【導(dǎo)讀】節(jié)，從而控制其輸入信號(hào)波形等均作了詳細(xì)的闡述。另外，本系統(tǒng)中使用了光電編碼器對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)。片機(jī)進(jìn)行PI運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流電機(jī)速度的控制。細(xì)介紹了PI運(yùn)算程序，初始化程序等的編寫思路和具體的程序?qū)崿F(xiàn)。本系統(tǒng)利用MCS-51系列單片機(jī)，通過(guò)PWM方式控制直流電機(jī)調(diào)速的方法。沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同。的脈沖，用這些脈沖來(lái)代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的規(guī)則對(duì)各脈沖。的寬度進(jìn)行調(diào)制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。約，在上世紀(jì)80年代以前一直未能實(shí)現(xiàn)。型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展，PWM控制技術(shù)才真正得到應(yīng)用。制理論、非線性系統(tǒng)控制思想的應(yīng)用，PWM控制技術(shù)獲得了空前的發(fā)展。前為止，已經(jīng)出現(xiàn)了多種PWM控制技術(shù)。術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點(diǎn)。為PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。文章中采用了專門的芯片組成了PWM信號(hào)的發(fā)生系統(tǒng)，然后通

　　

【正文】 char i。 i++。 if(i=1000) { TR0=0。 IE0=1。 i=0。 n=60*date/z。 date=0。 display()。 TR0=1。 } ) void extra() interrupt 1//外部低電平中斷，優(yōu)先級(jí)低 ( date++。 ) 第四節(jié) 故障保護(hù)程序設(shè)計(jì) 程序：故障保護(hù) 實(shí)時(shí)采集各路電壓信號(hào)，并利用電壓比較器將比較后得電壓信號(hào)采集到 單片機(jī)中故障綜合部分用加入與非芯片，實(shí)現(xiàn)線與的功能，同時(shí)利用外部中斷，一旦線與值出現(xiàn)低電平，觸發(fā)外部中斷，則在中斷程序中利用 0809 采集四路電壓信基于單片機(jī)的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 29 號(hào)并與設(shè)定值比較，匹配時(shí)轉(zhuǎn)到相應(yīng)處理部分 //啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換函數(shù)： StartADC() void StartADC(uchar Address) { PinC = (bit) (Address amp。 0x04)。 PinB = (bit) (Address amp。 0x02)。 PinA = (bit) (Address amp。 0x01)。 PinSTART = 0。 } //等待 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束函數(shù)： WaitADCEnd() void WaitADCEnd(void) { while(!PinEOC) 。 } //讀取 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)函數(shù)： ReadData() uint ReadData(void) { uint temp。 WaitADCEnd()。 PinOE = 0。 nNop(2)。 temp = PinData amp。 0xff。 return(temp)。 } void InitIO() { PinData = 0xff。 PinA = 0。 基于單片機(jī)的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 30 PinB = 0。 PinC = 0。 PinSTART = 0。 PinOE = 0。 PinEOC = 1。 } void chuli() { uint temp。 InitIO()。 while(1) { for(i=0。i4。i++) { StartADC(4)。 temp[i] = ReadData()。 } } } void display() { 。 } //數(shù)據(jù)送液晶顯示器顯示 流程圖如圖 所示 基于單片機(jī)的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 31 電壓檢測(cè)高 ? 進(jìn)入中斷 給脈沖，開 IGBT 并顯示故障類型 主電路電流值高 ? 關(guān)觸發(fā)脈沖，自由停車 并顯示故障類型 電樞電流值高 ? 關(guān)觸發(fā)脈沖，自由停車并 顯示故障類型 溫度過(guò)高？ 關(guān)觸發(fā)脈沖，自由停車并顯示故障類型 中斷返回 Y Y Y N Y N N N 圖 故障保護(hù)程序流程圖 基于單片機(jī)的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 32 第三章 系統(tǒng) MATLAB仿真 本次系統(tǒng)仿真采用控制系統(tǒng)仿真軟件 ，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 前 一種方法。 第一節(jié) 系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置 直流電動(dòng)機(jī)的數(shù)學(xué)模型 在本設(shè)計(jì)中討論的是直流電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)恒轉(zhuǎn)巨負(fù)載的自動(dòng)控制系統(tǒng)，直流電動(dòng)機(jī)本身是一個(gè)電 磁相互作用的非線性系統(tǒng)，在這里將其近似為一個(gè)線性系統(tǒng)，得到直流電動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù)為： 120()() 1() ed l m mCnsd Us T T S T SWs ????? 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(duì)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(gè)環(huán)節(jié)，在求取轉(zhuǎn)速環(huán)的傳遞函數(shù)，由于檢測(cè)信號(hào)中含有交流分量或其他高頻干擾。故對(duì)轉(zhuǎn)速電流信號(hào)均經(jīng)過(guò) T 型濾波，再加到調(diào)節(jié)器的輸入端，為了補(bǔ)償這些濾波環(huán)節(jié)帶來(lái)的慣性作用，在給定信號(hào)中也加入一個(gè)相同時(shí)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(jī)電時(shí)間常數(shù) mT 遠(yuǎn)大于電磁時(shí)間常數(shù) lT ，反電動(dòng)勢(shì) E 的變化過(guò)程相對(duì)緩慢，因此在電流環(huán)中，可忽視反電動(dòng)勢(shì)的影響，又由于 ST 和 oiT 比 lT 小得多，可以當(dāng)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(dòng)態(tài)過(guò)程中不超過(guò)允許值，因而在土家控制作用時(shí)不希望有超調(diào)，而且當(dāng) / 10l iTT?? 時(shí)，典型 ? 型系統(tǒng)的抗恢復(fù)時(shí)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(duì)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 =Ki isis?? ?。 故電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為 ( 1 )( 1 ) 211()1K iS T iSK i iS T iSdi 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(jī)的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 33 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(shí)間常數(shù)為 T 和 2 IT? 的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合并起來(lái)，形成一個(gè)時(shí)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(wú)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(dòng)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 Kn ? ? ?? 。 建立仿真模型 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 如圖 ： 圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)模型 第二節(jié) 仿真結(jié)果 n u m ( s )0 . 0 0 2 7 8 sT r a n s f e r F 9n u m ( s )0 . 0 2 7 s + 1T r a n s f e r F 810 . 1 2 9T r a n s f e r F 71 . 80 . 2 0 1 5 sT r a n s f e r F 610 . 0 0 0 5 s + 1T r a n s f e r F 510 . 0 0 1 s + 1T r a n s f e r F 41 4 . 40 . 0 0 0 5 s + 1T r a n s f e r F 31 / 1 . 80 . 0 0 2 7 8 s + 1T r a n s f e r F 20 . 0 0 5 9 20 . 0 0 1 7 s + 1T r a n s f e r F 110 . 0 0 1 s + 1T r a n s f e r F S t e p 1S t e pS co p e 1S co p eS a t u r a t i o n 1S a t u r a t i o n1G a i n 基于單片機(jī)的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 34 仿真波形如圖 所示 圖 仿真波形 如圖 所示，在電流上升階段，由于電動(dòng)機(jī)機(jī)械慣性較大，不能立即啟動(dòng)。此時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 飽和，電流調(diào)節(jié)器 ACR 起主要作用。轉(zhuǎn)速一直上升。當(dāng)?shù)竭_(dá)恒流升速階段時(shí)， ASR 一直處于飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不起 調(diào)節(jié)作用，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)為恒值電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因此，系統(tǒng)的加速度為恒值，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速呈線性增長(zhǎng)直至給定轉(zhuǎn)速。使系統(tǒng)在最短時(shí)間內(nèi)完成啟動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到額定轉(zhuǎn)速時(shí)， ASR 的輸入偏差為 0，但其輸出由于積分作用仍然保持限幅值，這時(shí)電流也保持為最大值，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，出現(xiàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后， nU? 極性發(fā)生了變化， 0nU??，則 ASR推出飽和。其輸出電壓立即從限幅值下降，主電流也隨之下降。此后，電動(dòng)機(jī)在負(fù)載的阻力作用 下減速，轉(zhuǎn)速在出現(xiàn)一些小的振蕩后很快趨于穩(wěn)定。當(dāng)突加給定負(fù)載時(shí)，由于負(fù)載加大，因此轉(zhuǎn)速有所下降，此時(shí)經(jīng)過(guò) ASR 和 ACR 的調(diào)節(jié)作用后，轉(zhuǎn)速又恢復(fù)為先前的給定值，反映了系統(tǒng)的抗負(fù)載能力很強(qiáng)。 基于單片機(jī)的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 35 結(jié)論 本文所述的直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是以低價(jià)位的單片微機(jī) 8051 為核心的，而通過(guò)單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)整又有多種途徑，相對(duì)于其他用硬件或者硬件與軟件相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)整，采用 PWM軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的調(diào)速過(guò)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(jī)的效能，對(duì)于簡(jiǎn)易速度控制系統(tǒng)的 實(shí)現(xiàn)提供了一種有效的途徑。而在軟件方面，采用 PI 算法來(lái)確定閉環(huán)控制的補(bǔ)償量也是由數(shù)字電路組成的直流電機(jī)閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)所不能及的。曾經(jīng)也試過(guò)用單片機(jī)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(jī)的壓力大大減小，程序中有充足的時(shí)間進(jìn)行閉環(huán)控制的測(cè)控和計(jì)算，使得軟件的運(yùn)行更為合理可靠。 因?yàn)楸鞠到y(tǒng)采用了雙閉環(huán)系統(tǒng)，所以系統(tǒng)能夠通過(guò)兩個(gè)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器進(jìn)行自動(dòng)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(wú)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(yùn)行，以保證滿足更嚴(yán)格的生產(chǎn)要求。 基于單片機(jī)的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 36 總結(jié) 通過(guò) 這段時(shí)間 的課程設(shè)計(jì)，我 覺(jué)得我 學(xué)到了許多東西，不僅鞏固了以前所學(xué)的知識(shí)，而且還學(xué)到了許多在課本上不能學(xué)到的東西。 。 。 參考文獻(xiàn) [1] 陳伯時(shí)主編 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) — 運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（ 第 3 版 ） 機(jī)械工業(yè)出版社 2021 [2] 王兆安，黃俊主編 電力電子技術(shù)（ 第 4 版 ） 北京：機(jī)械工業(yè)出版社 2021 [3] 任彥碩主編 自動(dòng)控制原理 機(jī)械工業(yè)出 版社 2021 [4] 李榮生主編 電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo) 機(jī)械工業(yè)出版社 [5] 吳守箴，臧英杰 編著 電氣傳動(dòng)的脈寬調(diào)制控制技術(shù) 機(jī)械工業(yè)出版社 基于單片機(jī)的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 37 [6］孟慶春 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) 沈陽(yáng)：東北大學(xué)出版社 [7] 沈文， Eagle lee 詹衛(wèi)前 AVR 單片機(jī) —— C 語(yǔ)言開發(fā)入門指導(dǎo) . 2021 [8] 萬(wàn)福君 潘松峰 單片微機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 (第二 版 ) 2021 [9] 李仁定 電機(jī)的微機(jī)控制 機(jī)械工業(yè)出版社 2021 [10] 周淵深 交直流調(diào)速系統(tǒng)與 MATLAB 仿真 中國(guó)電力出版社 2021