基于51單片機的直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)(參考版)
2025-06-21 21:33本頁面
【正文】 總之，在設計過程中，我不僅學習到以前從未接觸過的新知識，而且學會了獨立的去發(fā)現(xiàn)，面對，分析，解決新問題的能力，不僅學到了知識，又鍛煉了自己的能力，使我受益匪淺。通過這次課程設計，我不僅在知識上有了更進一步的鞏固和提高，在求學和研究的心態(tài)上有了不小的進步。為使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能更好，該系統(tǒng)采用無靜差調(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)保證恒速運行，以保證滿足更嚴格的生產(chǎn)要求。曾經(jīng)也試過用單片機直接產(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，單片機的壓力大大減小，程序中有充足的時間進行閉環(huán)控制的測控和計算，使得軟件的運行更為合理可靠。結(jié)論本文所述的直流電機閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是以低價位的單片微機8051為核心的，而通過單片機來實現(xiàn)電機調(diào)整又有多種途徑，相對于其他用硬件或者硬件與軟件相結(jié)合的方法實現(xiàn)對電機進行調(diào)整，采用PWM軟件方法來實現(xiàn)的調(diào)速過程具有更大的靈活性和更低的成本，它能夠充分發(fā)揮單片機的效能，對于簡易速度控制系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了一種有效的途徑。此后，電動機在負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。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，極性發(fā)生了變化，則ASR推出飽和。使系統(tǒng)在最短時間內(nèi)完成啟動。轉(zhuǎn)速一直上升。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： 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)模型第二節(jié) 仿真結(jié)果 仿真波形，在電流上升階段，由于電動機機械慣性較大，不能立即啟動。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：。故電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為轉(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，因此電流內(nèi)環(huán)可等效為一階環(huán)節(jié)。電流環(huán)傳遞遞函數(shù)的求取 由于系統(tǒng)中機電時間常數(shù)遠大于電磁時間常數(shù)，反電動勢的變化過程相對緩慢，因此在電流環(huán)中，可忽視反電動勢的影響，又由于和比小得多，可以當作小慣性環(huán)節(jié)近似處理，故取。對轉(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)中的一個環(huán)節(jié)，在求取轉(zhuǎn)速環(huán)的傳遞函數(shù)，由于檢測信號中含有交流分量或其他高頻干擾。本次系統(tǒng)仿真采用前一種方法。第二節(jié) PI控制子程序設計為了安全起見，系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器實行限幅，當轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務子程序或電流調(diào)節(jié)中斷服務子程序進行到“轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)”或“電流調(diào)節(jié)”時，便進入PI控制子程序（）。YES開始系統(tǒng)初始化按鍵處理有鍵按下？刷新顯示數(shù)據(jù)通訊NO系統(tǒng)初始化設定定時器工作方式設定I/O、鍵盤和顯示接口的工作方式參數(shù)及變量初始化返回 主程序的流程圖 初始化子程序流程圖，系統(tǒng)初始化包括中斷始化、各存儲單元賦初值、鍵盤顯示器的各數(shù)據(jù)程序表賦常數(shù)、各種限定值裝入數(shù)據(jù)存儲器、設定堆棧指針、給主程序標志寄存器送初始值、控制器設定初值等。鍵盤參數(shù)設置的處理主程序中的重要部分，這部分程序設計采用程序的模塊化，有效的解決了復雜的多重分支問題。第一節(jié) 主程序設計。第二章 系統(tǒng)軟件程序設計數(shù)字控制系統(tǒng)的控制規(guī)律是靠軟件來實現(xiàn)的，所有的硬件也必須由軟件實施管理。 計算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時間常數(shù)為s可求得轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益因為 所以于是，可求得ASR的比例系數(shù)為 驗近似條件計算轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率：① 電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件： 滿足簡化條件② 轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件 滿足近似條件設理想空載起動時z=0，已知Pn=，Un=220V，In=，Nn=1780r/min，Ce=：220V 晶閘管的放大倍數(shù)：=40電樞回路總電阻：R= 時間常數(shù)：Tm=．TL=：β=：α= v/min/r 。③ 轉(zhuǎn)速環(huán)小時間常數(shù)。前面已取，則② 轉(zhuǎn)速濾波時間常數(shù)。③校驗電流環(huán)小時間常數(shù)近似處理條件：滿足近似條件。 計算電流調(diào)節(jié)器參數(shù)：電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)：= 電流環(huán)開環(huán)增益：要求％時，查表，取 因此 =于是，ACR的比例系數(shù)為 校驗近似條件電流環(huán)截止頻率：① 校驗晶閘管整流裝置傳遞函數(shù)的近似條件滿足近似條件。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 Ki — 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； ti＝R1C — 電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。按小時間常數(shù)近似處理，取=+=。為了基本濾平波頭，應有（1—2）=,因此取=2ms=。經(jīng)查表，三相橋式電路的平均失控時間=。故本設計選用雙極性控制的橋式可逆PWM變換器。本設計應脈寬調(diào)速要求，采用直流PWM調(diào)速系統(tǒng)。直流斬波器和脈寬調(diào)制交換器采用PWM，用恒定直流或不可控整流電源供電，利用直流斬波器或脈寬調(diào)制變換器產(chǎn)生可變的平均電壓。用靜止的可控整流器，例如，晶閘管可控整流器，以獲得可調(diào)直流靜止可控整流器又稱VM系電壓。旋轉(zhuǎn)變流機組簡稱GM系統(tǒng)，用交流電動機和直流發(fā)電機組成機組，以獲得可調(diào)的直流電壓。系統(tǒng)允許的最高晶振頻率為12MHz。中斷控制系統(tǒng)：該芯片共有5個中斷源，即外部中斷2個，定時/計數(shù)中斷2個和串行中斷1個。串行口：它是用來實現(xiàn)單片機和其他設備之間的串行數(shù)據(jù)傳送。內(nèi)部程序存儲器：8051芯片內(nèi)部共有4K個單元，用于存儲程序、原始數(shù)據(jù)或表格，簡稱內(nèi)部ROM。通常說的內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器就是指這前128個單元，簡稱內(nèi)部RAM。其基本組成如下圖所示： 8051單片機基本組成 CPU及8個部件的作用功能介紹如下中央處理器CPU：它是單片機的核心，完成運算和控制功能。本系統(tǒng)選用我們比較熟悉的8051作為微型計算機。其中,電流環(huán)控制要求微型計算機有很快的響應速度,其采樣頻率比較高。 經(jīng)上述考慮,。本系統(tǒng)選用光電脈沖信號發(fā)生器作為速度反饋的測量元件,光電脈沖信號發(fā)生器將電動機轉(zhuǎn)子的角位移量轉(zhuǎn)換成脈沖序列,通過計數(shù)器定時計數(shù)即可得到電動機轉(zhuǎn)速的數(shù)字式反饋量。 本系統(tǒng)采用霍爾元件作為檢測電動機電樞電流的傳感器,其電流容量為50A,轉(zhuǎn)換比例為1000：1。如果采用PI調(diào)節(jié)器，則有 為了引出電流反饋，在電動機的動態(tài)框圖中必須把電樞電流顯露出來。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)電路原理圖。電流環(huán)在內(nèi)，稱之為內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外，稱之為外環(huán)。圖1－、電
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