【正文】 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992[18]Leonard Bobrow。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992[16]邵丙衡。北京：清華大學(xué)出版社，1982[14]黃柯棣。北京：中央廣播電視大學(xué)出版社，1984[12]楊興姚。單片機(jī)原理及其接口技術(shù)[M]。[9]教育部高等教育司，北京市教育委員會(huì)。上海：復(fù)旦大學(xué)出版社，1994。微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù)[M]。[5]周淵深。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003。單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]。參考文獻(xiàn)[1]陳伯石。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)。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。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)的故障檢測和保護(hù)，使故障檢測更加全面和高效，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。本設(shè)計(jì)最后通過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。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)。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)。下面分析一下仿真的結(jié)果。本系統(tǒng)選擇的仿真算法為ode23tb，仿真Start time設(shè)為0，Stop 。本次系統(tǒng)仿真采用后一種方法。轉(zhuǎn)速計(jì)算由速度環(huán)子程序完成。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單，它完成A/D數(shù)據(jù)讀入操作。在這一組軟件框圖中，測速軟件僅完成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。若用計(jì)算機(jī)軟件來實(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。（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。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。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。本次設(shè)計(jì)采用中值平均濾波。 數(shù)字濾波器程序設(shè)計(jì)在檢測得到的轉(zhuǎn)速信號(hào)中，不可避免地要混入一些干擾信號(hào)。為了安全起見，常須對(duì)調(diào)節(jié)器的輸出實(shí)行限幅。將上式離散化成差分方程，其第k拍輸出為 （63）其中，Tsam為采樣周期。 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)流程圖圖61 主程序流程圖如圖61所示的主程序流程圖，它完成主程序完成系統(tǒng)的各種功能初始化操作，包括8031的片內(nèi)I/O寄存器、各種狀態(tài)和標(biāo)志位、各個(gè)控制數(shù)據(jù)等的初始化，然后循環(huán)定時(shí)執(zhí)行速度環(huán)和電流環(huán)的計(jì)算，并完成鍵盤輸入、顯示掃描等各種功能。圖512數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)框圖圖513速度環(huán)被控對(duì)象結(jié)構(gòu)圖由圖512可得到系統(tǒng)閉環(huán)脈沖傳遞函數(shù)為因而得到系統(tǒng)特征方程為z4 – z3 + z2 – + = 0 （532）利用計(jì)算機(jī)求解式()得到的根為z1,2 = 177。min/r 。對(duì)于單輸入系統(tǒng)，R為常數(shù)，選R=1，把以上四參數(shù)代入式（）。圖58速度環(huán)被控對(duì)象結(jié)構(gòu)圖設(shè)狀態(tài)量: y=x1=n x2 =Id x3= Ugi則有:相應(yīng)狀態(tài)方程為:其中:把A,B代入式(521)得 [B ┊AB┊A2B] = 它的秩為3, 因而此狀態(tài)方程有解,即系統(tǒng)能控。將式(524)改寫為P（A BR1BTP）+（A BR1BTP）TP = （PBR1BTP）Q （525） 先給定一個(gè)初值P0，代入公式(525)，求出新值P1，不斷迭代，直到P0 和P1幾乎相等為止，即其中E為迭代偏差，其程序框圖如圖57所示。若給定為一般定常線性系統(tǒng),其狀態(tài)方程為: （519）其中A為nn常陣，B為nm常陣，試確定使性能指標(biāo)最優(yōu)泛函為 （520）的控制規(guī)律U*(t)。因此，系統(tǒng)速度閉環(huán)時(shí)其初始條件不為零，而按二、三階最佳工程設(shè)計(jì)是以頻率法為基礎(chǔ)，傳遞函數(shù)為工具，零初始條件為前提的，因而按二、三階最佳來設(shè)計(jì)速度調(diào)節(jié)器就成問題。 z3= z4 = 從而可知z1 、z2 、zz4S四個(gè)根的絕對(duì)值均小于1,它們都在單位圓內(nèi),因此電流環(huán)是穩(wěn)定的。令電流調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為 (511)根據(jù)二階最佳工程設(shè)計(jì)方法，則有τi = 2KTε= 2 = (s)τD=TD = (s)這樣可得:令K0=,K,=,則有DLT(s)=K0 + K’/s (512)式（512）是一個(gè)PI調(diào)節(jié)器,可以導(dǎo)出離散化方程和差分方程:離散化方程: (513)差分方程: Ck =Ck1+(K1+K2)ekK1ek1 （514）其中, K1 = K0K,TLT == K2 = K,TLT = = 這里設(shè)電流環(huán)采樣周期TLT = 。,則KLF = ,其傳遞函數(shù)為 （59）注意到T SCR和TLF都很小，可以把他看成是小慣性群，即Tε=T SCR+TLF = + = (s)。因此，可以認(rèn)為反電勢(shì)對(duì)電流產(chǎn)生的影響很小，令△E=0，則圖53通過結(jié)構(gòu)圖變換，簡化為圖 54。（dn/dt） = TmdE/ Rεdt (54) 對(duì)式(54) 取拉式變換得 E(s) Rε（ ID IF）(s) Tm s (55)n = E/Ce (56)其中，M為電動(dòng)機(jī)電磁力矩；MFZ為電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩；IFZ為電動(dòng)機(jī)負(fù)載電流；n為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；Cμ為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩常數(shù)；Ce為電動(dòng)機(jī)電勢(shì)常數(shù)；GD2為拖動(dòng)系統(tǒng)整個(gè)運(yùn)動(dòng)部分折算到電動(dòng)機(jī)軸上的飛輪慣量；Tm=（GD2 Rε）/（375CμCe）為拖動(dòng)系統(tǒng)機(jī)電時(shí)間常數(shù)。原始數(shù)據(jù)：直流電動(dòng)機(jī)D的銘牌數(shù)據(jù)：型號(hào)Z232型，額定電壓220V，,額定轉(zhuǎn)速1000r/min, 勵(lì)磁電壓220V,運(yùn)轉(zhuǎn)方式連續(xù)。此同步電路是由LM339構(gòu)成的過零比較器電路和一個(gè)光電耦合器及一個(gè)反相器組成的。然后延時(shí)50μs，～，從而輸出寬度為50μs的觸發(fā)脈沖。綜上所述，本系統(tǒng)的速度測量采用數(shù)字M/T法測速。3：M/T法測速把M法和T法結(jié)合起來，既檢測Tc時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)M1，有檢測同一時(shí)間間隔的高頻時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)M2，用來計(jì)算轉(zhuǎn)速，稱作M/T法測速。2：T法測速。電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)一圈共產(chǎn)生Z個(gè)脈沖（Z=倍頻系數(shù)編碼光柵數(shù)），把f1除以Z就得到電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。采用旋轉(zhuǎn)編碼器的數(shù)字測速方法有三種：M法、T法和M/T法。正轉(zhuǎn)時(shí)A相超前B相；反轉(zhuǎn)時(shí)B相超前A相。增量式編碼器在碼盤上均勻地刻制一定數(shù)量的光柵，如圖45所示，當(dāng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，碼盤隨之一起轉(zhuǎn)動(dòng)。光電式旋轉(zhuǎn)編碼器是轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角的檢測元件，旋轉(zhuǎn)編碼器與電動(dòng)機(jī)相連，當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)碼盤旋轉(zhuǎn)，便發(fā)出轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)角信號(hào)。 速度測量速度檢測有模擬和數(shù)字兩種檢測方法。在調(diào)整速度給定值時(shí)，可按下速度給定顯示鍵。A/D轉(zhuǎn)換完成，產(chǎn)生EOC脈沖和中斷。另外利用一片74LS374的多余輸出線，外接兩個(gè)LED發(fā)光管，一個(gè)用于顯示工作正常與否，它每隔1秒閃亮一次；另一個(gè)用于顯示是否處于運(yùn)行狀態(tài)。主時(shí)鐘頻率為12MHz，大部分指令周期只需1μs，乘除指令也僅需4μs。對(duì)于快速性和控制精度要求較低的調(diào)速系統(tǒng)，可選用高性能8位單片機(jī)，如Inter的MCS51或者M(jìn)otorola的M68HC0M68HC11，其中后者有16位運(yùn)算功能，并有片內(nèi)8位高速A/D和16位多功能定時(shí)器系統(tǒng)，還有Watchdog等各種其他外用功能，非常適合于調(diào)速控制系統(tǒng)。每當(dāng)觸發(fā)時(shí)間到，按指針從表中取出一個(gè)數(shù)據(jù)從單片機(jī)的I/O口輸出，經(jīng)光電隔離去觸發(fā)晶閘管。由于一般均用時(shí)間值來表示α，所以還需要對(duì)α轉(zhuǎn)換成時(shí)間值Tα。而根據(jù)式（43）可知，如果控制角α與控制輸出uk為線性關(guān)系，則輸出電壓ud與控制輸出Uk之間為非線性關(guān)系（余弦關(guān)系），這是我們所不希望的。觸發(fā)間距時(shí)間TΔ可表示為： TΔ=TαkTαk1+T60 （41）為了避免觸發(fā)錯(cuò)誤，必須加入同步校正。在穩(wěn)定情況下，Δ=600。對(duì)于單相電路，均使用絕對(duì)觸發(fā)方式。對(duì)三相全控橋式整流電路，在交流電的一個(gè)周期內(nèi)需要6個(gè)（或者3個(gè)）基準(zhǔn)點(diǎn)。取線電壓Uac從負(fù)半波的過零點(diǎn)G（t1）作為同步基準(zhǔn)點(diǎn)，則應(yīng)觸發(fā)導(dǎo)通的第一對(duì)晶閘管為SCR1 、SCR6，根據(jù)波形圖可分析出各晶閘管的觸發(fā)時(shí)刻（對(duì)應(yīng)于控制角α=00）及觸發(fā)順序如圖43所示。 圖41 三相全控橋式整流電路 圖42 三相電壓曲線三相全控橋式整流電路共有六個(gè)晶閘管，它們分為共陰極和共陽極兩組。RPL 為與電動(dòng)機(jī)配套的磁場變阻器，用來調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流。== mH實(shí)際所需的均衡電感量為：如果均衡電流經(jīng)過變壓器兩相繞組，計(jì)算時(shí)，應(yīng)代入2。本設(shè)計(jì)中取==230V、=、n=1000r/min、p=1==變壓器漏電感量（單位為mH）可按下式計(jì)算式中?。?jì)算系數(shù)，查表可得　　?。儔浩鞯亩搪繁?，一般取5～10。因此，應(yīng)在直流側(cè)串入平波電抗器，用來限制輸出電流的脈動(dòng)量。式中 －與整流電路形式有關(guān)的系數(shù)，可由表查得；－最小負(fù)載電流，常取電動(dòng)機(jī)額定電流的5％～10％計(jì)算。所以為了防止和，每個(gè)橋臂上串聯(lián)一個(gè)30μH的電感。產(chǎn)生過大的原因，一般有：晶閘管導(dǎo)通時(shí)，與晶閘管并聯(lián)的阻容保護(hù)中的電容突然向晶閘管放電；交流電源通過晶閘管向直流側(cè)保護(hù)電容充電；直流側(cè)負(fù)載突然短路等等。造成電壓上升率過大的原因一般有兩點(diǎn)：由電網(wǎng)侵入的過電壓；由于晶閘管換相時(shí)相當(dāng)于線電壓短路，換相結(jié)束后線電壓有升高，每一次換相都可能造成過大。1） 交流側(cè)快速熔斷器的選擇I2= 選取RLS10快速熔斷器，熔體額定電流6A。允許偏差+10％（484V）。2）直流側(cè)過電壓保護(hù)直流側(cè)保護(hù)可采用與交流側(cè)保護(hù)相同保護(hù)相同的方法，可采用阻容保護(hù)和壓敏電阻保護(hù)。錯(cuò)誤