【正文】 經(jīng)反復(fù)調(diào)節(jié)，最后使電動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行于給定轉(zhuǎn)速。系統(tǒng)采樣周期設(shè)為 5ms，每隔 5ms 采樣給定 UN和轉(zhuǎn)速反饋 U 一次，將 UN與 U 進(jìn)行比較，得到偏差△ U，由 △ U 進(jìn)行 PID 運(yùn)算，求得 U1，再將 UN和 U1相加得到信號 U2，然后再經(jīng)由 軟件 PID 調(diào)節(jié)處理后 ， 輸出移相控制電壓數(shù)字量 ,再經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換后輸入觸發(fā)脈沖，啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。如果我們把這種關(guān)系制成一個(gè)對照表 (lookup table)存儲(chǔ)起來，并且在軟件算法利用這個(gè)對照表，有可能使 PID 控制輸出與調(diào)壓器輸出電壓之間形成一個(gè)線性環(huán)節(jié)。 PID 控制器的輸出 U1應(yīng)通過轉(zhuǎn)換而成為代表控制角 A 的計(jì)數(shù)值。一旦調(diào)試設(shè)置完成，這些參數(shù)均應(yīng)存儲(chǔ)在 NOVRAM 或 EEPROM的指定單元中。在模擬式的控制單元中，上述參數(shù)可以用電位器通過調(diào)試來設(shè)置。在此基礎(chǔ)上 PID 算法的軟件編寫非常簡單。因此，在選擇時(shí)不可一概而論，一般認(rèn)為在以晶閘管作為執(zhí)行器 或在控制精度要求高的系統(tǒng)中，可采用位置式控制算法，而在以異步電動(dòng)機(jī)或電動(dòng)閥門作為執(zhí)行器的系統(tǒng)中，則可采用增量式控制算法。 增量式控制雖然只是在算法上做了一點(diǎn)改進(jìn)，卻帶來了不少的優(yōu)點(diǎn)：由于計(jì)算機(jī)只輸出 增量，所以誤動(dòng)作時(shí)影響小，必要時(shí)可增設(shè)邏輯保護(hù)；手動(dòng) /自動(dòng)切換時(shí)沖擊??；算式中不需要累加，只需記住四個(gè)歷史數(shù)據(jù)，即 e(k2)、 e(k1)、 e(k)和 u(k1)，占用內(nèi)存小，計(jì)算方便。而目前較多的是利用算式 u(k)=u(k1)+△u(k)，通過執(zhí)行軟件來完成。 采用增量式算法時(shí)，計(jì)算機(jī)輸出的控制增量△ u(k)對應(yīng)的是本次執(zhí)行機(jī)構(gòu)位置的增量。 下圖為晶閘管觸發(fā)隔離電路 253XIR12R14R13R11VCCGND243XIR8R10R9R7VCCGND233XIR4R6R5R3VCCGND123U4A564U4B8910U4C8 9U3D34U3B56U3CVDDVDDVDD 圖 隔離驅(qū)動(dòng)電路 PID 調(diào)節(jié)模塊控制原理和有關(guān)的設(shè)計(jì) 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 24 PID 控制算法有位置式和增量式之分，所謂 增量式 PID 是指數(shù)字控制器的輸出只是控制量的增量△ u(k) 增量式 PID 控制算法 （ 41） 式中： IPI TTKK ? —— 積分系數(shù)； TTKK DPD? —— 微分系數(shù)。從單片機(jī)來的控制信號經(jīng)過光電耦合再由集成運(yùn)放放大，達(dá) 到晶閘管所需的觸發(fā)脈沖。每一相輸出脈沖能可靠的驅(qū)動(dòng)一只功率晶閘管元件。 KCZ6 在三相全控橋式變流裝置中使用。 輸出六路雙脈沖觸發(fā)信號，觸發(fā)電路相對于移相控制電壓為反極性，即移相電壓增大，移相角增大，導(dǎo)通角減小，其輸出波形為調(diào)制脈沖列，因而可極大地減小外接脈沖變壓器的體積及尺寸。在一個(gè)周期內(nèi)對每個(gè)晶閘管須要連續(xù)觸發(fā)兩次，兩次脈沖中間間隔為60186。 在檢側(cè)負(fù)半波過零時(shí)，將比較器正向輸入端接地，同步信號接反向輸入端。但由于 LM311 輸出級是集電極開路的，只有在輸出端與電源之間接一電阻才可能輸出高電平，否則，在輸出邏輯 1 時(shí)實(shí)際 上輸出端為高阻抗?fàn)顟B(tài)。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 + 61鋸 齒 波2R?v c23 84 71R 圖 過零檢測與鋸齒波形成線路基本單元 圖 補(bǔ)脈沖形成原理 圖 是過零檢測與鋸齒波形成線路的基本單元。)周期性變化且線性度很好的鋸齒波，該三路鋸齒波提供給脈沖形成單元與 輸入的移相電壓控制信號比較，比較器輸出控制脈沖形成單元形成觸發(fā)脈沖，并經(jīng)脈沖形成環(huán)節(jié)內(nèi)的調(diào)制器根據(jù)脈沖發(fā)生器輸出的高頻脈沖頻率 (15kHz)調(diào)制成脈沖列，該三路脈沖列提供給雙脈沖形成與分配環(huán)節(jié)形成補(bǔ)脈沖，分配成六路彼此互差 60186。 同 步 濾 波同 步 濾 波過 零 檢 測 及鋸 齒 波 形 成過 零 檢 測 及鋸 齒 波 形 成脈 沖 形 成 電 路脈 沖 形 成 電 路雙窄脈沖形成分配雙窄脈沖形成分配脈 沖 發(fā) 生 器脈 沖 發(fā) 生 器?a ?c?b ?a?b ?cABC同 步 濾 波同 步 濾 波過 零 檢 測 及鋸 齒 波 形 成過 零 檢 測 及鋸 齒 波 形 成脈 沖 形 成 電 路脈 沖 形 成 電 路同 步 濾 波同 步 濾 波過 零 檢 測 及鋸 齒 波 形 成過 零 檢 測 及鋸 齒 波 形 成脈 沖 形 成 電 路脈 沖 形 成 電 路脈沖功率放大與隔離 圖 觸發(fā)線路的結(jié)構(gòu)及工作原理圖 來自同步變壓器的三相電壓信號，經(jīng)同步濾波環(huán)節(jié)濾去波形上疊加的高次諧波成分，并使同步電壓過零點(diǎn)即為自然換流點(diǎn)，提供給過零檢測及鋸齒波形成單元，過零檢測單元檢測出每一相同步電壓正負(fù)半波的過零點(diǎn)，在相應(yīng)的過零點(diǎn)經(jīng)充電電源給鋸齒波電容充電，隨著 同步電壓的周期性變化，便可在三路過零檢測 及鋸齒波形成單元的輸出得到三路 (每路內(nèi)部為相差 180186。該組件采用湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 三塊 KC04 移相觸發(fā)器，一塊 KC41 六路雙脈沖形成器，一塊 KC42 脈沖列調(diào)制形成器組成。 T1T2T3UVWU1V1W1 圖 同步信號輸入電路 觸發(fā)脈沖線路與驅(qū)動(dòng)電路 考慮到實(shí)際系統(tǒng)的工作環(huán)境，提高運(yùn)行穩(wěn)定性與抗干擾能力，晶問管采用單片機(jī)控制下的硬件觸發(fā)。 如圖 所示為主電路中過流、過壓的檢測保護(hù)電路 。 P L G 測速的原理是：光碼盤每轉(zhuǎn)一周輸出的脈沖數(shù)一定，隨著電動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速不同，輸出脈沖頻率不同，即頻率與轉(zhuǎn)速成正比，若測量出脈沖頻率，通過軟件計(jì)算就能得到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。本設(shè)計(jì)中采用的是系統(tǒng)復(fù)位，將復(fù)位電路產(chǎn)生的復(fù)位信號經(jīng)斯密特電路整形后作為系統(tǒng)的復(fù)位信號，加到 STC89C51RC 單片機(jī)和外部 I/O 接口電路的復(fù)位端。因此需要一個(gè)系統(tǒng)的同步復(fù)位信號，即單片機(jī)復(fù)位后， CPU 開始工作時(shí)，外部電路一定要復(fù)位好，以保證 CPU 有效的對外部電路進(jìn)行初始化編程。 單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路來實(shí)現(xiàn)的， STC89C51RC 有一個(gè)復(fù)位引腳 RST，高電平有效，要使單片機(jī)復(fù)位，只要讓 RST 保持兩個(gè)機(jī)器周期的高電平， STC89C51RC 便保持復(fù)位， RST 變成低電平后，退出復(fù)位狀態(tài)。兩個(gè)的電容的選擇對震蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小及震蕩電路的起振速度有少許影響，其取值可在 20pF～ 100pF 之間選擇，一般當(dāng)外接晶體時(shí)典型值為 30pF，外接陶瓷諧振器時(shí)典型取值為 47pF。單片機(jī)的時(shí)鐘產(chǎn)生方法有兩種，內(nèi)部時(shí)鐘方式和外部時(shí)鐘方式，在這里我們采用的是內(nèi)部時(shí)鐘方式。 其ADC0809 原理圖 和引腳圖 如下圖 （ a）和圖 （ b） 所示。 在 啟動(dòng)信號控制下，控制邏輯電路置 N 位寄存器的最高位為 1，其余為 0，經(jīng)過 D/A 轉(zhuǎn)換后得到一個(gè)占一半量程的電壓 Vs，比較器將此電壓與模擬輸入量 VX 相比較，若 Vs≤ VX，則保留最高位為 1，否則置最高位為零；依次從寄存器的最高位起重復(fù)上述過程，得出最后的數(shù)字量。 ADC0809 是一種逐次比較法的 A/D 芯片，它是通過最高位至最低位的逐次檢測來逐步逼近被轉(zhuǎn)換的輸入電壓，整個(gè)過程是個(gè)“試探”的過程。這些模擬量必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字量才能輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。 （ 4） P3口（ ～ ）：為 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，是雙功能復(fù)用口，可驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL負(fù)載。 （ 3） P2口（ ～ ）：為 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口，當(dāng)作 I/O 口使用時(shí)，可直接連接外部 I/O 設(shè)備。以便作為擴(kuò)展時(shí)地址 /數(shù)據(jù)總線口使用。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 （ 1） P0口（ ～ ）：為雙向 8 位的三態(tài) I/O 口，當(dāng)作為 I/O 口使用時(shí)，可直接連接外部 I/O 設(shè)備。對于片內(nèi)有 EPROM 型單片機(jī)，在 EPROM 編程期間，此引腳用于施加編程電壓 Vpp。當(dāng) EA 為低電平時(shí)，則不管是否有內(nèi)部程序寄存器而只訪問外部程序寄存器。 （ 4） EA/ PPV （ 31 腳）：當(dāng) EA 保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問的是內(nèi)部程序寄存器（對805 8751 來說），但當(dāng) PC（程序記數(shù)器）值超過某值（如 8751 內(nèi)部含有 4KB EPROM。但在此期間，每當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 PSEN 信號將不出現(xiàn)。 （ 3） PSEN（ 29 腳）：此輸出為單片機(jī)內(nèi)訪問外部程序存儲(chǔ)器的讀選通信號。 ALE 端可以驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) TTL負(fù)載。即使不訪問外部存儲(chǔ)器， ALE 端仍有周期性正脈沖輸出，起頻率為振蕩器頻率的 1/6。復(fù)位后應(yīng)使此引腳電平為≤ 的低電平，以保證單片機(jī)的正常工作。此類引腳提供控制信號，有些引腳具有復(fù)用功能。若采用外部振蕩器時(shí)，該引腳接收振蕩器的信號，即把此信號 直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。當(dāng)采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳應(yīng)接地。 XTAL1 (19 腳 )：接外部晶體的一個(gè)引腳。 時(shí)鐘引腳（ 1 19 腳）：外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成一個(gè)震蕩器，它提供單片機(jī)的時(shí)鐘控制信號。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 VCC (40 腳 ) ：接 +5 電源。 1． 電源及時(shí)鐘引腳 此部分引腳包括電源引腳 VCC、 VSS及時(shí)鐘引 腳 XTAL XTAL2。 1234567891 01 11 21 31 41 51 61 71 84 03 93 83 73 63 53 43 33 23 13 02 92 82 72 62 52 42 32 22 11 92 0T 2 / P 1 . 0T 2 E X / P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7R S TR X D / P 3 . 0T X D / P 3 . 1/ P 3 . 2/ P 3 . 3T 0 / P 3 . 4T 1 / P 3 . 5/ P 3 . 6/ P 3 . 7X T A L 2X T A L 1V S SV C CP 0 . 0 / A D 0P 0 . 1 / A D 1P 0 . 2 / A D 2P 0 . 3 / A D 3P 0 . 4 / A D 4P 0 . 5 / A D 5P 0 . 6 / A D 6P 0 . 7 / A D 7E AA L E / P R O GP S E NP 2 . 7 / A 1 5P 2 . 6 / A 1 4P 2 . 5 / A 1 3P 2 . 4 / A 1 2P 2 . 3 / A 1 1P 2 . 2 / A 1 0P 2 . 1 / A 9P 2 . 0 / A 8DIP40 圖 DIP40 單片機(jī)的引腳圖 包括三大部分的引腳：電源及時(shí)鐘引腳，控制引腳，輸入 /輸出引腳，總共是 40 個(gè)引腳。通過改變外部的電位器 W4和 W W6，將軟件 PID調(diào)節(jié)比例系數(shù)和積分系數(shù)都設(shè)置成為可調(diào)的，以適應(yīng)不同對象參數(shù)的分散性，提高裝置的適應(yīng)范圍。經(jīng)單片機(jī)軟件 PID 調(diào)節(jié)處理后，從 P0口輸出移相控制電壓數(shù)字量，由 DAC0832 轉(zhuǎn)換成控制電壓模擬量，在通過由運(yùn)放4558 組成的反相器輸入到硬件觸發(fā)板上。 圖 是單片機(jī)控制電路原理圖。 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 第四章 控制電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)控制線路 單片機(jī)控制線路主要由單片機(jī) STC89C51RC、地址鎖存器 74LS373， A/D 變換器ADC0809 所組成。 阻容吸收電路參數(shù)計(jì)算 按照晶閘管三相電路支流側(cè)阻容吸收電路參數(shù)算式進(jìn)行估算 lOCd fUIIKC220022 100?? （ 31） ?2002221 0 0 IIUKROlRd? （ 32） 電流有效值為 （ 33） 電壓