【正文】 +5VGNDu18NORu19NOR1 2U14ASN74F04DGND+5VALED5Q1CK3Q2R4S6U13A4013IN026msb21212220IN12723192418IN22825826。中斷請求信號由 ADC0809 的 EOC 端接單片機 INT0 口輸入。另一方面，由于 ADC0809 無內(nèi)部時鐘，可利用單片機 ALE 管腳輸出時鐘信號經(jīng) D 觸發(fā)器二分頻之后送給ADC0809 的 CLK 管腳。 對于單片機與 ADC0809 的接口電路，我使用或非門電路與單片機相連接作為控制信號。多路開關可選通 8 個模擬通道，允許 8 路模擬量分時輸入，共用 A/D 轉換器進行轉換。 經(jīng)過資料搜尋，我決定采用 8 位 A/D 轉換器 ADC0809 來完成本次設計的A/D 轉換部分， ADC0809 是 8位逐次逼近型 A/D 轉換器。 穩(wěn)壓管 D16 的作用是使 AD620 電壓輸出低于 ADC0809 輸入最大值，防止造成芯片損壞。 AD620 的兩個內(nèi)部增益電阻為 kΩ ,因而增益方程式為 G = kΩ /Rg + 1 （ 33） 對于所需的增益 , 則外部控制電阻值為 Rg =（ G 1） kΩ AD620 構成的放大器及濾波電路如圖 32 所示。 C)特性。 AD620 是一款低成本、高精度儀表放大器，僅需要一個外部電阻來設置增益，增益范圍為 1 至 10,000?？?通過改變 RG 的大小來改變放大器的增益。如放大器增益的外接電阻調整、方便準確的量程切換、極性自動變換等。從而保證放大器輸出性能穩(wěn)定。 抗共模電壓干擾能力強。因此，一般對放大器有如下一些要求： 輸入 阻抗應遠大于信號源內(nèi)阻。 放大器的輸入信號一般是由傳感器輸出的。所以應該在電路中設置一對大的電解電容 濾除低頻噪聲 和一對普通小電容消除高頻干擾。為此，測量電路中常設有模擬放大環(huán)節(jié) 和濾波電路 。 應變片測量電橋在測量前使電橋平衡，從而使測量時電橋輸出電壓只與應變片感受的應變所引起的電阻變化有關 。 當忽略電源的內(nèi)阻時，由分壓原理有： ADABBDo uuuu ??? )( 43 421 1 RRRRR RE ???? ))(( 4321 4231 RRRRRRRRE ?? ??? （ 31） 當滿足條件 4231 RRRR ??? 時，即 3421 RRRR ? （ 32） ou =0，即電橋平衡。 它的兩只應變片和兩只電阻貼在彈性梁上，測量電阻隨重力變化導致彈性梁應變而產(chǎn)生的變化，電阻的變化使橋式測量電路的輸出電壓發(fā)生變化，即輸出電壓的變化反映出重力的變化，電路圖如圖 31所示。 重量信號的采集電路 本設計的測量電路采用最常見的橋式測量電路，用到的是電阻應變傳感器半橋式測量電路。但不足的是，它有頻率響應較低，不宜快速動態(tài)測控等缺點。傳感器的輸出信號強，電壓靈敏度一般每毫米的位移可達數(shù)百毫伏的輸出；線性度和重復性都比較好。 23 電感式傳感器是利用電磁感應把被測的物理量如位移，壓力，流量，振動等轉換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉換為電壓或電流的變化量輸出，實現(xiàn)非電量到電量的轉換。電容器傳感器的優(yōu)點是結構簡單 ,價格便宜，靈敏度高，零磁滯，真空兼容，過載能力強，動態(tài)響應特性良好和對高溫、輻射、強振等 惡劣條件的適應性強等。 它的缺點是對于大應變有較大的非線性、輸出信號較弱，但可采取一定的補償措施。 電阻應變式傳感器是將非電量的變化轉換成與之有一定關系的電阻值變化，其結構簡單， 精度高，測量范圍廣 ,壽命長 ,結構簡單，頻響特性好，能在惡劣條件下工作，易于實現(xiàn)小型化、整體化和品種多樣化等 。 要達到設計的性能要求，傳感器的精度起著決定性作用。然后將放大后的電壓經(jīng)過模數(shù)轉換后送到單片機中進行數(shù)據(jù)分析處理，通過編程達到自動控制的目的。 22 第 3 章 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)硬件電路設計 本章作為整個設計最主要的一章，分析了整個系統(tǒng)的硬件選擇和硬件電路 設計方案，并確定了各個模塊電路圖的連接方法。 （ 2）小時間常數(shù)近似處理條件： 1123 i onTT? ??，現(xiàn)在 1123 i onTT?=大于 ? ，滿足近似條件 。 s + 1A SRUi*( s )KN( tns + 1 )s2( T Σns + 1 )( c )A SRId( s )( b )a / 223。 轉速環(huán)的動態(tài)結構框圖簡化過程如圖 23。 為了實現(xiàn)轉速無靜差， ASR 中必須包含一個積分環(huán)節(jié)，而在擾動作用點后面已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié)，所以這個轉速環(huán)中有兩個積分環(huán)節(jié)，轉速 環(huán)應該設計成典型的 II 型系統(tǒng)。 二、轉速調節(jié)器 ASR 的參數(shù)設計 電流環(huán)經(jīng)過簡化之后可視作轉速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)， 11)( ?? Ic li KssW 19 整個轉速控制系統(tǒng)的 動態(tài)結構框圖如圖 23 中的 a 圖。 （ 2）忽略反電動勢對電流環(huán)的影響條件： 13ci mlTT? ? 現(xiàn)在， 13mlTT= ci? ，滿足近似條件。 電流調節(jié)器的參數(shù)包括 iK 和 i? ， i? 是超前時間常數(shù) ， 為了讓調節(jié)器零點對消掉控制對象的大時間常數(shù)極點，取 i? = lT ? 。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，要校正成 I 型系統(tǒng)，顯然要用 PI型電流調節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 ? ?ssKWiiiSAC R ?? 1)( ?? Ki — 電流調節(jié)器的比例系數(shù)； i? — 電流調節(jié)器的超前時間常數(shù)。 根據(jù)經(jīng)驗公式 10 / NVI? ? 得 ?? 10 / NVn?? 得 ?? 1 0 / 1 5 0 0 0 .0 0 7 / m inVr? 晶閘管裝置放大系數(shù) 22sK? 17 電流調節(jié)器和轉速調節(jié)器的設計 一、電流調節(jié)器 ACR 的參數(shù)設計 設計要求穩(wěn)態(tài)電流無靜差，動態(tài)指標：電流超調量 i? 5%，系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時有太大的超調 ，以保證電流在動態(tài)過程中不超過允許值，于是電流環(huán)應以跟隨性能為主 [11]。 電動勢系數(shù) eC 由電機轉速計算公式 RInCU Ne ?? ， 有 n RIUC aNe ?? （ 24） 代入?yún)?shù) U=220V， NI =， aR =? 計算得 eC = 電動機額定勵磁下的轉矩電流比 mC 根據(jù)公式 eem CCC ?? ? （ 25） 代入 eC =可得 mC = 電動機軸上的飛輪轉矩 2GD 計算 由 gJGD 42 ? （ 26） 其中 /g m s? ，代入 J= 可得 22 NmGD ? 機電時間常數(shù) mT 由公式 2375m emGD RT CC? （ 27） 將以上計算結果代入?yún)?shù)計算得 Tm = 電磁時間常數(shù) lT l LT R? （ 28） 16 其中 10%NUL I? ? 計算得 ? 雙閉環(huán)穩(wěn)態(tài)工作時靜特性 雙閉環(huán)調速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當兩個調節(jié)器都不飽和時，各變量之間有下列關系： 0*nnU U n n??? ? ? （ 29） *i i d dlU U I I??? ? ? （ 210） 0 */d e d e n d lcts s sU C n I R C U I RU K K K ???? ? ? （ 211） 上述關系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點上，轉速 n 是由給定電壓 *nU 決定的， ASR的輸出量 *iU 是由負載電流 dlI 決定的，而控制電壓 ctU 的大小則同時取決于*iU 和 dlI ，或者說，同時取決于 *nU 和 dlI 。轉速超調量 n? 10%； 低速平穩(wěn)性好，穩(wěn)定精度好，調速范圍廣； UPE 系統(tǒng)開關頻率高，電機損耗，發(fā)熱量要求小； 系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應快，抗干擾能力強； 有鍵盤、顯示器組成的人機界面，顯示器用來顯示測量秤上物料的重量和當前皮帶的轉速；鍵盤用來設定測量秤所允許的重量裕度。最高轉速為 3000 r/min，重量76kg。勵磁電壓： 220V。因此，配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)必須具 14 有良好的加減速性能，跟隨性能如上升時 間 Tr，調節(jié)時間 Ts 和超調量 ? 都要滿足一定的要求；另一方面，由于配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)工作的環(huán)境一般情況下比較惡劣，所以在抗擾動上也具有很高的要求：所涉及的系統(tǒng)必須具有抗負載擾動和抗電網(wǎng)電壓擾動等動態(tài)抗擾性能。 重 量信 號采 集電 路信 號放 大電 路A / D轉換 電路單 片機A T8 9 C5 2直 流電 機系 統(tǒng)電 流檢 測電 路轉 速檢 測電 路鍵 盤顯 示P WM 控制 電路光 電編 碼器 圖 22 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)框圖 配料系統(tǒng)直流調速系統(tǒng)設計 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)性能及技術要求 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)是一個控制皮帶上電機轉速自動加減速和停車的自動配料傳輸系統(tǒng)。同時， 8279 芯片外接一個 4 4 鍵盤，通過鍵盤可設置數(shù)字來控制系統(tǒng)的啟動停止，最終達到一個智能控制的目的。電流檢測是通過電流互感器檢測出模擬信號，經(jīng)過濾波和降壓環(huán)節(jié)處 13 理后，送入 ADC0809 轉換器進行轉換，輸出的數(shù)字信號送入主芯片，通過 PI算法，進而達到電流調節(jié)的目的。其內(nèi)環(huán)是電流反饋及控制環(huán)，外 環(huán)是電動機轉速反饋及控制環(huán)，內(nèi)環(huán)和外環(huán)的調節(jié)都是由 AT89C52 微機軟件完成數(shù)字 PI 控制規(guī)律的運算。 電機控制系統(tǒng)采用轉速環(huán)、電流環(huán)雙閉環(huán)調速，可以達到迅速控制電機轉速變化，快速穩(wěn)定轉速等目的。 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)的整體方案設計 本系統(tǒng)以 AT89C52 系列單片機為主要控制芯片 ，首先通過荷重傳感器將重量信號轉化為電壓信號，該電壓信號經(jīng)過濾波、信號放大，將采集到的微弱電信號轉化為一定模擬量再送給 A/D 轉換器轉換為數(shù)字信號，然后送給單片機。 （ 4）當電機過載甚至堵轉時，限制電樞電流的最大值，從而起到快速的安全飽和作用。 （ 2）起動時保證獲得允許的最大電流。 （ 3）其輸出限幅值決定允許的最大電流。 12 兩個調節(jié)器的作用 [8]： ASR 的作用 （ 1）使轉速 n 跟隨給定電壓 *mU 變化，穩(wěn)態(tài)無靜差。 兩個調節(jié)器輸出都帶有限幅， ASR 的輸出限幅什 Uim 決定了電流調節(jié)器 ACR的給定電壓最大值 Uin，對就電機的最大電流；電流調節(jié)器 ACR 輸出限幅電壓Ucm限制了整流器輸出最大電壓值。 圖 21 轉速、電流雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)的原理圖 圖中兩個調節(jié)器 ASR 和 ACR 分別為轉速調節(jié)器和電流調節(jié)器，二者串級連接，即把轉速調節(jié)器的輸出作為電流調節(jié)器的輸入，再用電流調節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。雙閉環(huán)調速控制系統(tǒng)中采用了兩個調節(jié)器，分別調節(jié)轉速和電流，二者之間實現(xiàn)串級連接。要實現(xiàn)上述要求，其唯一的途徑就是采 11 用電流和轉速負反饋控制方法，即采用速度、電流雙閉環(huán)的調速系統(tǒng)來實現(xiàn)。 隨著調速系統(tǒng)的 不斷發(fā)展和應用，傳統(tǒng)的采用 PI 調節(jié)器的單閉環(huán)調速系統(tǒng)雖能實現(xiàn)轉速的無靜差調節(jié)，但不能滿足較快的動態(tài)響應的一般生產(chǎn)機械的調速要求。 單閉環(huán)調速系統(tǒng)引入轉速負反饋，結構簡單，參數(shù)計算簡單，比較容易實現(xiàn)。因此，脈寬調制器和 PWM 變換器合起來可以看成一個滯后環(huán)節(jié)，它的延時最大不超過一個開關周期 T。 硬件調試法： 硬件調制法是為解決等面積法計算繁瑣的缺點而提出的，其原理就是把所希望的波形作為調制信號，把接受調制的信號作為載波，通過對載波的調制得到所期望的 PWM 波形 .通常采用等腰三角波作為載波，當調制信號波為正弦波時，所得到的就是 SPWM 波形 .其實現(xiàn)方法簡單，可以用模擬電路構成三角波載波和正 弦調制波發(fā)生電路，用比較器來確定它們的交點 ,在交點時刻對開關器件