【導讀】控制，而準確的累計量控制可提高產品質量，降低生產成本，提高勞動效率。構、工作原理作了介紹。然后根據(jù)配料系統(tǒng)流量控制的設計要求，設計了以。AT89C52單片機為主控芯片的配料系統(tǒng)控制器。論文分析了系統(tǒng)工作原理和提。高調速性能的方法，研究了IGBT模塊應用驅動、吸收、保護控制等關鍵技術。流控制器的原理,并給出了軟、硬件實現(xiàn)方案。通過實時測試與調節(jié)電動機的轉速和電流，此調速系統(tǒng)可獲得快速、精確

　　

【正文】 電流環(huán)經過簡化之后可視作轉速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)， 11)( ?? Ic li KssW 19 整個轉速控制系統(tǒng)的 動態(tài)結構框圖如圖 23 中的 a 圖。 用電流環(huán)的等效環(huán)節(jié)代替原來的電流環(huán)節(jié)后，把轉速給定濾波和反饋濾波環(huán)節(jié)移到環(huán)內，同時將給定信號改成 ?)(* sUn ，再把時間常數(shù)為iK1和 onT 的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，近似成一個時間常數(shù)為 nT? 的慣性環(huán)節(jié)，其中 nT? = iK1 + onT （ 212） 轉速環(huán)的結構框圖簡化為圖 23 中的 b 圖。 為了實現(xiàn)轉速無靜差， ASR 中必須包含一個積分環(huán)節(jié)，而在擾動作用點后面已經有了一個積分環(huán)節(jié)，所以這個轉速環(huán)中有兩個積分環(huán)節(jié)，轉速 環(huán)應該設計成典型的 II 型系統(tǒng)。眾所周知，典型的 II 型系統(tǒng)具有良好的動態(tài)抗擾動性能，但其階躍響應超調量會很大，但按照線性系統(tǒng)理論分析計算的數(shù)據(jù)，實際系統(tǒng)中轉速調節(jié)器的飽和非線性性質會使超調量大大降低，所以 ASR 也應該采用 PI 調節(jié)器，其傳遞函數(shù)可表示為 ? ?ssKWnnnSAS R ?? 1)( ?? Kn — 轉速調節(jié)器的比例系數(shù)； n? — 轉速調節(jié)器的超前時間常數(shù)。 轉速環(huán)的動態(tài)結構框圖簡化過程如圖 23。 20 IdL( s )n ( s )1 / 223。 s + 1A SRUi*( s )KN( tns + 1 )s2( T Σns + 1 )( c )A SRId( s )( b )a / 223。TS ns + 1aTons + 11Tons + 1Un*( s )( a )1KIRCeTmsRCeTmsIdL( s )Id( s )Un*( s )aUn*( s )an ( s )n ( s ) 圖 23 雙閉環(huán)等效結構圖 轉速環(huán)的設計步驟如下： （ 1）電流環(huán)等效時間常數(shù) 2 iT? = （ 2）轉速濾波時間常數(shù) onT ，根據(jù)經驗取值為 （ 3）轉速換小時間常數(shù) nT? ，按小時 間常數(shù)近似處理 2n i onT T T????= 按跟隨和抗擾性能都好的原則，取 h=5,則轉速調節(jié)器的超前時間常數(shù)為 nnhT? ?? = 21 轉速開環(huán)增益 2212N nhK hT???=（ 213） 于是 ASR 的比例系數(shù) ( 1)2 emn nh c TK h RT?? ???= （ 214） 轉速環(huán)的截止頻率為： N nK??? ? 20/S (1)轉速環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件： 15 iT? ??，現(xiàn)在 15iT?=20，幾乎等于 ? ，滿足簡化條件。 （ 2）小時間常數(shù)近似處理條件： 1123 i onTT? ??，現(xiàn)在 1123 i onTT?=大于 ? ，滿足近似條件 。 （ 3）轉速超調量的核算 當 h=5 時，查表得△ ％.281C/C bm ax ? ％％％ 5 0 00 . 1 3 6. 3 512.)% ) ((2%)(% *m a x*m a x???????????????? ?mnNbbbn TTnnzCCnnCC ?? 能滿足設計要求。 22 第 3 章 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)硬件電路設計 本章作為整個設計最主要的一章，分析了整個系統(tǒng)的硬件選擇和硬件電路 設計方案，并確定了各個模塊電路圖的連接方法。 重量信號采集電路 傳感器選擇 我們通常把自然界的非電信號通過傳感器轉換為電信號，并加以放大。然后將放大后的電壓經過模數(shù)轉換后送到單片機中進行數(shù)據(jù)分析處理，通過編程達到自動控制的目的。本次設計是將重量信號通過傳感器轉化為電信號，然后通過單片機實現(xiàn)對物體重量的自動檢測，并顯示在 LED 屏幕上。 要達到設計的性能要求，傳感器的精度起著決定性作用。常用的傳感器有：電阻應變式傳感器、電容式傳感器、電感式傳感器。 電阻應變式傳感器是將非電量的變化轉換成與之有一定關系的電阻值變化，其結構簡單， 精度高，測量范圍廣 ,壽命長 ,結構簡單，頻響特性好，能在惡劣條件下工作，易于實現(xiàn)小型化、整體化和品種多樣化等 。是目前應用在測量力、加速度、質量等參數(shù)最廣泛的應用傳感器之一。 它的缺點是對于大應變有較大的非線性、輸出信號較弱，但可采取一定的補償措施。 電容式傳感器是 把被測的機械量，如位移、壓力等轉換為電容量變化的傳感器。電容器傳感器的優(yōu)點是結構簡單 ,價格便宜，靈敏度高，零磁滯，真空兼容，過載能力強，動態(tài)響應特性良好和對高溫、輻射、強振等 惡劣條件的適應性強等。缺點是輸出有非線性，寄生電容和分布電容對靈敏度和測量精度的影響較大，以及聯(lián)接電路較復雜等。 23 電感式傳感器是利用電磁感應把被測的物理量如位移，壓力，流量，振動等轉換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉換為電壓或電流的變化量輸出，實現(xiàn)非電量到電量的轉換。其結構簡單，工作可靠壽命長；靈敏度和分辨力高，能測出 。傳感器的輸出信號強，電壓靈敏度一般每毫米的位移可達數(shù)百毫伏的輸出；線性度和重復性都比較好。同時，這種傳感器能實現(xiàn)信息的遠距離傳輸、記錄、顯示和控制，它在工業(yè)自動控制系統(tǒng)中廣泛被采用。但不足的是，它有頻率響應較低，不宜快速動態(tài)測控等缺點。 皮帶配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)需要具有很快的測量速度，而且輸出還要具有良好的線性性能，所以電容式傳感器和電感式傳感器都不能很好的適用于本次設計，固設計所需傳感器選用電阻應變式傳感器。 重量信號的采集電路 本設計的測量電路采用最常見的橋式測量電路，用到的是電阻應變傳感器半橋式測量電路。 直流電橋的特點是信號不會受各元件和導線的分布電感及電容的影響，抗干擾能力強，但因機械應變的輸出信號小，要求用高增益和高穩(wěn)定性的放 大器放 大。 它的兩只應變片和兩只電阻貼在彈性梁上，測量電阻隨重力變化導致彈性梁應變而產生的變化，電阻的變化使橋式測量電路的輸出電壓發(fā)生變化，即輸出電壓的變化反映出重力的變化，電路圖如圖 31所示。 RdRaRcRb1KR18Res Bridge+12V12V電橋輸出 1電橋輸出 2 圖 31 重量信號采集電路 當電橋輸出端接無窮大負載電阻時，可視輸出端為開路，此時直流電橋 24 稱為電壓橋，即只有電壓輸出。 當忽略電源的內阻時，由分壓原理有： ADABBDo uuuu ??? )( 43 421 1 RRRRR RE ???? ))(( 4321 4231 RRRRRRRRE ?? ??? （ 31） 當滿足條件 4231 RRRR ??? 時，即 3421 RRRR ? （ 32） ou =0，即電橋平衡。式（ 32）稱平衡條件。 應變片測量電橋在測量前使電橋平衡，從而使測量時電橋輸出電壓只與應變片感受的應變所引起的電阻變化有關 。 若差動工作，即 RRR ???1 , RR?2 , RR?3 ， RRR ???4 ,按式（ 31），則電橋輸出為 ERRUout ??? 2 2Ek?? 重量信號濾波放大電路 經由電橋等電路變換后的信號 比較微弱而且還有很多干擾信號， 難以直接用來顯示、記錄、控制或進行信號轉換。為此，測量電路中常設有模擬放大環(huán)節(jié) 和濾波電路 。 壓力傳感器輸出的電壓信號為毫伏級，其中伴隨著一些高頻干擾，低頻 25 噪聲等。所以應該在電路中設置一對大的電解電容 濾除低頻噪聲 和一對普通小電容消除高頻干擾。 另一方面，檢測電路對運算放大器要求很高。 放大器的輸入信號一般是由傳感器輸出的。傳感器的輸出信號不僅電平低，內阻高，還常伴有較高的共模電壓。因此，一般對放大器有如下一些要求： 輸入 阻抗應遠大于信號源內阻。否則，放大器的負載效應會使所測電壓造成偏差。 抗共模電壓干擾能力強。 在預定的頻帶寬度內有穩(wěn)定準確的增益、良好的線性，輸入漂移和噪聲應足夠小以保證要求的信噪比。從而保證放大器輸出性能穩(wěn)定。 能附加一些適應特定要求的電路。如放大器增益的外接電阻調整、方便準確的量程切換、極性自動變換等。 本系統(tǒng)采用 AD620 芯片對檢測到的重量信號進行放大，此類芯片內部采用差動輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口簡單?？?通過改變 RG 的大小來改變放大器的增益。 且 具 有體積小、功耗低、精度高、噪聲低和輸入偏置電流低的特點。 AD620 是一款低成本、高精度儀表放大器，僅需要一個外部電阻來設置增益，增益范圍為 1 至 10,000。此外， AD620 功耗較低 (最大電源電流僅 mA)、較高精度 (最大非線性度 40 ppm)、低失調電壓 (最 50V)和低失調漂移 (最大 176。 C)特性。 AD620 為三運放集成的儀表放大器結構 , 為保護增益控制的高精度 , 其輸入端的三極管提供簡單的差分雙極輸入 , 并采用β工藝獲得更低的輸入偏置電流 , 通過輸入級內部運放的反饋 , 保持輸入三極管的集電極 電流恒定 , 并使輸入電壓加到外部增益控制電阻 Rg 上。 AD620 的兩個內部增益電阻為 kΩ ,因而增益方程式為 G = kΩ /Rg + 1 （ 33） 對于所需的增益 , 則外部控制電阻值為 Rg =（ G 1） kΩ AD620 構成的放大器及濾波電路如圖 32 所示。 26 RdRaRcRb1KR18Res Bridge+12V12VRG1IN2+IN3VS4REF5OUT6+VS7+RG8U17AD620AN100pFC9100pFC11GNDGND1KR19RPot+5V5VD16IN4773AGNDGNDR171KR201KC10200uF/25VC12200uF/25VADC0809 的 IN0 端口 圖 32 濾波電路及放大電路 電阻 R1 R20 和電容 C C C1 C12 用于濾除前級的噪聲， C C11為普通小電容，可以濾 除高頻干擾， C C12 為大的電解電容，主要用于濾除低頻噪聲。 穩(wěn)壓管 D16 的作用是使 AD620 電壓輸出低于 ADC0809 輸入最大值，防止造成芯片損壞。 A/D 轉換電路 經過放大電路的信號是一個模擬信號，要實現(xiàn)本次設計的目的必須把它變成數(shù)字量才能送入單片機控制系統(tǒng)受理，因此本系統(tǒng)需要用 A/D 轉換器將經過 AD620 放大得到的模擬信號轉換為數(shù)字信號。 經過資料搜尋，我決定采用 8 位 A/D 轉換器 ADC0809 來完成本次設計的A/D 轉換部分， ADC0809 是 8位逐次逼近型 A/D 轉換器。它由一個 8路模 擬開關、一個地址鎖存譯碼器、一個 A/D 轉換器和一個三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用 A/D 轉換器進行轉換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存 A/D 轉換完的數(shù)字量，當 OE 端為高電平時，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉換完的數(shù)據(jù) [12]。 對于單片機與 ADC0809 的接口電路，我使用或非門電路與單片機相連接作為控制信號。邏輯數(shù)據(jù)信號由 AT89C52 的數(shù)據(jù)口 P0發(fā)出直接接到 ADC0809的 8根數(shù)據(jù)線上， ADC0809 的地址輸入線 A、 B、 C 分別由單片機的 、 、 27 三個端口控制，經譯碼后可選通 IN0～ IN7 八個通道中的任意一個進行AD 轉換，用于控制 AD0809 模擬信號輸入通道。另一方面，由于 ADC0809 無內部時鐘，可利用單片機 ALE 管腳輸出時鐘信號經 D 觸發(fā)器二分頻之后送給ADC0809 的 CLK 管腳。 重量采集信號經過 AD620 放大以后接 ADC0809 的 IN0 口。中斷請求信號由 ADC0809 的 EOC 端接單片機 INT0 口輸入。 單片機與 ADC0809 的接口電路圖如圖 33。 +5VGNDu18NORu19NOR1 2U14ASN74F04DGND+5VALED5Q1CK3Q2R4S6U13A4013IN026msb21212220IN12723192418IN22825826