【正文】 工頻周期轉(zhuǎn)速環(huán)PID算一次，電流環(huán)算三次。這樣即方便編程，也能滿足采樣精度。 主程序的設(shè)計(jì)數(shù)字控制的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律是靠軟件來實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)中的所有硬件也靠軟件來管理。運(yùn)行在數(shù)字控制器中的軟件有主程序、初始化子程序和中斷服務(wù)子程序等。主程序完成實(shí)時(shí)性要求不高的功能，完成系統(tǒng)初始化后，實(shí)現(xiàn)鍵盤處理、刷新顯示、與上位計(jì)算機(jī)和其它外圍設(shè)備通信等功能。主程序框圖如圖51所示。如圖51 主程序框圖 數(shù)字測速的軟件設(shè)計(jì)本文采用M/T39。法對脈沖進(jìn)行測速。具體方法如下： 在圖51中，T為實(shí)際檢測時(shí)間，T0是一固定不變的定時(shí)時(shí)間，當(dāng)轉(zhuǎn)速脈沖的上升沿到來時(shí)，啟動定時(shí)T0，由兩個(gè)計(jì)數(shù)器分別對轉(zhuǎn)速脈沖M1和高頻脈沖數(shù)M2計(jì)數(shù)。當(dāng)定時(shí)T0結(jié)束時(shí)，Ml停止計(jì)數(shù)，M2繼續(xù)計(jì)數(shù)。當(dāng)轉(zhuǎn)速脈沖的下一個(gè)上升沿到來時(shí)，M2停止計(jì)數(shù)，則可得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速圖52 M/T法檢測轉(zhuǎn)速原理圖 （51）式中高頻計(jì)數(shù)脈沖信號的頻率，本系統(tǒng)中為80C196KC內(nèi)定時(shí)器T1的時(shí)鐘信號，由于采用1 6MHz晶振，=1MHz；P光電脈沖編碼器每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)，P=60016倍頻次數(shù)。將和P的參數(shù)代入上式，得 （52）轉(zhuǎn)速脈沖信號被送到80C196KC的HSI0引起上升沿中斷，此時(shí)開始定時(shí)T0，同時(shí)記下計(jì)數(shù)器T1的值，T2開始對HSI1接收到的轉(zhuǎn)速脈沖計(jì)數(shù)，并關(guān)閉HSI0中斷。當(dāng)定時(shí)T0到時(shí)，開啟HSI0中斷，停止計(jì)數(shù)，等待HSI0的上升沿。當(dāng)上升沿到來時(shí)，讀取計(jì)數(shù)器T1的值，計(jì)算兩次計(jì)數(shù)器T1的差值得到高頻脈沖數(shù)，這樣就完成了一次轉(zhuǎn)速測量周期。由此根據(jù)式(52)即可計(jì)算出當(dāng)前電機(jī)的轉(zhuǎn)速。下面介紹一下如何在程序中具體實(shí)現(xiàn)。⑴因?yàn)橐谲浖〞r(shí)器2的第一次中斷中進(jìn)行轉(zhuǎn)速環(huán)的PID計(jì)算，所以測速從這里開始。首先允許HSI0中斷，然后設(shè) HSI中斷模式為每個(gè)脈沖的正跳變引起中斷。⑵轉(zhuǎn)速脈沖引起HSI0中斷，如果是第一次中斷則記下當(dāng)前時(shí)間作起始時(shí)間ST，設(shè)軟件定時(shí)器1中斷時(shí)間T0，關(guān)HSI0中斷，啟動HSI數(shù)據(jù)有效對計(jì)數(shù)；如果是第二次中斷則把當(dāng)前的時(shí)間作為結(jié)束時(shí)間FT。⑶啟動HSI數(shù)據(jù)有效中斷后，每一個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖的上升沿都會引起HSI數(shù)據(jù)有效中斷，在每一次HSI數(shù)據(jù)有效中斷程序中，讓計(jì)數(shù)變量增加1。圖53 HSI0中斷 /HIS數(shù)據(jù)有效中斷⑷過了T0時(shí)間后，軟件定時(shí)器1產(chǎn)生中斷。在中斷程序中開HSI0中斷(允許HSI0中斷)，關(guān)HSI數(shù)據(jù)有效中斷(停止對計(jì)數(shù))。見圖53⑸下一個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖來時(shí)，就引起HSI0中斷。這個(gè)中斷是第二次HSI0中斷，把當(dāng)前的時(shí)間作為結(jié)束時(shí)間FT。見圖53然后用公式(53)計(jì)算轉(zhuǎn)速。至此，轉(zhuǎn)速測量結(jié)束。圖54 軟件定時(shí)中斷子程序 顯示模塊的軟件設(shè)計(jì)顯示部分的程序是采用軟件定時(shí)中斷來完成的，多少時(shí)間顯示一次可在軟件中設(shè)定。圖54是軟件定時(shí)中斷子程序。PID計(jì)算也是在軟件定時(shí)中斷子程序中完成的。 觸發(fā)脈沖的軟件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)中，用定時(shí)器1作為HSO的時(shí)間基準(zhǔn)，觸發(fā)角和脈寬的控制都是靠HSO的定時(shí)功能來實(shí)現(xiàn)的。定時(shí)器1在系統(tǒng)中作實(shí)時(shí)時(shí)鐘用，其時(shí)鐘信號來自內(nèi)部的時(shí)鐘發(fā)生電，每8個(gè)狀態(tài)周期計(jì)數(shù)加1，80C196KC的狀態(tài)周期由振蕩器信號2分頻后獲得，采用16MHz晶振，其狀態(tài)周期為125ns。這時(shí)HSO的時(shí)間分辨力，也就是定時(shí)器1的時(shí)間分辨力為ls。圖55 觸發(fā)脈沖順序圖那么，1o所對應(yīng)的計(jì)數(shù)器1的計(jì)數(shù)值為 （53）把觸發(fā)角和脈寬所對應(yīng)的計(jì)數(shù)值，寫入HSO時(shí)間寄存器，靠HSO的定時(shí)功能來控制角度的大小。⑴同步中斷子程序?yàn)榱丝煽坑|發(fā)三相全橋6只晶閘管，該控制系統(tǒng)使用了雙脈沖觸發(fā)信號，一個(gè)周期共需輸出24個(gè)HSO信號，包括HSO上升沿和下降沿。因?yàn)镠SO CAM只能存儲8個(gè)HSO事件，考慮到軟件定時(shí)器對HSO CAM的占用情況，我們把24個(gè)觸發(fā)時(shí)刻分為4組，每組6個(gè)觸發(fā)時(shí)刻，分別由同步中斷與HSO中斷產(chǎn)生。同步中斷由同步中斷模塊在交流同步信號過零時(shí)刻引起(EXTINTI) 。同步中斷服務(wù)程序的主要任務(wù)是復(fù)位計(jì)數(shù)基準(zhǔn)T2，產(chǎn)生A，B，C，D，E，F(xiàn)時(shí)刻的HSO輸出信號，允許HSO中斷，置A，B，C，D，E，F(xiàn)輸出結(jié)束標(biāo)志，在F時(shí)刻產(chǎn)生HSO中斷。其控制流程圖如圖56所示。圖56 同步中斷服務(wù)程序流程圖⑵HSO中斷服務(wù)程序流程HSO中斷分別由F，L，R時(shí)刻的HSO輸出命令引起。HSO中斷服務(wù)程序的主要任務(wù)就是根據(jù)狀態(tài)標(biāo)志位產(chǎn)生不同組的HSO輸出信號，并置相應(yīng)狀態(tài)標(biāo)志位。其控制流程圖如圖57所示。圖57 HSO中斷服務(wù)程序流程圖第六章 總結(jié)與展望 工作總結(jié)本設(shè)計(jì)用一臺單片機(jī)及外部擴(kuò)展設(shè)備代替原模擬系統(tǒng)中速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、觸發(fā)器、邏輯切換單元、鎖零單元和電流自適應(yīng)調(diào)節(jié)器等，從而使直流調(diào)速系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化。用軟件編程完成電流、轉(zhuǎn)速等各項(xiàng)參數(shù)的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化調(diào)節(jié)。本設(shè)計(jì)采用了Inter系列中的80C196KC單片機(jī)，在此單片機(jī)控制的直流調(diào)速系統(tǒng)中，速度給定、速度反饋和電流反饋信號是通過模擬光電隔離器、A/D轉(zhuǎn)換器送入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)按照已定的控制算法計(jì)算產(chǎn)生脈沖，經(jīng)并行口、數(shù)字光電隔離器、功率放大器送到晶閘管的控制級，以控制晶閘管輸出整流電壓的大小，平穩(wěn)的調(diào)節(jié)電動機(jī)的速度。在以往的數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速常用測速發(fā)電機(jī)來檢測，這種模擬測速方法的精度不夠高，在低速時(shí)更為嚴(yán)重，很難保障生產(chǎn)的高效、安全運(yùn)行，所以在本次設(shè)計(jì)中測速采用了目前較先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)編碼器測速，即數(shù)字測速。數(shù)字測速不僅精度高，而且安全穩(wěn)定、維護(hù)方便，同時(shí)采用M/T數(shù)字測速方法，兼?zhèn)淞薓法和T法測速的優(yōu)點(diǎn)，有效地?cái)U(kuò)大了調(diào)速范圍。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，總結(jié)出了數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)具有以下主要特點(diǎn)：(1)速度給定和測速采用數(shù)字化，能夠在很寬的范圍內(nèi)高精度測速，進(jìn)而擴(kuò)大了調(diào)速范圍，提高了速度控制的精度。(2)控制系統(tǒng)集成度高，硬件電路簡單而且統(tǒng)一，零部件的數(shù)量和觸點(diǎn)大大減少，而且可靠性高，可重復(fù)性好。對于不同的控制對象和控制要求，只需要改變控制算法軟件即可。(3)數(shù)字控制系統(tǒng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和計(jì)算，系統(tǒng)中的控制量和反饋量都必須根據(jù)一定的采樣周期進(jìn)行離散化，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 (4)由于許多功能都是由軟件來完成的，所以使硬件得以簡化，故障率比較小。單片機(jī)以數(shù)字信號來工作，其控制手段方便靈活，抗干擾能力強(qiáng)。(5)數(shù)字控制裝置具有很強(qiáng)的通信功能，通過現(xiàn)場總線可以與工業(yè)控制系統(tǒng)的上位機(jī)聯(lián)機(jī)工作，并且可以對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、預(yù)警、故障診斷和數(shù)據(jù)采集。 研究展望微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性好、可靠性高，可以提高控制性能，它將是未來調(diào)速系統(tǒng)的必然發(fā)展趨勢。當(dāng)然，離散化和數(shù)字化的結(jié)果導(dǎo)致了信號在時(shí)間上和量值上的不連續(xù)，從而會引起量化誤差，影響控制精度和平滑性。數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A和零階保持器會提高控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)分母的階次，使系統(tǒng)的穩(wěn)定裕量減小，系統(tǒng)性能。隨著微電子技術(shù)的進(jìn)步，微處理器的運(yùn)算速度不斷提高，其位數(shù)也不斷增加，上述兩個(gè)問題的影響已經(jīng)越來越小。根據(jù)目前的發(fā)展，展望未來，全數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)必將向著高性能高指標(biāo)的方向發(fā)展，朝調(diào)試手段先進(jìn)，控制、通信更加豐富的方向邁進(jìn)，尤其是它的動態(tài)性能指標(biāo)還可以進(jìn)一步提高。現(xiàn)階段，我國還沒有自主的系列的全數(shù)字化的控制系統(tǒng)商用，而且國外先進(jìn)的進(jìn)口控制器設(shè)備價(jià)格較為昂貴。因此，研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)全數(shù)字化直流調(diào)速裝置具有重大價(jià)值。學(xué)習(xí)和研究國外先進(jìn)的控制器，對于研制出有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的控制器，具有重大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和重要而又深遠(yuǎn)的實(shí)際意義。通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我對單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)和直流電機(jī)調(diào)速等知識的掌握程度，進(jìn)一步鞏固了我的專業(yè)課知識?？傊敬卧O(shè)計(jì)不僅進(jìn)一步強(qiáng)化了我的專業(yè)知識技能，還是我獲得了設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的一般方法和步驟，對我以后的學(xué)習(xí)和工作具有重大的幫助。參考文獻(xiàn)[1] 陳伯時(shí)．電力拖動自動控制系統(tǒng)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，.[2] 羅飛，：化學(xué)工業(yè)出版社，.[3] 余發(fā)山，:中國礦業(yè)大學(xué)出版社，.[4] 李正熙，白晶．電力拖動自動控制系統(tǒng)．北京：冶金工業(yè)出版社，.[5] 顧繩谷．電機(jī)及拖動基礎(chǔ)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，.[6] 王兆安，黃?。娏﹄娮蛹夹g(shù)．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，.[7] 李華德，：機(jī)械工業(yè)出版社，.[8] ：北京航空航天大學(xué)出版社，.[9] 孫和平，楊寧．單片微機(jī)原理與接口技術(shù)．北京：冶金工業(yè)出版社，. 致謝在此，我要感謝我的指導(dǎo)老師——老師。在本人畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，楊老師傾注了大量的精力和寶貴的建議，在他的悉心指導(dǎo)下，我才得以順利的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。他從最初就為我們制定了周密科學(xué)的工作任務(wù)安排，始終認(rèn)真負(fù)責(zé)地檢查我們的工作進(jìn)度情況，對于我們的提問也總給予細(xì)致耐心的解答。楊老師以其淵博的知識和豐富的經(jīng)驗(yàn)，給了我莫大的幫助。和楊老師一起討論相關(guān)的課題和解決設(shè)計(jì)中遇到的問題，我的思路得到極大的開闊，并發(fā)現(xiàn)了自己在某些專業(yè)知識上的不足，使我取得了很大的進(jìn)步。還有許多在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中給予我很大幫助和支持的人，在這里表