【導(dǎo)讀】基于單片機的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。直流調(diào)速控制系統(tǒng)課程設(shè)計

　　

【正文】 ；開放中斷 1 MOV R0， 90H ； P1 口（ W）送 R0,預(yù)設(shè) MOV R1， 80H ； P0 口（ Y）送 R1，實測 MOV A， R0 ； W 給 A MOV B， R1 ； Y 給 B SUBB A， B ； ei 給 A MOV 7FH， A ； ei 給 7FH MOV 7EH， 00H ； ei1=0 給 7EH MOV 7BH， Umax MOV 7AH, Umin AJMP IN ；積分項 AJMP P ；比例項 MOV A， R2 ； Pi 給 A ADD A， R3 ； Pi+Pp 給 A MOV 7DH， 00H ； Ui1=0 給 7DH ADD A， 7DH ； Ui1+Pi+Pp=Ui 給 A MOV 7CH,A ； Ui 給 7CH MOV 7DH， 7CH ； Ui給 Ui1 MOV A， 7BH ； Umax 給 A CJNE A， Ui， LOOP2 ； Ui〉 Umax 轉(zhuǎn)移 MOV A， Ui CJNE A， 7AH， LOOP3 ； UiUmin 轉(zhuǎn)移 MOV 90H， 7CH ；輸出 Ui 到 P1口 LOOP2： MOV A， 7CH ； Ui 給 A CLR C SUBB A， Umax RETI LOOP3： MOV A， 7CH ； Ui 給 A CLR C SUBB A， Umin RETI IN： MOV 6FH， I MOV A， 6FH ； I 給 A MOV B， 7FH ； ei 給 B MUL AB ； Pi=I*ei 給 A MOV R2， A ； Pi 給 R2 RETI 基于單片機的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 27 P： MOV 6EH， P CLR C MOV A， 7FH ； ei 給 A SUBB A， 7EH ； eiei1給 A MOV 7EH， 7FH ； ei 給 ei1 MOV B， 6EH MUL AB ；（ eiei1） *P 給 A MOV R3， A ； Pp給 R3 RETI 基于單片機的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 28 圖 PI 控制子程序框圖 保護現(xiàn)場 選擇參數(shù)和初值 本次采樣輸入 計算偏差值 e (k) 1() mu k u? ？ 1() mu k u?? ？ 11( ) ( ) ( 1)iTu k e k u kT? ? ? 1() mu k u?? () mu k u?? 1() mu k u? ()mu k u? 1( ) ( ( ) ( 1 ) ) ( )Pu k K e k e k u k? ? ? ? ()mu k u? ？ () mu k u?? ？ 返回 N Y N N N Y Y Y 基于單片機的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 29 數(shù)學(xué)模型的建立 直流電動機的數(shù)學(xué)模 型 在本設(shè)計中討論的是直流電動機拖動恒轉(zhuǎn)巨負載的自動控制系統(tǒng)，直流電動機本身是一個電 磁相互作用的非線性系統(tǒng)，在這里將其近似為一個線性系統(tǒng)，得到直流電動機的傳遞函數(shù)為： 120()() 1() ed l m mCnsd Us T T S T SWs????? 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型 求取雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型一般采用由內(nèi)到外，逐環(huán)求取。對轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，首先求取電流環(huán)傳遞函數(shù)，再將其視為轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，在求取轉(zhuǎn)速環(huán)的傳遞函數(shù)，由于檢測信號中含有交流分量或 其他高頻干擾。故對轉(zhuǎn)速電流信號均經(jīng)過 T 型濾波，再加到調(diào)節(jié)器的輸入端，為了補償這些濾波環(huán)節(jié)帶來的慣性作用，在給定信號中也加入一個相同時間常數(shù)的給定濾波環(huán)節(jié)。 電流環(huán)傳遞遞函數(shù)的求取 由于系統(tǒng)中機電時間常數(shù) mT 遠大于電磁時間常數(shù) lT ，反電動勢 E 的變化過程相對緩慢，因此在電流環(huán)中，可忽視反電動勢的影響 ，又由于 ST 和 oiT 比 lT 小得多，可以當作小慣性環(huán)節(jié)近似處理，故取 Ts+ToiTi?? 。 由于電流環(huán)的重要作用是保持電樞電流在動態(tài)過程中不超過允許值，因而在土家控制作用時不希望有超調(diào)，而且當 / 10l iTT?? 時，典型 ? 型系統(tǒng)的抗恢復(fù)時間還是可 以接受的，故采用 PI 調(diào)節(jié)器將電流環(huán)的控制對象校正成典型 ? 型系統(tǒng)，其中 PI 調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為： ACR 1W =K i isis?? ?。 故電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 ( 1 )( 1 ) 211()1K iS T i SK i iS T i Sdi T SK i K iWs S?? ?????? ?? 轉(zhuǎn)速環(huán)的傳遞函數(shù) 有上式已知電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)，又由于轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率 ? 一般較低，基于單片機的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 30 因此電流內(nèi)環(huán) ()cli s? 可等效為一階環(huán)節(jié)。 11() 1Icli KWs S? ? 其近似條件為： 13 iIK T? ?? 同樣的，再將時間常數(shù)為 T 和 2 IT? 的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，形成一個時間常數(shù)為 nT? 的慣性環(huán)節(jié)，則 2n i on?? ? ?? ?? 基于系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)無靜差的條件，轉(zhuǎn)速環(huán)應(yīng)校正成典型 ?? 型系統(tǒng)，而且典型 ?? 型系統(tǒng)的抗擾動性能好。由于將轉(zhuǎn)速環(huán)校正成了典型 ?? 型系統(tǒng)，故 ASR有必將采用 PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： ? ? 1nsASR nsW S K n ? ? ?? 仿真模型 轉(zhuǎn)速 雙 閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的 傳遞函數(shù) 模型主要由給定環(huán)節(jié)、 ASR、 ACR、限 幅函數(shù) 、速度反饋環(huán)等部分組成。采用 傳遞函數(shù) 圖方法構(gòu)成的 雙 閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型 結(jié)論 本文所述的直流電機閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是以低價位的單片微機 8051 為核心的，而通過單片機來實現(xiàn)電機調(diào)整又有多種途徑，相對于其他用硬件或者硬件與軟件基于單片機的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 31 相結(jié)合的方法實現(xiàn)對電機進行調(diào)整，采用 PWM 軟件方法來實現(xiàn)的調(diào)速過程具有更大的靈活性和更低的成本，它能夠充分發(fā)揮單片機的效能，對于簡易速度控制系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了一種有效的途徑。而在軟件方面，采用 PI 算法來確定閉環(huán)控制的補償量也是由數(shù)字電路組成的直流電機閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)所不能及的。曾經(jīng)也試過用單片機直接 產(chǎn)生 PWM 波形，但其最終效果并不理想，在使用了少量的硬件后，單片機的壓力大大減小，程序中有充足的時間進行閉環(huán)控制的測控和計算，使得軟件的運行更為合理可靠。 因為本系統(tǒng)采用了雙閉環(huán)系統(tǒng)，所以系統(tǒng)能夠通過兩個轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器進行自動調(diào)節(jié)作用減少穩(wěn)態(tài)速降，但是有超調(diào)。為使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能更好，該系統(tǒng)采用無靜差調(diào)節(jié)，即轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用比例積分調(diào)節(jié)器（ PI 調(diào)節(jié)器），使系統(tǒng)保證恒速運行，以保證滿足更嚴格的生產(chǎn)要求。 總結(jié) 通過這段時間的課程設(shè)計，讓我更好的認識到了自己的不足，同時也讓我學(xué)到了許多東西，不僅鞏固了以前所學(xué) 的知識，而且還讓我接車到了許多新的內(nèi)容、知識。 基于單片機的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 32 參考文獻 [1] 陳伯時、阮毅主編 電力拖動自動控制系統(tǒng) — 運動控制系統(tǒng)（第 4 版） 機械工業(yè)出版社 2020 [2] 王兆安、黃俊主編 電力電子技術(shù)（第 4 版） 機械工業(yè)出版社 2020 [3] 任彥碩主編 自動控制原理 機械工業(yè)出版社 2020 [4] 李榮生主編 電氣傳動控制系統(tǒng)設(shè)計指導(dǎo) 機械工業(yè)出版社 [5] 吳守箴、臧英杰編著 電氣傳動的脈寬調(diào)制控制技術(shù) 機械工業(yè)出版社 [6］孟慶春 電力拖動自動控制 系統(tǒng) 東北大學(xué)出版社 [7] 周淵深 交直流調(diào)速系統(tǒng)與 MATLAB 仿真 中國電力出版社 2020 [8] 萬福君、潘松峰 單片微機原理系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用 (第二版 ) 2020 [9] 李仁定 電機的微機控制 機械工業(yè)出版社 2020 [10] 沈文、 Eagle lee 、詹衛(wèi)前 AVR 單片機 —— C 語言開發(fā)入門指導(dǎo) . 2020