【正文】 正是有大家的支持，我的設(shè)計才得以順利完成。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。 本課題的研究涉及電子學(xué)，運動控制，計算機軟硬件，電機學(xué)與電力拖動等諸多知識，但本人學(xué)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。 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。 下面 是 參考其他文獻(xiàn)的 仿真 結(jié)果。 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(jìn)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。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。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(dá)到目的。 是 自 然 換 相 點 嗎讀 狀 態(tài) S 1 S 2 S 3 及 標(biāo) 號 S時 間 到定 時 器 延 時 角 α 39。定時器的預(yù)置時間常數(shù) TD上 39。? +120， 廣西大學(xué)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?！?? ≤ 180176?！?? ≤ 60176。在移相控制時，將 0176。給定控制角在 0176。則內(nèi)部定時器最大 不能超過 60176。晶閘管處于逆變狀態(tài)。 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。若按取消鍵，則此轉(zhuǎn)速信號取消，LED 上顯示“ n”此時可重新鍵入轉(zhuǎn)速信號。 廣西大學(xué)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 27 開 始系 統(tǒng) E P R O M 自 檢開 中 斷 ， 顯 示 P顯 示 器 檢 驗初 始 化啟 動 模 塊進(jìn) 停 車 處理 模 塊啟 動 模 塊停 車 處 理NYNY 圖 45 主程序流圖 顯示器檢驗：通過將 LED 所有的數(shù)碼管全部熄滅 一段時間后，又將全部數(shù)碼管點亮一段時間，以檢驗數(shù)碼管是否正常工作。電機控制方式切換時轉(zhuǎn)速值的確定，主要是根據(jù)控制功能的正確實現(xiàn)和控制的快速性而決定。 采用 軟件濾波方式。針對干擾對系統(tǒng)軟件的影響，控制器軟件編程時從減少沖擊、防止程序跑飛等方面給出抗干擾措施。 廣西大學(xué)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 26 軟件抗干擾措施 ： 盡管采取了硬件抗干擾措施，但由于干擾信號產(chǎn)生的原因很復(fù)雜，且具有很大的隨機性，難免保證系 統(tǒng)完全不受干擾。其原因如下： (1) 光電藕合器的阻抗很小，一般為 100歐到 1000歐之間，而干擾源的內(nèi)阻卻很大，通常為 105～ 109歐，因此干擾源在光電藕合器輸入端的分壓很小。 單片機輸出的電路經(jīng)過特殊處理克服了抖動等現(xiàn)象。 單片機系統(tǒng)中的主要抗干擾手段，一般分為硬件抗干擾和軟件抗干擾。 如圖 35 所示。為了使器件能夠可靠地長期運行，必須針對過電壓和過電流發(fā)生的原因采用恰當(dāng)?shù)谋Ｗo措施。單片機模塊還有鍵盤、顯示功能，主要完成觸發(fā)脈沖信號傳送與顯示結(jié)果，實現(xiàn)人機交流。再通過軟件計算得到發(fā)電機的運行工況、 電壓 系統(tǒng)參數(shù)、調(diào)節(jié)器輸出參數(shù) 等全部信息。 這樣組成的雙閉環(huán)系統(tǒng)，在突加給定的過渡過程中表現(xiàn)為一個恒值電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在穩(wěn)態(tài)和接近穩(wěn)態(tài)運行中又表現(xiàn)為無靜差調(diào)速系統(tǒng)。 計算機控制單元自 動 控 制顯 示傳 感 器信 號控 制 接 口工 作 參 數(shù)設(shè) 定系 統(tǒng) 保 護報 警邏 輯 控 制接 口計 算 機 控 制的 雙 閉 環(huán) 直流 調(diào) 速 系 統(tǒng)電 機輔 助 控 制電 磁 閥 組執(zhí) 行機 構(gòu)分 離 機圖 41 雙閉環(huán)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成的糖分離機系統(tǒng)原理圖 本系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)的控制結(jié)構(gòu)，其原理框圖如圖 42所示。 對 三 相橋式電路 ， 常取 5ms7ms。 如果有 電 樞電流，檢測器輸出為 0，無電樞電流，檢測器輸出為 1，二 極管 D可負(fù) 向 限幅如圖 36所示。因此輸出只有高電平和低電平兩種狀態(tài)。 導(dǎo)通，當(dāng) T1元件觸發(fā)電路輸出一個脈沖，同時給 T6補送一個脈沖。) ，只供給相對應(yīng)的晶閘管元件。所以，在偏移電壓 up一定的情況下，改變控制電壓 ku 即能改變控制角α 的大小，達(dá)到觸發(fā)移相的目的。 表 1 晶閘管三相全控橋中晶閘管的同步信號電壓 被觸發(fā)的晶閘管 T1 T2 T3 T4 T5 T6 主回路電壓 +Ua Uc +Ub Ua +Uc Ub 同步信號電壓 uTa +uTc uTb +uTa uTc +uTb 同步電壓經(jīng)過電壓比較器變成 180176。 同步脈沖產(chǎn)生電路作用是： 1）檢測電源電壓過零狀態(tài)，供單片機分配脈沖和控制用； 2）產(chǎn)生同步中斷脈沖，即在電源每相電壓 過零時向單片機申請中斷，使單片機的觸發(fā)操作與電源同步，單片機中斷后，改變定時器初值，然后再根據(jù)控制角的分區(qū)和電源狀態(tài)，定時定相觸發(fā)脈沖。000amp。 左右。電平檢測電路又可分為 ： 零電流檢測器和轉(zhuǎn)矩極性鑒別器。此電流 調(diào)節(jié) 器采 用 限幅形式，在 +10V (? = 0o)以 上 和 0V(? =180o)以 下 限幅，輸出不變化 。 下 面 主 要分析電流檢測電路及電流調(diào) 節(jié) 器。 其通過雙同軸 電纜 將其連 接 到調(diào) 節(jié) 板 上 做為速度反饋信 號。 一、 速度環(huán)分析 速度環(huán)是雙閉環(huán) 直 流調(diào)速系統(tǒng)的外環(huán) ， 它 主 要包括測速裝置、速 度 調(diào) 節(jié)器 直 流 電動 機 。當(dāng) KI較 大 ，積分作用強，這時系統(tǒng)過渡時間中也可能產(chǎn)生振蕩，且會使動態(tài)性能變差，不過消除偏差所需的時間較短 。 在模擬系統(tǒng)中， PID算法的表達(dá)式為 : 廣西大學(xué)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 15 ? ??? ]/)()(/1)([)( dttdeTdtteTteKtP Dp ? 32 式中 IpI TKK /? DpD TKK ? P(t) — 調(diào)節(jié)器的輸出信號 Kp— 調(diào)節(jié)器的比例系數(shù) TI — 調(diào)節(jié)器的積分時間 TD— 調(diào)節(jié)器的微分時間 PID 中 ， KI, KP , KD系數(shù)作用如 下： (1)比例系數(shù) KP越大 ， 則過渡過程 越 快 ， 控制結(jié)果的穩(wěn)態(tài)偏差也越小，但KP越大，也容易產(chǎn)生振蕩。 PID調(diào)節(jié)器 的實質(zhì)就是根據(jù) 輸 入的偏 差值 ，按比例、積分、微分的函 數(shù) 關(guān)系進(jìn) 行運算， 其 運 算結(jié) 果用以輸出控制 。 也就是說，在電網(wǎng)電壓變化時，在電動機轉(zhuǎn)速變化之前，電流的變化首先被抑制了。同樣道理，當(dāng)電動機負(fù)載 下 降，或交流電壓提高時，系統(tǒng)將按與上述相反過程進(jìn)行調(diào) 節(jié)， 最后仍能維持電動機轉(zhuǎn)速近似不變。 如果電動機負(fù)載或交流電壓發(fā)生變化或其它擾動，則經(jīng)過速度反饋后，系統(tǒng)能起到 自 動調(diào) 節(jié) 和穩(wěn)定 作用。用于串聯(lián)較正和改變系統(tǒng)靜態(tài)和動態(tài)特性以及綜合輸入和反饋信號 廣西大學(xué)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 13 A S R A CR電流檢測器速度檢測器U*n△ U UnfUn UifUi*Uk=ΠGTUdS D R三 相 電 源 圖 31 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)圖 上圖中， ASR代表速度調(diào) 節(jié) 器， ACR代表電流 調(diào)節(jié) 器， GT代表 晶閘管 觸發(fā)裝 置 , SDR代表 晶閘 管橋 組。當(dāng)控 制角〔 ? 〕 改變時， 三 相橋式全控整流電路輸出的平均電壓 (Ud)也隨之變化 。糖 分離機使 用 的 直 流 電動機工作在一、二象限。本章將簡單介紹 直 流調(diào)速原理和雙閉環(huán) 調(diào) 速 ， 然后就系統(tǒng)各組成部分，如速度環(huán)、電流環(huán)和晶 閘管脈沖觸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析，最后研究 雙閉環(huán)直 流 調(diào) 速系統(tǒng)實際運 行 效 果及 存在的 問題。 ATmega16 有如下特點 :16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程 Flash(具有同時讀寫的能力，即 RWW)， 512 字節(jié) EEPROM， 1K 字節(jié) SRAM， 32 個通用 I/O 口線， 32 廣西大學(xué)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 11 個通用工作寄存器，用于邊界掃描的 JTAG 接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，三個具有比較模式的靈活的定時器 / 計數(shù)器 (T/C),片內(nèi) /外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測器的通用串行接口， 8路 10位具有可選差分輸入級可編程增益 (TQFP 封裝 ) 的 ADC ，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，一個 SPI 串行端口，以及六個可以通過軟件進(jìn)行選擇的省電模式。 AVR 單片機硬件結(jié)構(gòu)采取 8 位機與 16 位機的折中策略，即采用局部寄存器存堆（ 32 個寄存器文件）和單體高速輸入 /輸出 的方案（即輸入捕獲寄存器、輸出比較匹配寄存器及相應(yīng)控制邏輯）。電力電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，使電網(wǎng)中諧波的含量大大增加，造成了電力系統(tǒng)的污染。由此可以得出，電網(wǎng)電壓的波動可以近似地認(rèn)為是無功功率的變化。 抑制諧波措施大致有以下幾種方法 ： 增加整流電路的相 數(shù)，可知諧波中最低次的頻率在不斷增高，其幅值也越來越小，能夠顯著減少諧波的影響 ； 在整流裝置輸入端使用 LC 濾波器進(jìn)行濾波 ； 減小控制角 ? 。對于廣西大學(xué)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 9 直流電動機負(fù)載，過大的交流分量會使電機的換相惡化和損耗增大，因此應(yīng)該在直流側(cè)串聯(lián)平波電抗器，使輸出電流的波形比較光滑。在整流情況下，電動機反電動勢 E 的極性與整流電壓 Ud的極性相反 。 通過改變晶閘管的控制角 ? ， 可以獲得 ? 2U? 的直流電壓。 三 相半控整流電路一般 只采用三個晶閘管，只需要三套觸發(fā)電路，不需要寬脈沖或雙脈沖觸發(fā)，因此在要求不高的場合中，可采用三相半控整流電路。 第二節(jié) 可控整流電路簡介 一、 三相橋式全控整流電路簡介 可控整流電路基本可分為單相可控整流電路、三相可控整流電路以及由此發(fā)展來的大功率 6相、 12 相整流電路等幾類。 當(dāng)晶閘管加反向陽極電壓時，其伏安特性與一般二極管的反向特性相似。 只是當(dāng) UA超過臨界極限即正向轉(zhuǎn)折電壓 UBO 時，則漏電流急劇上升，晶閘管由關(guān)斷變成導(dǎo)通。 二、 晶閘管的特性 晶閘管相當(dāng)于一個由門極電壓控制的無觸點單向開關(guān)。晶閘管一旦導(dǎo)通，門極就失去控制作用。由晶閘管構(gòu)成的整流電路可以在交流電壓不變的情況下，方便地調(diào)整輸出直流電壓的 大小，所以可控整流技術(shù)是實現(xiàn)從交流電源到直流可調(diào)電源 的理想方法 。由于絕大部分的系統(tǒng)構(gòu)件都在系統(tǒng)內(nèi)部，整個系統(tǒng)特別簡潔，不僅減小了系統(tǒng)的體積與功耗，而且極大提高了系統(tǒng)的可靠性和魯棒性。這樣， MCS51 系列單片機得以不斷被升級改造，先后經(jīng)歷了以 Philips 公司為代表的 MCU 時代、