【正文】 結(jié)合，即能濾除偶然型干擾脈沖，又能平滑濾波，但程序較為復(fù)雜。程序框圖可由上式得出，在此略。圖62 位置式數(shù)字PI調(diào)節(jié)器程序框圖 中斷處理程序設(shè)計(jì) 電流環(huán)中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)它主要完成電機(jī)索零運(yùn)算、電流調(diào)節(jié)器PI運(yùn)算、輕載時(shí)電流自適應(yīng)的運(yùn)算。設(shè)系統(tǒng)電流斷續(xù)臨界值為I0，反饋電流采樣值為I，則程序框圖如圖62所示。圖62 電流環(huán)中斷服務(wù)程序簡(jiǎn)化框圖（1）鎖零單元程序設(shè)計(jì)為防止電機(jī)慢速爬行，一般模擬晶閘管都設(shè)有鎖零單元。這里用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先檢查下速度給定UGn和速度反饋UFn是否為零或者小于某臨界值n0，若不為零系統(tǒng)正常運(yùn)行。若為零，使電流調(diào)節(jié)器輸出為負(fù)電壓，把晶閘管調(diào)速系統(tǒng)推向逆變，迫使電動(dòng)機(jī)停止（爬行），其程序框圖如圖63所示。圖63 鎖零程序框圖（2）電流自適應(yīng)程序設(shè)計(jì)在轉(zhuǎn)速和電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，電流環(huán)PI調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)參數(shù)一般是按電樞回路電流連續(xù)的情況來(lái)選取，然而當(dāng)系統(tǒng)輕載工作時(shí)，如果平波電抗器的電感量不太大，就會(huì)出現(xiàn)電流斷續(xù)的情況。當(dāng)電樞電流斷續(xù)時(shí)，晶閘管調(diào)速系統(tǒng)的機(jī)械特性和電流連續(xù)相比有明顯的差別，其動(dòng)態(tài)性能也發(fā)生兩項(xiàng)重要變化。（a）由于電流斷續(xù)時(shí)整流裝置外特性變陡，其等效內(nèi)阻大大增加，因此，使電流環(huán)調(diào)節(jié)對(duì)象總放大倍數(shù)下降。（b）當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)，由于電樞回路電磁時(shí)間常數(shù)TD存在，從整流電壓UDO的突變到平均電樞電流ID響應(yīng)不可能瞬間完成，而是按指數(shù)規(guī)律逐漸變到穩(wěn)態(tài)值。當(dāng)電流斷續(xù)時(shí)情況不同，由于電感對(duì)電流的延緩作用已在一個(gè)波頭結(jié)束，平均電壓突變后，下一個(gè)波頭的平均電流便也立即隨電壓變化。因此，從整流電壓和電流平均值的關(guān)系上看，相當(dāng)于TD=0，也就是說(shuō)，在平均整流電壓和電流之間，電流連續(xù)時(shí)是慣性環(huán)節(jié)，電流斷續(xù)時(shí)就成了比例環(huán)節(jié)?？紤]到上述兩項(xiàng)變化，平均整流電壓與平均整流電流間的傳遞函數(shù)由連續(xù)的變成斷續(xù)時(shí)的，其中R，是斷續(xù)時(shí)電樞回路的等效電阻，如果電流調(diào)節(jié)器已按連續(xù)情況設(shè)計(jì)好了，其傳遞函數(shù)為為了使系統(tǒng)在電流斷續(xù)時(shí)具有同樣的動(dòng)態(tài)性能，只有讓調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)和參數(shù)也隨著調(diào)節(jié)對(duì)象傳遞函數(shù)變更而改變才行，假設(shè)電流環(huán)其他部分傳遞函數(shù)沒(méi)有變化則電流斷續(xù)時(shí)電流調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)應(yīng)滿足下列關(guān)系：考慮到電流連續(xù)時(shí)通常選擇TD=τ1,則有由此可見(jiàn),電流斷續(xù)時(shí)要求電流調(diào)節(jié)器是一個(gè)積分環(huán)節(jié),因而電流斷續(xù)時(shí)要改變電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu),使它和電流連續(xù)時(shí)相適應(yīng),使其動(dòng)態(tài)性能基本和電流連續(xù)時(shí)相同,這就稱為電流自適應(yīng)控制。若用計(jì)算機(jī)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)電流自適應(yīng)控制，只要判斷主回路電流是否連續(xù)即可，若電流連續(xù)就按PI算法，若電流斷續(xù)就按I算法。按積分算法其差分方程為Cn=Cn1+K3en1設(shè)II單元放電流反饋值；IO單元放電流斷續(xù)臨界值，則其程序框圖如圖64所示。圖64 電流自適應(yīng)程序框圖 速度環(huán)中斷服務(wù)程序的設(shè)計(jì)測(cè)速軟件包括捕捉中斷服務(wù)子程序（如圖65所示）和測(cè)速時(shí)間中斷服務(wù)子程序（如圖66所示）構(gòu)成，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序中進(jìn)行到“測(cè)速允許”時(shí)，開放捕捉中斷，但只有到旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖前沿到達(dá)時(shí)，進(jìn)入捕捉中斷服務(wù)子程序，旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖計(jì)數(shù)器M1和高頻時(shí)鐘計(jì)數(shù)器M2才真正開始計(jì)數(shù)，同時(shí)打開測(cè)速時(shí)間計(jì)數(shù)器T1，禁止捕捉中斷，使之不再干擾計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。待測(cè)速時(shí)間計(jì)數(shù)器到達(dá)計(jì)數(shù)值，發(fā)出停止測(cè)速信號(hào)，再次開放捕捉中斷，到旋轉(zhuǎn)編碼器脈沖前沿再到達(dá)時(shí)停止計(jì)數(shù)。在這一組軟件框圖中，測(cè)速軟件僅完成M1和M2計(jì)數(shù)，轉(zhuǎn)速計(jì)算是在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序中完成的。 圖66 測(cè)速時(shí)間中斷服務(wù)子 程序框圖圖65 捕捉中斷服務(wù)子程序框圖轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序框圖如圖67所示。進(jìn)入轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序后，首先應(yīng)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，再計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)速，完成PI調(diào)節(jié)，最后啟動(dòng)轉(zhuǎn)速檢測(cè)，為下一步調(diào)節(jié)作準(zhǔn)備。在中斷返回前應(yīng)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)使中斷的上級(jí)程序正確可靠地恢復(fù)運(yùn)行。圖67 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序框圖 其它中斷處理程序設(shè)計(jì)中斷服務(wù)程序是控制系統(tǒng)軟件的核心，它將完成大部分計(jì)算以及控制任務(wù)， INT1中斷處理程序比較簡(jiǎn)單，它完成A/D數(shù)據(jù)讀入操作。為了簡(jiǎn)化程序，也可以使用程序詢問(wèn)方式來(lái)讀入ADC0808的數(shù)據(jù)。外部中斷INT0，完成同步校正的數(shù)據(jù)測(cè)量功能。定時(shí)器T1中斷服務(wù)程序，它完成采樣時(shí)間定時(shí)和轉(zhuǎn)速脈沖周期測(cè)量計(jì)算功能。轉(zhuǎn)速計(jì)算由速度環(huán)子程序完成。定時(shí)器T0中斷服務(wù)程序，它完成晶閘管觸發(fā)輸出和同步校正計(jì)算功能。第7章 系統(tǒng)MATLAB仿真本次系統(tǒng)仿真采用目前比較流行的控制系統(tǒng)仿真軟件MATLAB，使用MATLAB對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的主要方法有兩種，一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用MATLAB的Simulink工具箱對(duì)其進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真研究。另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖，使用Power System工具箱進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)仿真的新方法。本次系統(tǒng)仿真采用后一種方法。 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路模型主要由交流電源、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管直流橋、平波電抗器、直流電動(dòng)機(jī)等部分組成。采用面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖方法構(gòu)成的雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型如圖71所示。圖71 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)的控制電路包括：給定環(huán)節(jié)、ASR、ACR、限幅器、偏置電路、反相器、電流反饋環(huán)、速度反饋環(huán)等，因?yàn)樵诒敬卧O(shè)計(jì)中單片機(jī)代替了控制電路絕大多數(shù)的器件，所以在此直接給出各部分的參數(shù)，各部分參數(shù)設(shè)置參考前幾章各部分的參數(shù)。本系統(tǒng)選擇的仿真算法為ode23tb，仿真Start time設(shè)為0，Stop 。 系統(tǒng)仿真結(jié)果的輸出及結(jié)果分析當(dāng)建模和參數(shù)設(shè)置完成后，即可開始進(jìn)行仿真。圖72是雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)得電流和轉(zhuǎn)速曲線。從仿真結(jié)果可以看出，它非常接近于理論分析的波形。下面分析一下仿真的結(jié)果。 啟動(dòng)過(guò)程的第一階段是電流上升階段，突加給定電壓，ASR的輸入很大，其輸出很快達(dá)到限幅值，電流也很快上升，接近其最大值。第二階段，ASR飽和，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)表現(xiàn)為恒值電流給定作用下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，電流基本上保持不變，拖動(dòng)系統(tǒng)恒加速，轉(zhuǎn)速線形增長(zhǎng)。第三階段，當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到給定值后。轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的給定與反饋電壓平衡，輸入偏差為零，但是由于積分作用，其輸出還很大，所以出現(xiàn)超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，ASR輸入端出現(xiàn)負(fù)偏差電壓，使它退出飽和狀態(tài)，進(jìn)入線性調(diào)節(jié)階段，使轉(zhuǎn)速保持恒定，實(shí)際仿真結(jié)果基本上反映了這一點(diǎn)。由于在本系統(tǒng)中，單片機(jī)系統(tǒng)代替了控制電路的絕大多數(shù)控制器件，所以各項(xiàng)數(shù)據(jù)處理和調(diào)整都是在單片機(jī)內(nèi)完成的，控制效果要好于本次的仿真結(jié)果。結(jié)束語(yǔ)本設(shè)計(jì)用一臺(tái)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)采用采用了MCS51系列中的8031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(hào)是通過(guò)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(jí)，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(dòng)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(cè)速發(fā)電機(jī)來(lái)檢測(cè)，這種模擬測(cè)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(cè)速采用了目前較先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)速，即數(shù)字測(cè)速。數(shù)字測(cè)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(cè)速方法，兼?zhèn)淞薓法和T法測(cè)速的優(yōu)點(diǎn)，有效地?cái)U(kuò)大了調(diào)速范圍。本設(shè)計(jì)最后通過(guò)MATLAB系統(tǒng)仿真取得了良好的結(jié)果，各項(xiàng)性能指標(biāo)都能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的要求。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我對(duì)單片機(jī)應(yīng)用知識(shí)的掌握，同時(shí)了解了目前工業(yè)生產(chǎn)中數(shù)字化系統(tǒng)的重要性，使我對(duì)使用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的設(shè)計(jì)過(guò)程有了全面地了解。通過(guò)學(xué)習(xí)控制系統(tǒng)工作原理以及如何利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)各種功能，我查閱了大量相關(guān)資料，學(xué)會(huì)了許多知識(shí)，培養(yǎng)了我獨(dú)立解決問(wèn)題的能力。同時(shí)在對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)的過(guò)程中，鞏固了我的專業(yè)課知識(shí)，使自己受益匪淺。當(dāng)然在本次設(shè)計(jì)中還有需要改進(jìn)和完善的地方，比如可以進(jìn)一步完善系統(tǒng)的故障檢測(cè)和保護(hù)，使故障檢測(cè)更加全面和高效，還可以設(shè)計(jì)一個(gè)UPS電源，防止在斷電的情況下造成系統(tǒng)損害，保證生產(chǎn)的連續(xù)運(yùn)行。同時(shí)也可以設(shè)計(jì)一個(gè)鍵盤輸入電路，來(lái)完成各項(xiàng)參數(shù)的有效輸入?？傊ㄟ^(guò)本次設(shè)計(jì)不僅進(jìn)一步強(qiáng)化了專業(yè)知識(shí)，還掌握了設(shè)計(jì)系統(tǒng)的方法、步驟等，為今后的工作和學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。謝辭四年的大學(xué)生活即將結(jié)束，為期一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)也接近了尾聲。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，凝聚著許多人的關(guān)懷和幫助。首先要感謝我敬愛(ài)的指導(dǎo)教師張教授在學(xué)術(shù)上的精心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求，在思想、學(xué)習(xí)和生活等各個(gè)方面的典范作用，在科研中創(chuàng)造的良好學(xué)術(shù)氣氛，在系統(tǒng)研究和調(diào)試過(guò)程中給予的及時(shí)幫助。這些使我的本科學(xué)業(yè)得以順利完成，并激勵(lì)著我在今后的人生道路上不斷開拓進(jìn)取，勇往直前。在此，我再一次對(duì)陳老師的培養(yǎng)和關(guān)懷表示誠(chéng)摯的謝意！同時(shí)，我要感謝其他的代課老師對(duì)我們的學(xué)習(xí)和工作嚴(yán)格要求，并耐心地教導(dǎo)激勵(lì)我們積極進(jìn)取，培養(yǎng)我們形成良好的科研作風(fēng)，所有這些，我們將終生受益。在此，我對(duì)劉老師的培養(yǎng)和幫助深表感謝！非常感謝老師們，他們不但在大學(xué)四年中指導(dǎo)我們學(xué)習(xí)和生活，而且在完成論文期間給我許多幫助和建議，他們兢兢業(yè)業(yè)、對(duì)工作認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度為我做出了好的表率，時(shí)刻鞭策著我向他們學(xué)習(xí)。非常感謝我的同學(xué)們，在與他們共同的學(xué)習(xí)、工作、生活過(guò)程中，他們給予了我及時(shí)的幫助和建議，開拓了我的思路。我對(duì)他們致以真誠(chéng)的謝意和衷心的祝福。最后，向所有幫助過(guò)我的人致以最誠(chéng)摯的謝意。參考文獻(xiàn)[1]陳伯石。電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)[M]。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003。[2]徐維祥。單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]。大連：大連理工大學(xué)出版社，1996。[3]王兆安。電力電子技術(shù)[M]。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003。[4]何立民。單片機(jī)應(yīng)用文集[M]。北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1991。[5]周淵深。交直流調(diào)速系統(tǒng)與MATLAB仿真[M]。北京：中國(guó)電力出版社，2004。[6]潘新民，王燕芳。微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M]。北京：電子工業(yè)出版社，2003。[7]涂時(shí)亮，張友德。單片微機(jī)控制技術(shù)[M]。上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，1994。[8]余永權(quán)，汪明慧，黃英。單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[M]。北京：電子工業(yè)出版社，2003。[9]教育部高等教育司，北京市教育委員會(huì)。高等學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)手冊(cè)[M]。北京:高等教育出版社，經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)出版社，1998。[10]胡漢才。單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M]。北京：清華大學(xué)出版社，1996。[11]孫虎章。自動(dòng)控制系統(tǒng)[M]。北京：中央廣播電視大學(xué)出版社，1984[12]楊興姚。電動(dòng)機(jī)調(diào)速的原理及系統(tǒng)[M]。北京：水利電力出版社，1979 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