【導(dǎo)讀】無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、商。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在有90%以上的動(dòng)力源來自于電動(dòng)機(jī)。產(chǎn)的電能大約有60%用于電動(dòng)機(jī)?？梢姡妱?dòng)機(jī)與人們的生活息息相關(guān)、密。我們知道，動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)是可以相互轉(zhuǎn)換的。從這個(gè)意義上講，電動(dòng)機(jī)是。最常用的運(yùn)動(dòng)源。對(duì)運(yùn)動(dòng)控制的最有效方式是對(duì)運(yùn)動(dòng)源的控制。實(shí)際上，現(xiàn)在國(guó)外已將電動(dòng)機(jī)控制改。壓和電流等物理量進(jìn)行控制，而且有時(shí)往往需要非常精確。電動(dòng)機(jī)的復(fù)雜控制逐漸成為應(yīng)用主流，其應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛。動(dòng)由行車、家用汽車等設(shè)備的控制。這些設(shè)備中絕大多數(shù)采用的是直流電動(dòng)。流入分離機(jī)后經(jīng)高速分離，就生產(chǎn)出食用糖。以我們走國(guó)產(chǎn)化道路，在吸收國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品優(yōu)點(diǎn)同時(shí)，自行研發(fā)糖分離機(jī)。機(jī)以50prm速度旋轉(zhuǎn)并清洗篩網(wǎng)。進(jìn)行下料時(shí)、電機(jī)轉(zhuǎn)速升至180prm。此刻測(cè)厚系統(tǒng)根據(jù)糖層的厚度發(fā)出測(cè)厚信。當(dāng)主機(jī)升至1000prm時(shí)，進(jìn)行糖水分離。分離時(shí)間結(jié)束主電機(jī)快速制。動(dòng)降速至50prm，進(jìn)入卸料過程，卸料完畢，開始下一次分糖準(zhǔn)備。

　　

【正文】 信號(hào)。 起動(dòng)模塊流圖如圖 46 所示。其中速度環(huán)、電流環(huán)子程序采用 PID 調(diào)節(jié)器， ? 計(jì)算模塊和數(shù)字邏輯切換程序塊見第二章所述。 二、 PID 算法模塊 在圖 47給出增量式 PID 控制算法流程圖。 三、移相角 ? 的計(jì)算和輸出軟件模塊設(shè)計(jì) 我們知道可控橋式電路輸出電壓平均值公式 ?co s*0dd UU ? 4－ 1 其中， Ud為晶閘管輸出電壓， ? 為移相角， Ud0為不可控整流輸出電壓。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 28 ? 在 090176。，晶閘管處于整流狀態(tài)； ? 在 90176。 180176。，晶閘管處于逆變狀態(tài)。移相定時(shí)是通過定時(shí)器完成的，由電流 PID 調(diào)節(jié)器運(yùn)算得出的 ? 角移相時(shí)間存入定時(shí)器后，定時(shí)器開始工作，延時(shí)結(jié)束后，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路三相全控晶閘管的控制。 電 流 環(huán) 采樣 時(shí) 刻 到速 度 環(huán) 采樣 時(shí) 刻 到調(diào) 用 速 度 環(huán) 計(jì) 算 子 程 序調(diào) 用 電 流 環(huán) 計(jì) 算 子 程 序計(jì) 算 α 值 確 定 移 相 角數(shù) 字 邏 輯 切 換 程 序YNYN 圖 46 啟動(dòng)模塊流圖 表 41 晶閘管觸發(fā)字碼表 電源狀態(tài) S1 S2 S3 觸發(fā)器 導(dǎo)通號(hào) 1 0 1 1 0 0 0 0 1 E1H 1， 6 1 0 0 0 0 0 0 1 1 C3H 1， 2 1 1 0 0 0 0 1 1 0 C6H 3， 2 0 1 0 0 0 1 1 0 0 CCH 3， 4 0 1 1 0 1 1 0 0 0 D8H 5， 4 0 0 1 1 1 0 0 0 0 F0H 5， 6 表 41 為晶閘管 觸發(fā) 字碼表表示觸發(fā)應(yīng)對(duì)的晶閘管，“ 0”表示不觸發(fā)，廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 29 觸發(fā)信號(hào)均由鎖存器 74LS374 產(chǎn)生。 由前面的同步檢測(cè)電路可知，在一個(gè)電壓周期內(nèi)存有 6個(gè)同步控制信號(hào)，每個(gè)信號(hào)間隔 60176。，則內(nèi)部定時(shí)器最大 不能超過 60176。另外二相全控橋式電路在任何時(shí)都必須有兩只晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，才能形成導(dǎo)通回路。因此，本觸發(fā)器采用雙窄脈沖觸發(fā)，即一個(gè)觸發(fā)某一只晶閘管的同時(shí)，給前一只晶閘管補(bǔ)發(fā)一個(gè)觸發(fā)脈沖。 CPU 有 INTO 中斷啟動(dòng)定時(shí)器定時(shí)，定時(shí)器的初值由電流調(diào)節(jié)器通過并行口給定。給定控制角在 0176。 180176。之間 。單片機(jī)軟件自動(dòng)對(duì)每相脈沖的分配劃分區(qū)間。在移相控制時(shí)，將 0176。 180176。的 ? 角移相范圍劃分為 3段，并設(shè)定相應(yīng)的段標(biāo)號(hào) S。 0176?！?? ≤ 60176。，段標(biāo)號(hào) S=0 60176?！?? ≤ 120176。， S=1 120176?！?? ≤ 180176。， S=2 再將 ? 變換成 39。? ， S=1 時(shí)， ? = 39。? +60， S=2 時(shí)， ? = 39。? +120， 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 30 E N DP I D 控 制 算 法計(jì) 算 D p = K p [ △ n ( k ) △ n ( k 1 ) ]計(jì) 算 D I = K I△ n ( k )計(jì) 算 D I + D P計(jì) 算 D D = K D [ △ n ( k ) + △ n ( k 2 ) 2 △ n ( k ) ]計(jì) 算 △ D = D P + D I + D D△ n [ k 1 ] → △ n [ k 2 ] ， △ n [ k ] → △ n [ k 1 ]計(jì) 算 D 0 + △ DD = 0D = 2 2 5D0= DD ＜ 0D2＞ 2 5NNYY 圖 47 增量式 PID 控制算法流程圖 于是無論 ? 處于哪一段，對(duì) ? 的移相只需對(duì) 39。? 定時(shí)即可，定時(shí)的起點(diǎn)規(guī)定為各自然換相點(diǎn)，然后再根據(jù)段標(biāo)號(hào) S 來確定要觸發(fā)的晶閘管。這樣，最大定時(shí)時(shí)間為 （對(duì)應(yīng) 60176。），各相觸發(fā)脈沖的延時(shí)在時(shí)間上不會(huì)重疊。定時(shí)器的預(yù)置時(shí)間常數(shù) TD上 39。? 之間的關(guān)系為： 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 31 39。*)10**( 63 ?? ?? ?DT 42 經(jīng)以上分析可得出定時(shí)器延時(shí)角 39。? 計(jì)算流程圖如圖 48。 是 自 然 換 相 點(diǎn) 嗎讀 狀 態(tài) S 1 S 2 S 3 及 標(biāo) 號(hào) S時(shí) 間 到定 時(shí) 器 延 時(shí) 角 α 39。 = α 6 0 * s ?按 可 控 硅 觸 發(fā) 字 碼 表 與 邏 輯 判 斷 信 號(hào) 觸 發(fā) 相 應(yīng) 可 控 硅YNYN 圖 48 移相角計(jì)算流程圖 第四節(jié) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 的 仿真 在工業(yè)設(shè)計(jì)中，通常采用仿真設(shè)計(jì)，仿真設(shè)計(jì)包括軟件仿真和硬件仿真。仿真軟件設(shè)計(jì)通常建立好系統(tǒng)模型，然后用軟件或軟件工具描 述系統(tǒng)的狀態(tài)，以達(dá)到研究、設(shè)計(jì)的目的。物理仿真常采用與實(shí)際系統(tǒng)相類似的物理模型進(jìn)行研究。軟件仿真往往只要有一臺(tái)計(jì)算機(jī)，編寫相應(yīng)的程序或利用相關(guān)的仿真軟件即可達(dá)到目的。 在這一節(jié)中，采用美國(guó) Mathworks 公司的 MATLAB 軟件中的 SIMULINK 仿真工具來進(jìn)行糖分離機(jī)數(shù)字雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真與設(shè)計(jì)。 MATLAB 是一種面向科學(xué)與工程計(jì)算的高級(jí)語(yǔ)言，這集科學(xué)計(jì)算、自動(dòng)控制、信號(hào)處理、圖象處理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與一體，具有極高的編程效率 。 MATLAB軟件的誕生，使控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)問題變得簡(jiǎn)單了 ，它為控制系統(tǒng)的設(shè)廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 32 計(jì)和仿真提供了強(qiáng)有力的工具，必將使傳統(tǒng)的方法產(chǎn)生一場(chǎng)變革。由于該軟件具有容易使用和豐富的控制理論等特點(diǎn)，已經(jīng)成為國(guó)際控制領(lǐng)域內(nèi)最流行的控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。 SIMULINK 是 MATLAB 軟件的擴(kuò)展。它主要用與動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的仿真，它與用戶交互接口是基于 Windows 的圖形（使用方塊圖）編程方法。在 SIMULINK中也加入了許多的 MATLAB 函數(shù)功能。 本 節(jié) 內(nèi)容利用 SIMULINK 軟件對(duì)直流電機(jī)雙閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行分析和CAD，利用仿真的數(shù)據(jù)可用實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 在本節(jié)，首 先要建立糖分離機(jī)數(shù)字全閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，建立系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，然后用 SIMULINK 進(jìn)行仿真分析。在控制方法上，分別采用 PID 和智能 PID神經(jīng)元參數(shù)自學(xué)習(xí) PID 控制。通過仿真分析不同的控制方法是否有性能的提高。 下面 是 參考其他文獻(xiàn)的 仿真 結(jié)果。 首先，利用 MATLAB 的控制工具來分析電流調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)參數(shù)，然后利用 SIMULINK 來防真系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。 電流調(diào)節(jié)器簡(jiǎn)化圖如圖 49 所示： 圖 49 電流調(diào)節(jié)器簡(jiǎn)化方塊圖 經(jīng)過 MATLAB 計(jì)算， 電流環(huán) 可 簡(jiǎn)化 成 如圖 410 所示： 圖 410 電流環(huán)化簡(jiǎn)方快圖 同樣，速度環(huán)可簡(jiǎn)化成如圖 411 所示： 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 33 圖 411 速度環(huán)方塊圖 經(jīng)過大量的防真調(diào)試修改調(diào)節(jié)器參數(shù)，才可以得到系統(tǒng)較好的動(dòng)態(tài)特性，其動(dòng)態(tài)特性如圖 412所示。 圖 412 帶速度 PID 的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性曲線 圖 413 為單神經(jīng)元 PID 的速度調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的防真波形。 圖 413 單神經(jīng)元 PID 的速度調(diào)節(jié)器的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的防真波形 比較圖 412和圖 413可以看到單神經(jīng)元 PID 的速度調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)比普通速度 PID 超調(diào)減小了，系統(tǒng)品質(zhì)得到了改善。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 34 第五章 總結(jié) 本文在對(duì)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種基于 ATmega單片機(jī)控制的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)計(jì)中采用 ATmega16 做主機(jī)， ATmega8做從機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流、電壓 及轉(zhuǎn) 速 檢測(cè) ，對(duì)速度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，滿足 糖廠的 生產(chǎn)調(diào)速需要，本系統(tǒng) 還 包括 鍵盤和 LED 顯示 功能實(shí)現(xiàn)人機(jī)交流。 在軟件設(shè)計(jì)中運(yùn)用 C語(yǔ)言編寫軟件程序，并通過調(diào)試與仿真，可知其能較好的滿足糖廠的系統(tǒng)特性要求。 通過本次設(shè)計(jì)使我的知識(shí)體系得到了豐富與彌補(bǔ)，例如：對(duì)雙雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和電力拖動(dòng)有了比較 深入的了解，自學(xué)了 AVR 單片機(jī)的知識(shí)，初步學(xué)會(huì)了電路板的觀察和焊接，還初步學(xué)會(huì)了使用 Protel軟件繪制電路圖。 本課題的研究涉及電子學(xué)，運(yùn)動(dòng)控制，計(jì)算機(jī)軟硬件，電機(jī)學(xué)與電力拖動(dòng)等諸多知識(shí)，但本人學(xué)識(shí)有限，時(shí)間緊湊，本課題的研究還存在許多問題，敬請(qǐng)批評(píng)指正。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 35 主要參考文獻(xiàn)： [1] 馬潮 . 《 ATmega8 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9～ 13 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 36 致 謝 衷心感謝海濤老師一個(gè)學(xué)期來的關(guān)心教導(dǎo)。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，海老師對(duì)我們悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求 ,用他豐富的實(shí)際產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗(yàn) ,教導(dǎo)我們?nèi)绾稳シ治鰡栴}，解決問題。并為我們提供了 3 周的實(shí)習(xí)時(shí)間，再那兒，我學(xué)到了許多在書本上學(xué)不到的東西。通過這次課題的設(shè)計(jì) ,我收獲頗多 ,獲得了許多寶貴的經(jīng)驗(yàn)。 還有和我在一個(gè)工作室里的師兄師姐們，都給了我很多的支持和幫助。在 此，謹(jǐn)向他們表示誠(chéng)摯的謝意！ 這次設(shè)計(jì)不僅讓我學(xué)習(xí)了如何去設(shè)計(jì)開發(fā)一個(gè)完整的系統(tǒng)。更重要的是如何去收集處理我們所需要的資料。 正是有大家的支持，我的設(shè)計(jì)才得以順利完成。在此，感謝所有幫助過我的老師、同學(xué)、朋友！