【導讀】無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防、航空航天、醫(yī)療衛(wèi)生、商。據(jù)資料統(tǒng)計，現(xiàn)在有90%以上的動力源來自于電動機。產(chǎn)的電能大約有60%用于電動機。可見，電動機與人們的生活息息相關(guān)、密。我們知道，動力和運動是可以相互轉(zhuǎn)換的。從這個意義上講，電動機是。最常用的運動源。對運動控制的最有效方式是對運動源的控制。實際上，現(xiàn)在國外已將電動機控制改。壓和電流等物理量進行控制，而且有時往往需要非常精確。電動機的復雜控制逐漸成為應(yīng)用主流，其應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛。動由行車、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。流入分離機后經(jīng)高速分離，就生產(chǎn)出食用糖。以我們走國產(chǎn)化道路，在吸收國內(nèi)外產(chǎn)品優(yōu)點同時，自行研發(fā)糖分離機。機以50prm速度旋轉(zhuǎn)并清洗篩網(wǎng)。進行下料時、電機轉(zhuǎn)速升至180prm。此刻測厚系統(tǒng)根據(jù)糖層的厚度發(fā)出測厚信。當主機升至1000prm時，進行糖水分離。分離時間結(jié)束主電機快速制。動降速至50prm，進入卸料過程，卸料完畢，開始下一次分糖準備。

　　

【正文】 信號。 起動模塊流圖如圖 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 ? 的計算和輸出軟件模塊設(shè)計 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。 廣西大學畢業(yè)設(shè)計 單片機在糖廠直流調(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)。移相定時是通過定時器完成的，由電流 PID 調(diào)節(jié)器運算得出的 ? 角移相時間存入定時器后，定時器開始工作，延時結(jié)束后，便可實現(xiàn)對主電路三相全控晶閘管的控制。 電 流 環(huán) 采樣 時 刻 到速 度 環(huán) 采樣 時 刻 到調(diào) 用 速 度 環(huán) 計 算 子 程 序調(diào) 用 電 流 環(huán) 計 算 子 程 序計 算 α 值 確 定 移 相 角數(shù) 字 邏 輯 切 換 程 序YNYN 圖 46 啟動模塊流圖 表 41 晶閘管觸發(fā)字碼表 電源狀態(tài) S1 S2 S3 觸發(fā)器 導通號 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)對的晶閘管，“ 0”表示不觸發(fā)，廣西大學畢業(yè)設(shè)計 單片機在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 29 觸發(fā)信號均由鎖存器 74LS374 產(chǎn)生。 由前面的同步檢測電路可知，在一個電壓周期內(nèi)存有 6個同步控制信號，每個信號間隔 60176。，則內(nèi)部定時器最大 不能超過 60176。另外二相全控橋式電路在任何時都必須有兩只晶閘管同時導通，才能形成導通回路。因此，本觸發(fā)器采用雙窄脈沖觸發(fā)，即一個觸發(fā)某一只晶閘管的同時，給前一只晶閘管補發(fā)一個觸發(fā)脈沖。 CPU 有 INTO 中斷啟動定時器定時，定時器的初值由電流調(diào)節(jié)器通過并行口給定。給定控制角在 0176。 180176。之間 。單片機軟件自動對每相脈沖的分配劃分區(qū)間。在移相控制時，將 0176。 180176。的 ? 角移相范圍劃分為 3段，并設(shè)定相應(yīng)的段標號 S。 0176?！?? ≤ 60176。，段標號 S=0 60176?！?? ≤ 120176。， S=1 120176?！?? ≤ 180176。， S=2 再將 ? 變換成 39。? ， S=1 時， ? = 39。? +60， S=2 時， ? = 39。? +120， 廣西大學畢業(yè)設(shè)計 單片機在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 30 E N DP I D 控 制 算 法計 算 D p = K p [ △ n ( k ) △ n ( k 1 ) ]計 算 D I = K I△ n ( k )計 算 D I + D P計 算 D D = K D [ △ n ( k ) + △ n ( k 2 ) 2 △ n ( k ) ]計 算 △ D = D P + D I + D D△ n [ k 1 ] → △ n [ k 2 ] ， △ n [ k ] → △ n [ k 1 ]計 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 ? 的移相只需對 39。? 定時即可，定時的起點規(guī)定為各自然換相點，然后再根據(jù)段標號 S 來確定要觸發(fā)的晶閘管。這樣，最大定時時間為 （對應(yīng) 60176。），各相觸發(fā)脈沖的延時在時間上不會重疊。定時器的預(yù)置時間常數(shù) TD上 39。? 之間的關(guān)系為： 廣西大學畢業(yè)設(shè)計 單片機在糖廠直流調(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器延時角 39。? 計算流程圖如圖 48。 是 自 然 換 相 點 嗎讀 狀 態(tài) S 1 S 2 S 3 及 標 號 S時 間 到定 時 器 延 時 角 α 39。 = α 6 0 * s ?按 可 控 硅 觸 發(fā) 字 碼 表 與 邏 輯 判 斷 信 號 觸 發(fā) 相 應(yīng) 可 控 硅YNYN 圖 48 移相角計算流程圖 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)計中，通常采用仿真設(shè)計，仿真設(shè)計包括軟件仿真和硬件仿真。仿真軟件設(shè)計通常建立好系統(tǒng)模型，然后用軟件或軟件工具描 述系統(tǒng)的狀態(tài)，以達到研究、設(shè)計的目的。物理仿真常采用與實際系統(tǒng)相類似的物理模型進行研究。軟件仿真往往只要有一臺計算機，編寫相應(yīng)的程序或利用相關(guān)的仿真軟件即可達到目的。 在這一節(jié)中，采用美國 Mathworks 公司的 MATLAB 軟件中的 SIMULINK 仿真工具來進行糖分離機數(shù)字雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真與設(shè)計。 MATLAB 是一種面向科學與工程計算的高級語言，這集科學計算、自動控制、信號處理、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)計問題變得簡單了 ，它為控制系統(tǒng)的設(shè)廣西大學畢業(yè)設(shè)計 單片機在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 32 計和仿真提供了強有力的工具，必將使傳統(tǒng)的方法產(chǎn)生一場變革。由于該軟件具有容易使用和豐富的控制理論等特點，已經(jīng)成為國際控制領(lǐng)域內(nèi)最流行的控制系統(tǒng)的計算機輔助設(shè)計軟件。 SIMULINK 是 MATLAB 軟件的擴展。它主要用與動態(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 軟件對直流電機雙閉環(huán)控制系統(tǒng)進行分析和CAD，利用仿真的數(shù)據(jù)可用實際系統(tǒng)的設(shè)計。 在本節(jié)，首 先要建立糖分離機數(shù)字全閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學模型，建立系統(tǒng)動態(tài)結(jié)構(gòu)圖，然后用 SIMULINK 進行仿真分析。在控制方法上，分別采用 PID 和智能 PID神經(jīng)元參數(shù)自學習 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)器的動態(tài)參數(shù)，然后利用 SIMULINK 來防真系統(tǒng)的動態(tài)特性。 電流調(diào)節(jié)器簡化圖如圖 49 所示： 圖 49 電流調(diào)節(jié)器簡化方塊圖 經(jīng)過 MATLAB 計算， 電流環(huán) 可 簡化 成 如圖 410 所示： 圖 410 電流環(huán)化簡方快圖 同樣，速度環(huán)可簡化成如圖 411 所示： 廣西大學畢業(yè)設(shè)計 單片機在糖廠直流調(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)較好的動態(tài)特性，其動態(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。 廣西大學畢業(yè)設(shè)計 單片機在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 34 第五章 總結(jié) 本文在對雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計一種基于 ATmega單片機控制的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)計中采用 ATmega16 做主機， ATmega8做從機，實現(xiàn)對電流、電壓 及轉(zhuǎn) 速 檢測 ，對速度實時調(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 功能實現(xiàn)人機交流。 在軟件設(shè)計中運用 C語言編寫軟件程序，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)計使我的知識體系得到了豐富與彌補，例如：對雙雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和電力拖動有了比較 深入的了解，自學了 AVR 單片機的知識，初步學會了電路板的觀察和焊接，還初步學會了使用 Protel軟件繪制電路圖。 本課題的研究涉及電子學，運動控制，計算機軟硬件，電機學與電力拖動等諸多知識，但本人學識有限，時間緊湊，本課題的研究還存在許多問題，敬請批評指正。 廣西大學畢業(yè)設(shè)計 單片機在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 35 主要參考文獻： [1] 馬潮 . 《 ATmega8 原理及其應(yīng)用手冊》清華大學出版社 20xx 年 [2] Intel公司 《 Intel外圍器件系列手冊之二》上?？茖W普及出版社 1994 [3] 孫涵芳 《 Intel16 位單片機》 北京航空航天大學出版社 1995 年 [4] 陳汝全 《電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊》北京理工大學出版社 1991 年 [5] 潘新民、王燕芳 《單片機微型計算機實用系統(tǒng)設(shè)計》 人民郵電出版社 1992 年 [6] 鄭瓊林、耿文學 《電力電子電路精選》電子工業(yè)出版社 1990 年 [7] 王慶林 《無功功率快速補償裝置設(shè)計探討》 第二版 1993 年 [8] 蘇文成 《工廠供電》 陜西機械學院 [9] 喬忠良 . 《全數(shù)字直流調(diào)速裝置及工程應(yīng)用》 .太原理 工大學學報， 20xx [10]姜孝華，張光昭 . 《數(shù)字式直流傳動系統(tǒng)的專家智能控制》 .電氣傳動自動化， 1999 02 [11]黃俊 《半導體變流技術(shù)》 .機械工業(yè)出版社 1980 [12]侯崇升 《 現(xiàn)代調(diào)速控制系統(tǒng) 》 機械工業(yè)出版社 20xx [13]張克彥 《 AVR 單片機實用程序設(shè)計》 北京航空航天大學出版社 20xx [14]陳伯時 《 電力拖動自動控制系統(tǒng) .北京 》 機械工業(yè)出版社， 1991 [15]張世銘 《 直流調(diào)速系統(tǒng) 》 武漢：華中理工大學出版社， 1988 [16] 李友善 《 自動控制原理 》 北 京：國防工業(yè)出版社， 1987 [17] 王曉蘭，王慧中 《 單片機控制的直流 PWM 傳動系統(tǒng) 》 電氣傳動自動化， 1997， 19(3)： 9～ 13 廣西大學畢業(yè)設(shè)計 單片機在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 36 致 謝 衷心感謝海濤老師一個學期來的關(guān)心教導。在整個畢業(yè)設(shè)計過程中，海老師對我們悉心指導和嚴格要求 ,用他豐富的實際產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗 ,教導我們?nèi)绾稳シ治鰡栴}，解決問題。并為我們提供了 3 周的實習時間，再那兒，我學到了許多在書本上學不到的東西。通過這次課題的設(shè)計 ,我收獲頗多 ,獲得了許多寶貴的經(jīng)驗。 還有和我在一個工作室里的師兄師姐們，都給了我很多的支持和幫助。在 此，謹向他們表示誠摯的謝意！ 這次設(shè)計不僅讓我學習了如何去設(shè)計開發(fā)一個完整的系統(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)計才得以順利完成。在此，感謝所有幫助過我的老師、同學、朋友！