【正文】 這就是轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器采用積分分離算法的離散化形式 開 始存返 回nnn UUke ???)(?0)( ?ke nNYYNNYYN)()( keke nn 取補(bǔ)，?)( ??ken)()( keKku nPnn ??)( ??ke nHkun00)( ?N?00)( Hkun?Y?)( F FHku n ?FF Hku n ?)()1()1()()()( ?????? kukeKkeKKkunnPnnInPnn)1()()()1()( ?????? keKkeKKkukunPnnInPnnn)1()( ?? kekenn)1()( ?? kukunn)( kun圖 67 轉(zhuǎn)速環(huán) PI 調(diào)節(jié)器程序框圖 42 結(jié) 論 本設(shè)計(jì) 利用單片。 開 始取 出 待 顯 示 數(shù) 據(jù)送 寄 存 器 R 2 R 3（ R 2 R 3 ） 除 以 1 0 0 0 ， 商 送顯 示 緩 存 區(qū) 的 千 位 字 節(jié) ，余 數(shù) 送 回 寄 存 器 R 2 , R 3（ R 2 R 3 ） 除 以 1 0 0 ， 商 送顯 示 緩 存 區(qū) 的 百 位 字 節(jié) ，余 數(shù) 送 回 寄 存 器 R 2 , R 3（ R 2 R 3 ） 除 以 1 0 ， 商 送 顯示 緩 存 區(qū) 的 十 位 字 節(jié) ， 余數(shù) 送 顯 示 緩 存 區(qū) 的 個(gè) 位 字節(jié)顯 示 緩 存 器 指 針 置 初 值 ，顯 示 緩 存 區(qū) 的 個(gè) 位 字 節(jié) 地址 → R 0掃 描 模 式 置 初 值R 3 ← 0 1 H8 1 5 5 C 口 ← R 3取 顯 示 數(shù) 據(jù) 查 表 轉(zhuǎn) 換 為 端數(shù) 據(jù) 碼 送 8 1 5 5 A 口延 遲 1 m s顯 示 緩 存 區(qū) 指 針 R 0 加 1 （ R 3 ） . 3 = 1 ?R 3 左 移 一 位N返 回Y圖 65 顯示程序框圖 40 電流環(huán) PI 調(diào)節(jié)器程序 電流環(huán)離散化形式： )()]1()([)1()()( keTKkekeKkukuku ii iiiiiiii ????????? )1()1()()( ????? kukekeku iiii ，其軟件框圖如圖 66 所示。 I E 0中 斷 入 口定 時(shí) 器 0 工 作 于 方 式 1 ， 并 置 計(jì)數(shù) T α 初 值啟 動 定 時(shí) 器 0返 回T F 0取 出 脈 沖 表 地 址 為 M 單 元 脈 沖( 第 1 組 ) ， 送 P 1 口置 T 2 工 作 于 方 式 1返 回置 T 2 計(jì) 數(shù) 初 值 為 T 6 0 ? 的 計(jì) 數(shù) 初值 , 并 啟 動 T 2 定 時(shí) 器 脈 沖 計(jì) 數(shù) 單 元 置 5 ， 脈 沖 表 地 址指 針 置 （ M + 1 )T F 2根 據(jù) 脈 沖 地 址 指 針 ， 取 出相 應(yīng) 單 元 的 脈 沖 給 P 1脈 沖 計(jì) 數(shù) 值 減 1 ， 并 送 回 相 應(yīng) 單元 保 存脈 沖 地 址 指 針 加 ， 并 送 回 相 應(yīng)單 元 保 存脈 沖 計(jì) 數(shù) 值 = 0 ?定 時(shí) 器 T 2 停 止 工 作置 T 2 計(jì) 數(shù) 初 值為 T 6 0 ? 的 計(jì) 數(shù)初 值 , 并 啟 動 T 2定 時(shí) 器 脈 沖 表 地 址 指 針 置 M返 回NY圖 63 脈沖觸發(fā)程序框圖 38 鍵盤處理程序 鍵盤程序采用外部中斷 1 和查詢方式共用的模式，當(dāng)有外部中斷 1 時(shí)，程序查詢哪個(gè)鍵按下，然后執(zhí)行相應(yīng)的按鍵功能，軟件 框圖如圖 64。外部中斷 0用來捕捉同步信號，定時(shí)器 T0 用來對 ? 角度計(jì)時(shí)，定時(shí)器 T2 用來對 60176。 主程序軟件框圖如圖 61 所示。 主程序設(shè)計(jì) 主程序主要用來完成系統(tǒng)的主要芯片的初始化，中斷的初始化等功能。 34 6 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì) 軟件部分分為主程序、 A/D 采樣程序、脈沖觸發(fā)程序、電流環(huán) PI 調(diào)節(jié)器程序、轉(zhuǎn)速環(huán) PI 調(diào)節(jié)器程序以及鍵盤顯示程序。 其控制算法如下： )1()1()()( ????? kukekeku nnnn ，當(dāng) ??)(ken 時(shí)； )()( keku nn ? ，當(dāng) ??)(ken 時(shí)。 在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器中采用積分分離算法， 在微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)中，把 P 和 I 分開。采用模擬 PI調(diào)節(jié)器時(shí)，由于受到物理?xiàng)l件的限制，只好在不同指標(biāo)中求其折衷。 PI 調(diào)節(jié)器的參數(shù)直接影響著系統(tǒng)的性能指標(biāo)。 模擬轉(zhuǎn)速調(diào) 節(jié)器離散化 PI 調(diào)節(jié)器是電力拖動自動控制系統(tǒng)中最常用的一種控制器，在微機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)中，當(dāng)采樣頻率足夠高時(shí)，可以先按模擬系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)器，然后再離散化，就可以得到數(shù)字控制器的算法，這就是模擬調(diào)節(jié)器的數(shù)字化 。 轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件： ,)3/1(/)3/1( 11onI ssTK ???? ??滿足近似條件。轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù) nT? 按小時(shí)間常數(shù)近似處理得，sssTKT onIn 0 1 7 0 7 ?????? 。 用等效環(huán)節(jié)代替電流環(huán)后的轉(zhuǎn)速環(huán)的 動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖 55 所示，等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)和小慣性的近似處理的轉(zhuǎn)速環(huán)動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖 56 所示，轉(zhuǎn)速環(huán)校正成典型 II 型系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖 57 所示。現(xiàn)在按照工程方法設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，考慮將電流環(huán)校正成典型 I 型系統(tǒng)，選用 PI 調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為： ssKsW iiiACR ?? 1)( ?? 其參數(shù)為： ?i? ； ?iK 將 上 式寫成積分形式為 ])(1)([)( dtteteKtu iiiii ??? ?= ])( 1)([ dttete ii ?? 電流環(huán)采樣周期由下式?jīng)Q定： sTTT ili 00 092 ],m in [41 ?? ? 取 msTi 1? 為電流環(huán)采樣周期，將式離散化，得 )()()( 1 jeTKkeKku ikjiiiiii ???? ? )()]1()([)1()()( keTKkekeKkukuku ii iiiiiiii ?????????)()]1()([ kekeke iii ???? )1()1()()( ????? kukekeku iiii 這就是電流調(diào)節(jié)器的離散化形式。（ 1）晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件： ciS ssT ????? ? )00 1 (1)3/(1 ，滿足近似條件； (2) 忽 略 反 電 動 勢 對 電 流 環(huán) 動 態(tài) 影 響 的 條 件 ：?)/(13 lmTT )0 2 (13 ?? ss s 1? ci? ；（ 3）電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件： ?)/(13 oiSTT cisss ???? ? ) 0 1 (13 ，滿足近似條件。 電 流 環(huán) 開 環(huán) 增 益 ： 要 求 %5?i? 時(shí) ， 取 ??iITK ，因此?? ?? sTK iI ，于是， ACR 的比例系數(shù)為 ?? ? )/( ?? SiIi KRKK 。電流環(huán)控制對象是雙慣性的，因此可用 PI 型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)如式： 檢查對電源電壓的抗 擾性能： 0 3 ??? ssTT il ，參照典型 I型系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能，各項(xiàng)指標(biāo)都是可以接受的。按小時(shí)間常數(shù)近似處理，取 Si TT ?? +oiT =。三相橋式電路每個(gè)波頭的時(shí)間是 ，為了基本濾平波頭，應(yīng)有 msToi )2~1( ? ，因此取 oiT =2ms=。 圖 52 忽略反電動勢的動態(tài)影響的電流環(huán)簡化圖 圖 53 等效成單位負(fù)反饋系統(tǒng)的電流環(huán)簡化圖 29 圖 54 小慣性環(huán)節(jié)近似處理 整流裝置滯后時(shí)間常數(shù) ST ，三相橋式電路的平均失控時(shí)間 ST =。 數(shù)字電流 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 模擬電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 電動機(jī)的參數(shù)基本參數(shù)： NU =220V， NI =12A， NP =， n =1500r. 1min? ,勵 磁電 壓 為 220V， 電樞 內(nèi) 阻 aR = ? ， aL =60 mH , 2GD = ，eC = 11)min( ???rV ， 允許過載倍數(shù) ?? ；晶閘管裝置放大系數(shù) SK =50；整 流橋 的 內(nèi) 阻及 電 抗 器的 電 阻 之和 為 SR + LR =1? ， 電樞 回 路 總電 阻??? ，電磁時(shí)間常數(shù) sTl ? ；機(jī)電時(shí)間常數(shù) sTm ? ；電流反饋系數(shù) AV /?? （ AV 20/5? ）；設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器，要求電流 超 調(diào)量 %5?i? 。由測速發(fā)電機(jī)得到的轉(zhuǎn)速反饋電壓含有換向紋波，因此也需要濾波，濾波時(shí)間常數(shù) 28 用 onT 表示。 然而，在抑制交流分量的同時(shí)，濾波環(huán)節(jié) 也延遲了反饋信號的作用，為了平衡 這個(gè)延遲作用，在給定信號通道上加入一個(gè)同等時(shí)間常數(shù)的慣性環(huán)節(jié)，稱作給定濾波環(huán)節(jié)。 圖 51 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖 由于電流檢測信號中常含有交流分量，為了不使它影響到調(diào)節(jié)器的輸入，需加低通濾波。 系統(tǒng)采用數(shù)字控制以后，只不過將連續(xù)控制 的電壓量變換成數(shù)字量，并且種變換是一致的，即給定、輸出、反饋均是實(shí)行統(tǒng)一變換。 410 直流穩(wěn)壓電源電路原理圖 27 5 數(shù)字調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) 控制對象的數(shù)學(xué)模型建立 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的實(shí)際動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖 51 所示， 按照工程設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器。它將全部的電路集成在一塊芯片上，整個(gè)集成穩(wěn)壓電路只有輸入（ IV ）、輸出（ OV ）和公共端（ COM）三個(gè)引出端，使用非常方便 ，本次使用了 780 781 7824和 79124 共 4 塊芯片，提供 +5V， +12V,12V,+24V 共 4 個(gè)電壓等級的直流電源。 直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中 有許多芯片需要提供直流穩(wěn)壓電源，考慮體積和方便的需要，采用集成穩(wěn)壓芯片來提供直流穩(wěn)壓電源。本設(shè)計(jì)中采用 4 位 共陰極 LED 顯示器來顯示電動機(jī)的測量轉(zhuǎn)速和給定轉(zhuǎn)速 ，并且采用動態(tài)顯示，所以用 8155 作為接口電路， 8155 的 A 口作為段數(shù)據(jù)口，經(jīng)同相驅(qū)動器 7407 接顯示器的各段， 8155 26 的 C 口作為掃描口，經(jīng)反相驅(qū)動器 7406 接 LED 顯示器公共極。本設(shè)計(jì)中采用軟件延時(shí)去抖動，共使用了８ 個(gè)按鍵，其具體功能如表４ ５所示 。其電路原理圖見附錄２（控制電路圖）。非編碼鍵盤又分為簡單的按鍵結(jié)構(gòu)和行列式鍵盤。 鍵盤有兩種基本類型：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。 25 表 44 8155 端口地址表 7A 6A 5A 4A 3A 2A 1A 0A 選中的口或寄存器 ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ０ ０ ０ 命令狀態(tài)字寄存器 ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ０ ０ １ Ａ口 ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ０ １ ０ Ｂ口 ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ ０ １ １ Ｃ口 ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ １ ０ ０ 定時(shí)器低８位寄存器 ＊ ＊ ＊ ＊ ＊ １ ０ １ 定時(shí)器高６位和操作方式寄存器 鍵盤接口電路設(shè)計(jì) 。 8155 的工作方式有兩種：基本Ｉ /Ｏ和選通Ｉ /Ｏ，本設(shè)計(jì)中采用基本Ｉ /Ｏ工作方式。 （ 3）定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器部分：是一個(gè) 14 位的二進(jìn)制減法定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 。 。 B，可編程 8 位 I/O 端口 70~PBPB 。 8155 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 49 所示，主要由下列三部分組成 ： （ 1）隨機(jī)存儲器部分：容量為 256 8 位的靜態(tài) RAM。 8155 芯片的簡介。每一通道的轉(zhuǎn)換需 66 77~ 個(gè)時(shí)鐘脈沖，大 約 s?110~100 。啟動信號為脈沖方式，最大可調(diào)誤差為 LSB1? 。 ADC0809 是 8 位逐次逼近型A/D 轉(zhuǎn)換器。如果指令是直接尋址方式則為訪問特殊功能寄存器，指令是間接尋址方式則為高 128B RAM。 綜上所述，本系統(tǒng)采用 ATMEL 公司 的 MCS51 系列單片機(jī) ，采用 AT89C52單片機(jī)。它們能在幾微秒內(nèi)完成 16 位加法和乘法，并且有 10 位 A/D 轉(zhuǎn) 換器、 16 位高性能多功能定時(shí)器系統(tǒng)，可完成調(diào)速系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計(jì)算、控制輸出 23 等功能。 單片機(jī)的選擇 雙閉環(huán)數(shù)字直流調(diào)速控制系統(tǒng)得采樣周期比較快，計(jì)算和控制任務(wù)也比較繁忙，因此需要使用高性能的單片機(jī)。 圖中 ?????? KRRRRR 102827242321 ， ?? KR 2025 。模擬測速一般采用測速發(fā)電機(jī)，其輸出電壓 經(jīng)過濾波放大后送給 ADC0809 的 IN2 上 ， 本設(shè)計(jì)采用模擬測速方法，由永磁直流發(fā)電機(jī)、運(yùn)算放大器構(gòu)成，其原理電路如圖 48所示。其原理電路如圖 47 所示。這時(shí)，四位 LED 上將顯示對應(yīng)于電位器輸入的速度給定值，可調(diào)整電位器，直到 顯示值為所需的給定值。 模擬給定通道的設(shè)計(jì) 速度給定采用電位器輸入，它加到 ADC0809 的 IN0 上。 表 43 CSM010CG 霍爾傳感器主要參數(shù) 一次側(cè)額定輸入電流 10A 引腳 1