定采樣周期T，定時(shí)器的定時(shí)開始時(shí)刻總與脈沖編碼器的第一個(gè)記數(shù)脈沖前沿保持一致，在T的期間內(nèi)得到脈沖數(shù)m,同時(shí)，另一個(gè)記數(shù)對標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)鐘脈沖進(jìn)行記數(shù)，當(dāng)T定時(shí)結(jié)束時(shí)，只停止對脈沖編碼第一器的記數(shù)，而T結(jié)束后脈沖編碼器輸出的第一個(gè)脈沖前沿時(shí)，才停止對標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖的記數(shù)，并得到記數(shù)值m2，其持續(xù)時(shí)間Td=T+△T。M/T法是轉(zhuǎn)速檢測的較為理想的手段，可以在寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高精度的測量，但缺點(diǎn)是硬件和數(shù)據(jù)處理的軟件相對復(fù)雜。本設(shè)計(jì)就是采用了M/T法的原理。根據(jù)這個(gè)原理用單片機(jī)8031最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)字測速電路，由轉(zhuǎn)速的公式可知，我們只要測得m1和m2這個(gè)測速過程所用的時(shí)間就可以知道轉(zhuǎn)速了，所以本設(shè)計(jì)用8031的定時(shí)/記數(shù)器T0來記數(shù)m1,T1來記數(shù)m2,用8155的定時(shí)/記數(shù)器來定時(shí)T,TIN來測量實(shí)際時(shí)間Td。測速電路如圖所示： 圖九：測速電路測速過程如下：（1） 開關(guān)K置1，測速開始，這時(shí)CLK1和CLK2為高電平1，J2=0,k2=1。（2） ，此時(shí)Q2=1,D=1,當(dāng)f1的上升沿到來的時(shí)候，Q1由0變?yōu)?，打開G1,G2,G3 ,開始T0,T1,Tin記數(shù)和定時(shí)。,若CP2未收到下降沿信號(hào)脈沖，表示Tout端沒信號(hào)輸出，也就是說還沒有到設(shè)定的時(shí)間，Q2保持1不變，Q1同樣保持1，T時(shí)間到，在Tout端產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，使Q2翻轉(zhuǎn)為0，于是D=0,在下一個(gè)CP的上升沿才會(huì)停止記數(shù)，這也是△T0產(chǎn)生的原因，即測速電路的實(shí)際時(shí)間為兩者之和，Tout同時(shí)向INT0發(fā)出中斷請求，在處理程序中，讀取m1,m2,并轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)速存入單片機(jī)。（4）記數(shù)器清零后，返回到（2）。第四節(jié) 系統(tǒng)的工作過程，啟動(dòng)時(shí)發(fā)光二極管LED亮，正轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)光二極管亮。啟/停開關(guān)置1，則系統(tǒng)開始工作，這時(shí)單片機(jī)系統(tǒng)給0809一個(gè)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，開始將外界給的速度模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，在INT1中斷程序中已經(jīng)將PA口將轉(zhuǎn)換后的速度數(shù)字量讀入內(nèi)存中。而在此時(shí)，測速部分也開始工作，在INT0中斷程序中，將測速電路的記數(shù)值讀入，并轉(zhuǎn)換成速度寸入內(nèi)存，將實(shí)際值與設(shè)定值相比較，確定當(dāng)前的速度控制量，也就是確定8253的分頻系數(shù)，從而確定了FCT和VCT的頻率，其中VCT經(jīng)過P0口送入8253的數(shù)據(jù)口，而FCT分頻數(shù)送入兩個(gè)CD4527比例乘法器的數(shù)據(jù)輸入端，在由OUT1 和OUT2輸出相對應(yīng)的頻率脈沖，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換后送入到4752中，使之產(chǎn)生相對應(yīng)的調(diào)制波，經(jīng)過基極驅(qū)動(dòng)電路放大后驅(qū)動(dòng)開關(guān)元件。系統(tǒng)中有電壓和電流保護(hù)電路，當(dāng)系統(tǒng)由于某種原因發(fā)生故障的時(shí)候，可以有效地防止元件的損壞，以來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。系統(tǒng)對多臺(tái)電機(jī)的控制過程如下：啟/停開關(guān)置1時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)開始工作，主電路的HL燈亮，各個(gè)電機(jī)的模擬量速度有比例電位器給定，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器0809的轉(zhuǎn)換后，變?yōu)閿?shù)字量。也是由于有各自的比例電位器，故各機(jī)可以微調(diào)，也適合統(tǒng)一控制。系統(tǒng)檢測到轉(zhuǎn)換完的信號(hào)后就將速度的數(shù)字中斷量在INT1中斷處理程序中將主，從電機(jī)的速度存入系統(tǒng)，另外測速部分開始工作，通過鎖存器封鎖其它的電機(jī)的主軸脈沖信號(hào)，先對主電機(jī)開始測速，以便實(shí)現(xiàn)主電機(jī)的閉環(huán)控制，在INT0中斷程序中將記數(shù)值讀入并計(jì)算出速度，與給定的速度信號(hào)比較，確定當(dāng)前的速度控制量，從而就能確定主機(jī)的FCT和VCT分頻數(shù)，即確定FCT和VCT的頻率。其中VCT的分頻數(shù)由P0口直接送入8253的數(shù)據(jù)口，F(xiàn)CT的分頻數(shù)由P0口送入級(jí)聯(lián)的比例乘法器數(shù)據(jù)口，再送入8253中，在8253的OUT1和OUT2輸出相應(yīng)的頻率脈沖，輸入給主機(jī)的HEF4752的VCT和FCT端，控制主機(jī)的速度穩(wěn)定后，開始測量從動(dòng)機(jī)的速度，同理將分頻系數(shù)確定后送入相應(yīng)的芯片，控制從機(jī)的速度與主機(jī)的相等，即使△n=0。這樣可以并接入很多單元，很容易實(shí)現(xiàn)多臺(tái)電機(jī)的同步，擴(kuò)展8155很容易實(shí)現(xiàn)，在印染界，紡絲界的電力拖動(dòng)中經(jīng)常用到。如圖十所示： 圖十：系統(tǒng)工作示意圖第四章 系統(tǒng)的抗干擾及保護(hù)第一節(jié) 系統(tǒng)的抗干擾工業(yè)環(huán)境中的干擾的來源一般是以脈沖形式進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)，主要是通過以下三條渠道：（1） 空間干擾，是由電磁信號(hào)通過空間輻射進(jìn)入系統(tǒng)。（2） 過程通道干擾，干擾通過與系統(tǒng)相連的前向通道，后向通道及其它系統(tǒng)的相互通道進(jìn)入。（3） 供電系統(tǒng)干擾，電磁信號(hào)通過供電線路進(jìn)入系統(tǒng)。在一般情況下，單片機(jī)系統(tǒng)中后兩種干擾遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空間干擾，因此，在單片機(jī)系統(tǒng)種，對于干擾的防止主要是從防止后兩種情況入手。抗干擾的措施有硬件措施以及軟件措施兩種。硬件措施可以防止大部分干擾，但仍不免有一部分干擾信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)，所以此時(shí)軟件抗干擾就起到了重要的作用。由于軟件抗干擾措施是以CPU為分期代價(jià)的，如果沒有硬件消除絕大多數(shù)干擾，CPU將高負(fù)荷工作，無暇顧及正常的工作，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的工作效率和實(shí)用性。因此，一個(gè)成功的抗干擾系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分構(gòu)成的?？垢蓴_可以采用以下幾種方法：（1） 光電隔離 在輸入和輸出通道上采用光電隔離器來進(jìn)行有很大的好處，它將單片機(jī)系統(tǒng)與各種傳感器從電氣上隔離開來，很大一部分干擾將被阻擋，本系統(tǒng)中電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路采用了光電隔離器GD，還有過流檢測電路也采用了光電隔離，防止誤動(dòng)作。（2） 過電壓保護(hù)電路 在輸入輸出通道上應(yīng)采用一過壓保護(hù)電路，以防引入高電壓，傷害單片機(jī)系統(tǒng)。過壓保護(hù)點(diǎn)路由限流電阻和穩(wěn)壓管組成，限流電阻選擇要適宜，太大會(huì)引起信號(hào)衰減，太小起不到保護(hù)穩(wěn)壓管的作用。穩(wěn)壓管的選擇也要適宜，其穩(wěn)壓值以略高于最高傳送信號(hào)電壓為宜，太低將對信號(hào)起限幅效果，使信號(hào)失真。所以本設(shè)計(jì)不采用這種方法。（3） 抗干擾電源單片機(jī)系統(tǒng)供電線路是干擾的主要來源，電源采用隔離變壓器接入電網(wǎng)?？梢苑乐闺娋W(wǎng)的干擾侵入單片機(jī)系統(tǒng)。隔離變壓器與普通變壓器的不同之處在于它在初級(jí)和次級(jí)這間加了一層屏蔽層，并將它和鐵芯一起接觸。（4） 配置去耦電容原則上每個(gè)集成電路芯片上都應(yīng)安置一個(gè)陶瓷電容器，可以消除大部分高頻干擾。（5） 接地良好接地也是一種很好的防干擾措施，在實(shí)際應(yīng)用中將不可忽視，本系統(tǒng)既有模擬電路，又有數(shù)字電路，因此數(shù)字電路和模擬電路要分開，最后只在一點(diǎn)相連接，如果不是這樣處理，則會(huì)互相干擾。 另外，在電路版PCB設(shè)計(jì)上，要保證互不干涉的前提下，電阻以及電容的引線要盡可能的短，過孔的數(shù)量也要盡量的少，一般不多于2個(gè)。整個(gè)系統(tǒng)抗外界的電磁干擾還可以用導(dǎo)磁性能較好的材料罩住主芯片，可以破壞外界的強(qiáng)磁干擾。系統(tǒng)使用的芯片除了關(guān)鍵的芯片外，應(yīng)盡可能使用低速芯片。由于該系統(tǒng)是變頻系統(tǒng)，不可避免的會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)磁場，為防止它對其他的電子器件造成干擾，可在工頻電源的引入端加入一個(gè)零序電抗器，可有效阻止該系統(tǒng)對外界的電磁干擾。軟件抗干擾的方法：（1） 輸入信號(hào)抗干擾混入測量數(shù)據(jù)中的干擾信號(hào)分周期性和非周期性兩種。對于周期性干擾信號(hào)來說。在進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的時(shí)候，采用積分變換原理，就可以對其進(jìn)行有效的抑制。非周期性的干擾信號(hào)往往是用數(shù)字濾波算法消除的，所謂數(shù)字濾波就是通過數(shù)學(xué)計(jì)算來消除干擾的方法。本設(shè)計(jì)采用其中的算術(shù)平均值法，對每個(gè)采樣點(diǎn)采樣4次，染病后求它們的算術(shù)平均值作為采樣的有效值。（2） 輸出信號(hào)抗干擾測控系統(tǒng)的輸出信息，既有數(shù)據(jù)信號(hào)也有控制信號(hào)。這些信號(hào)在受到干擾后，就會(huì)擾亂系統(tǒng)的正常工作。在軟件上解決這一問題的辦法是數(shù)據(jù)和控制信號(hào)的重復(fù)輸出，其輸出方式有兩種：一種是在數(shù)據(jù)或控制信號(hào)輸出后，以最短的周期重復(fù)輸出原來的信息。另一種是系統(tǒng)輸出信息后，CPU應(yīng)通過檢測的通道來檢測輸出的結(jié)果是否正確。（3） 程序抗干擾干擾信號(hào)除了能使輸入輸出數(shù)據(jù)誤差加大，使輸入輸出狀態(tài)發(fā)生錯(cuò)誤造成局部控制失靈外，它還會(huì)干擾單片機(jī)內(nèi)部程序使程序運(yùn)行紊亂，造成系統(tǒng)無法工作，程序干擾技術(shù)就是在程序中采用一些措施，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和攔截失控的程序，使程序盡可能無擾動(dòng)的恢復(fù)正常工作，使系統(tǒng)的損失減到最小。本設(shè)計(jì)采用了指令昂余方法。第二節(jié) 保護(hù)電路　 GTR能通過的最大電流比額定電流高不了多少，因此，對GTR的保護(hù)就成了應(yīng)用的難題，GTR的保護(hù)一般是在驅(qū)動(dòng)電路中實(shí)現(xiàn)對GTR的自保護(hù)。其保護(hù)電路的形式依賴于逆變器是電壓源供電還是電流源供電。電流源逆變器易于實(shí)現(xiàn)負(fù)載短路保護(hù)，如發(fā)生短路現(xiàn)象時(shí)，可將所有晶體管開通，以最大限度地發(fā)揮電流承受能力，并且把可控整流橋拉入逆變，使存儲(chǔ)在電感中的能量逆變回電網(wǎng)；實(shí)現(xiàn)開路保護(hù)則很困難，必須設(shè)置電壓鉗位電路以限制dv／dt，并使尖峰電壓值小于晶體管的擊穿電壓。電壓型逆變器實(shí)現(xiàn)開路保護(hù)容易，實(shí)現(xiàn)短路保護(hù)難度大些，一般是利用GTR可自關(guān)斷的特點(diǎn)，故障一旦檢出，就迅速關(guān)斷GTR器件。一般認(rèn)為GTR損壞的主要原因有： a．瞬態(tài)過壓。由于感性負(fù)載或布線電感的影響，GTR關(guān)斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生瞬態(tài)電壓尖峰。瞬態(tài)過壓是GTR二次擊穿手主要原因，它的防護(hù)一般是給GTR并一RC或RCD網(wǎng)絡(luò)，消除峰值電壓，改善GTR開關(guān)工作條件?！　．過流。流過GTR的電流超過最大允許電流ICM時(shí)，可能會(huì)使電極引線過熱而燒斷，或使結(jié)溫過高而損壞。檢測過流信號(hào)是技術(shù)難點(diǎn)，檢測到過流信號(hào)后，通常是關(guān)閉GTR的基極電流，利用GTR42的自關(guān)斷能力切斷電路。　　c．退飽和。GTR的電路中工作在準(zhǔn)飽和狀態(tài)，但也可因外部電路條件的變化，使它退出了飽和區(qū)，進(jìn)入了放大區(qū)，使得集電極耗散功率增大。第五章 軟件的設(shè)計(jì)第一節(jié) 程序流程圖根據(jù)以上的工作原理，本軟件由一個(gè)主程序和兩個(gè)中斷程序組成。主程序流程圖：8253初始化 8155初始化 向兩個(gè)8253定時(shí)器輸入分頻數(shù)T0 T1初始化 記數(shù)單元清零，設(shè)置中斷方式 TR0=1,TR1=0 讀轉(zhuǎn)向控制信息 轉(zhuǎn)向控制信息 CW啟動(dòng) 輸入主機(jī)測速命令 調(diào)轉(zhuǎn)速處理子程序 AB 開始 減小至最小 A調(diào)W轉(zhuǎn)換成BCD換成算fct分頻程序　　輸出到主機(jī)FCT VCT　分頻數(shù)　　　　輸入從動(dòng)機(jī)測速命令調(diào)速度處理子程序及將W換成FCT分頻數(shù)子程序輸出到從動(dòng)機(jī)FCT VCT 分頻數(shù)停機(jī)及電機(jī)反轉(zhuǎn)　　　　　　　減小至最小　　新的轉(zhuǎn)向信息到　CW禁止中斷　　開始Y NNBINT0中斷（入口002H） INT1中斷（入口0072H） 延遲 TR0=1 TR0=0讀取T0記數(shù)值m1讀取T2記數(shù)值m2將m1m2存入內(nèi)存計(jì)算W=Cm1/Cm2存入內(nèi)存T0,T1記數(shù)單元清零TR0=0 TR1=0打開記數(shù)器封鎖門 返回 啟動(dòng)0809讀取數(shù)據(jù)存入內(nèi)存 返回轉(zhuǎn)換結(jié)束NY轉(zhuǎn)速處理子程序（入口0319H）w=wnn+△ww=wn+△wm2w=wn△wW=w2△wm1調(diào)二十進(jìn)制轉(zhuǎn)換子程序?qū)轉(zhuǎn)換成BCD碼換算成相應(yīng)的FCT分頻率數(shù)低頻區(qū)域確定VCT分頻數(shù)確定FCT分[頻數(shù)輸出FCT VCT分頻數(shù) 返回轉(zhuǎn)速1=轉(zhuǎn)換2△w=w1w2 △w0△w△wm2∣△w∣=△w△wwmNYNYNY第二節(jié) 地址空間分布表 0000H 復(fù)位入口地址0020H的 中斷入口地址 中斷服務(wù)程序區(qū) 子程序區(qū) 主程序區(qū) 子程序區(qū) RAM 0030HT0低四位數(shù) 0031H T0高四位數(shù) 0032H T1低四位數(shù) 0033H T1高四位數(shù) 0034H 主動(dòng)機(jī)速度值 0035H 從動(dòng)機(jī)速度值0036H~0042H轉(zhuǎn)速處理中間值 0043H 轉(zhuǎn)向信息 0044H~0049H BCD轉(zhuǎn)換中間值 0050H主機(jī)FCT分頻數(shù) 0051H主機(jī)VCT分頻數(shù) 0060H 從機(jī)FCT分頻數(shù) 0061H 從機(jī)VCT分頻數(shù)