【正文】 在此，感謝所有幫助過(guò)我的老師、同學(xué)、朋友！ 。更重要的是如何去收集處理我們所需要的資料。 還有和我在一個(gè)工作室里的師兄師姐們，都給了我很多的支持和幫助。并為我們提供了 3 周的實(shí)習(xí)時(shí)間，再那兒，我學(xué)到了許多在書(shū)本上學(xué)不到的東西。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 35 主要參考文獻(xiàn)： [1] 馬潮 . 《 ATmega8 原理及其應(yīng)用手冊(cè)》清華大學(xué)出版社 20xx 年 [2] Intel公司 《 Intel外圍器件系列手冊(cè)之二》上?？茖W(xué)普及出版社 1994 [3] 孫涵芳 《 Intel16 位單片機(jī)》 北京航空航天大學(xué)出版社 1995 年 [4] 陳汝全 《電子技術(shù)常用器件應(yīng)用手冊(cè)》北京理工大學(xué)出版社 1991 年 [5] 潘新民、王燕芳 《單片機(jī)微型計(jì)算機(jī)實(shí)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 人民郵電出版社 1992 年 [6] 鄭瓊林、耿文學(xué) 《電力電子電路精選》電子工業(yè)出版社 1990 年 [7] 王慶林 《無(wú)功功率快速補(bǔ)償裝置設(shè)計(jì)探討》 第二版 1993 年 [8] 蘇文成 《工廠供電》 陜西機(jī)械學(xué)院 [9] 喬忠良 . 《全數(shù)字直流調(diào)速裝置及工程應(yīng)用》 .太原理 工大學(xué)學(xué)報(bào)， 20xx [10]姜孝華，張光昭 . 《數(shù)字式直流傳動(dòng)系統(tǒng)的專家智能控制》 .電氣傳動(dòng)自動(dòng)化， 1999 02 [11]黃俊 《半導(dǎo)體變流技術(shù)》 .機(jī)械工業(yè)出版社 1980 [12]侯崇升 《 現(xiàn)代調(diào)速控制系統(tǒng) 》 機(jī)械工業(yè)出版社 20xx [13]張克彥 《 AVR 單片機(jī)實(shí)用程序設(shè)計(jì)》 北京航空航天大學(xué)出版社 20xx [14]陳伯時(shí) 《 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng) .北京 》 機(jī)械工業(yè)出版社， 1991 [15]張世銘 《 直流調(diào)速系統(tǒng) 》 武漢：華中理工大學(xué)出版社， 1988 [16] 李友善 《 自動(dòng)控制原理 》 北 京：國(guó)防工業(yè)出版社， 1987 [17] 王曉蘭，王慧中 《 單片機(jī)控制的直流 PWM 傳動(dòng)系統(tǒng) 》 電氣傳動(dòng)自動(dòng)化， 1997， 19(3)： 9～ 13 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 36 致 謝 衷心感謝海濤老師一個(gè)學(xué)期來(lái)的關(guān)心教導(dǎo)。 通過(guò)本次設(shè)計(jì)使我的知識(shí)體系得到了豐富與彌補(bǔ)，例如：對(duì)雙雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)和電力拖動(dòng)有了比較 深入的了解，自學(xué)了 AVR 單片機(jī)的知識(shí)，初步學(xué)會(huì)了電路板的觀察和焊接，還初步學(xué)會(huì)了使用 Protel軟件繪制電路圖。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 34 第五章 總結(jié) 本文在對(duì)雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種基于 ATmega單片機(jī)控制的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)，設(shè)計(jì)中采用 ATmega16 做主機(jī)， ATmega8做從機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流、電壓 及轉(zhuǎn) 速 檢測(cè) ，對(duì)速度實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，滿足 糖廠的 生產(chǎn)調(diào)速需要，本系統(tǒng) 還 包括 鍵盤和 LED 顯示 功能實(shí)現(xiàn)人機(jī)交流。 圖 412 帶速度 PID 的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性曲線 圖 413 為單神經(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。 首先，利用 MATLAB 的控制工具來(lái)分析電流調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)參數(shù)，然后利用 SIMULINK 來(lái)防真系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。通過(guò)仿真分析不同的控制方法是否有性能的提高。 在本節(jié)，首 先要建立糖分離機(jī)數(shù)字全閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，建立系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖，然后用 SIMULINK 進(jìn)行仿真分析。在 SIMULINK中也加入了許多的 MATLAB 函數(shù)功能。 SIMULINK 是 MATLAB 軟件的擴(kuò)展。 MATLAB軟件的誕生，使控制系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)問(wèn)題變得簡(jiǎn)單了 ，它為控制系統(tǒng)的設(shè)廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 32 計(jì)和仿真提供了強(qiáng)有力的工具，必將使傳統(tǒng)的方法產(chǎn)生一場(chǎng)變革。 在這一節(jié)中，采用美國(guó) Mathworks 公司的 MATLAB 軟件中的 SIMULINK 仿真工具來(lái)進(jìn)行糖分離機(jī)數(shù)字雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真與設(shè)計(jì)。物理仿真常采用與實(shí)際系統(tǒng)相類似的物理模型進(jìn)行研究。 = α 6 0 * s ?按 可 控 硅 觸 發(fā) 字 碼 表 與 邏 輯 判 斷 信 號(hào) 觸 發(fā) 相 應(yīng) 可 控 硅YNYN 圖 48 移相角計(jì)算流程圖 第四節(jié) 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 的 仿真 在工業(yè)設(shè)計(jì)中，通常采用仿真設(shè)計(jì)，仿真設(shè)計(jì)包括軟件仿真和硬件仿真。? 計(jì)算流程圖如圖 48。? 之間的關(guān)系為： 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 31 39。），各相觸發(fā)脈沖的延時(shí)在時(shí)間上不會(huì)重疊。? 定時(shí)即可，定時(shí)的起點(diǎn)規(guī)定為各自然換相點(diǎn)，然后再根據(jù)段標(biāo)號(hào) S 來(lái)確定要觸發(fā)的晶閘管。? +60， S=2 時(shí)， ? = 39。 S=2 再將 ? 變換成 39。 S=1 120176。段標(biāo)號(hào) S=0 60176。 0176。 180176。單片機(jī)軟件自動(dòng)對(duì)每相脈沖的分配劃分區(qū)間。 180176。 CPU 有 INTO 中斷啟動(dòng)定時(shí)器定時(shí)，定時(shí)器的初值由電流調(diào)節(jié)器通過(guò)并行口給定。另外二相全控橋式電路在任何時(shí)都必須有兩只晶閘管同時(shí)導(dǎo)通，才能形成導(dǎo)通回路。 由前面的同步檢測(cè)電路可知，在一個(gè)電壓周期內(nèi)存有 6個(gè)同步控制信號(hào)，每個(gè)信號(hào)間隔 60176。移相定時(shí)是通過(guò)定時(shí)器完成的，由電流 PID 調(diào)節(jié)器運(yùn)算得出的 ? 角移相時(shí)間存入定時(shí)器后，定時(shí)器開(kāi)始工作，延時(shí)結(jié)束后，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路三相全控晶閘管的控制。 180176。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 28 ? 在 090176。 二、 PID 算法模塊 在圖 47給出增量式 PID 控制算法流程圖。 起動(dòng)模塊流圖如圖 46 所示。同時(shí)，顯示器上顯示“ d”，提示鍵入轉(zhuǎn)動(dòng)方向。 顯示器顯示“ P”時(shí)，可以從鍵盤上輸入 4 個(gè)十進(jìn)制表示的轉(zhuǎn)速信號(hào)，同時(shí)顯示在 LED 上。這里僅就程序中用到的開(kāi)機(jī) EPROM自檢加以說(shuō)明，檢驗(yàn)程序?qū)?EPROM 的第一個(gè)單元字節(jié)讀到工作單元中，然后依次與 EPEOM 的 后續(xù)字節(jié)相異或，直到與最后一個(gè)單元字節(jié)異或，使得 EPROM的校驗(yàn)結(jié)果為全“ 1”（“ FF”），工作單元檢驗(yàn)結(jié)果為 FFH，則說(shuō)明 EPROM 內(nèi)容為正確，否則顯示器顯示 EPROM 出錯(cuò)。自檢好故障自動(dòng)檢測(cè)，它對(duì)系統(tǒng)出現(xiàn)的軟、硬故障進(jìn)行自動(dòng)檢驗(yàn)并給予指示。主程序作為后臺(tái)程序，電機(jī)運(yùn)行時(shí)，主程序一直在查詢電機(jī)是否進(jìn)入起動(dòng)模塊或停車處理。在對(duì)重要的電力參數(shù)進(jìn)行采集時(shí)，采用了中值法和加權(quán)平均法兩種數(shù)字濾波方式的結(jié)合，減少?zèng)_擊，使裝置性能更加穩(wěn)定，減少了裝置的誤動(dòng)率。這種方法對(duì)于具有良好的抗偶然因素干擾的作用。具體措施如下： 采用軟件看門狗，防止程序跑飛而陷入死循環(huán)。包括指令冗余、軟件陷阱、監(jiān)視定時(shí)器等。因此，在硬件抗干擾措施的基礎(chǔ)上，采取軟件抗干擾技術(shù)加以補(bǔ)充。 (4) 光電耦合器輸入回路與輸出回路之間分布電容極小，一般只有 0. 5 ～ 2pF，而且絕緣電阻很大，通常為 1011～ 1012 歐姆，因此回路一邊的干擾很難通過(guò)光電耦合達(dá)到另一邊。 (2) 干擾噪聲雖有較大的電壓幅值，但能量小，只能形成微弱電流，而光電耦合器 輸入部分的發(fā)光二極管是在電流狀態(tài)下工作的，即使干擾有很高的電壓幅值，但由于它不能給發(fā)光二極管提供足夠的工作電流從而能夠被抑制掉。 光電藕合器的主要優(yōu)點(diǎn)是能有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲的干擾，從而使過(guò)程通道的信噪比大大提高。 采用光電耦 合器。 充分考慮電源對(duì)單片機(jī)的影響，對(duì)主動(dòng)器件設(shè)置了各自獨(dú)立的電源。 硬件 抗干擾措施 ： 硬件抗干擾的設(shè)計(jì)硬件抗干擾設(shè)計(jì)的基本原則是：抑制干擾源，切斷干擾傳播路徑，提高敏感器件的抗干擾性能。因此在整個(gè)系統(tǒng)的 構(gòu)成前后我們做了多方面的抗干擾工作， 以保障它的穩(wěn)定運(yùn)行。 三 、 系統(tǒng)抗干擾措施 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 25 本裝置所處的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，是弱電與強(qiáng)電設(shè)備，數(shù)字與模擬電路相互混雜的場(chǎng)合，此外它還需與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中各類電器設(shè)備相配合 , 由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)各種動(dòng)力設(shè)備不斷地起停運(yùn)行，使得現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，存在許多干擾源：系統(tǒng)本身噪聲干擾、電磁干擾、過(guò)壓干擾及環(huán)境干擾等。所以控制簡(jiǎn)單方便，而且穩(wěn)定性好，精確度高。為此，在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻和電容構(gòu)成交流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)；在直流負(fù)載側(cè)并聯(lián)電阻和電容構(gòu)成直流側(cè)過(guò)電壓保護(hù)；在可控硅兩端并聯(lián)電阻和電容構(gòu)成可控硅關(guān)斷過(guò)電壓保護(hù)；并把快速熔斷器直接與可控硅串聯(lián)，對(duì)可控硅起過(guò)流保護(hù)作用。 B TRCCRRR RR R RC C CC C CLT 1T 2T 3T 4T 5T 6M 圖 44 系統(tǒng)主電路圖 可控硅雖然有許多優(yōu)點(diǎn)，但是它承受過(guò)電壓和過(guò)電流的能力較差，很短時(shí)間的過(guò)電壓和過(guò)電流就會(huì)把器件損壞。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 24 A T m e g a 1 6A T m e g a 8C P U 主 控 單 元鍵 盤 與 L E D 顯 示通 信 接 口P W M輸出電 壓 采 集電 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 采 集電 流 采 集精密整流濾波放大光電隔離濾波放大開(kāi) 關(guān) 量 輸 出移相觸發(fā)控制三相全控橋整流通 訊 設(shè) 備開(kāi) 關(guān) 量 輸 入 圖 43 速度 調(diào)節(jié)裝置總體硬件框圖 一、 系統(tǒng)的主 電路 設(shè)計(jì) 系統(tǒng)主電路采用可控硅三相橋式全控整流電路，其應(yīng)用線路如圖 44所示。 單片機(jī)模塊實(shí)現(xiàn)了速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器功能和速度采樣功能，并實(shí)現(xiàn)數(shù)字觸發(fā)器、邏輯調(diào)節(jié)器功能。最后，將輸出參數(shù)輸出并控制發(fā)電機(jī)的 電壓 。 速度 調(diào)節(jié)器的 主要 任務(wù)是：將輸入的電氣信號(hào)，經(jīng)各自的信號(hào)處理及變換電路對(duì)信號(hào)濾波、隔離放大適配到 A/D 轉(zhuǎn)換的量程內(nèi)。既發(fā)揮了轉(zhuǎn)速和電流兩個(gè)調(diào)節(jié)器各自的作用，又避免了象單環(huán)系統(tǒng)那 樣兩種反饋互相牽制的缺陷，從而獲得了良好的動(dòng)態(tài)及靜態(tài)品質(zhì)。為了獲得良好的靜、動(dòng)態(tài)性能，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的兩個(gè)調(diào)節(jié)器都采用 PID 調(diào)節(jié)器。在系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)調(diào)節(jié)器 ，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級(jí)聯(lián)接，即以轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制可控硅整流器的觸發(fā)裝置。 第一節(jié) 雙閉環(huán)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)概述 雙閉環(huán)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成的糖分離機(jī)系統(tǒng)原理圖和雙閉環(huán)數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)原理圖分別如圖 41 和圖 42 所示。 五 、聯(lián)鎖保護(hù) 聯(lián)鎖保護(hù) 可 避免 兩組晶 閘管同時(shí)處 于整 流狀態(tài)而造成短路的事故。 電容充電到開(kāi)門電平的時(shí)間則為延時(shí)的時(shí)間，改變電容的大小就可獲得不同的延時(shí) 。 三 、 邏輯判斷電路 邏輯判斷的任務(wù)是根據(jù)兩個(gè)電平檢測(cè)器的輸出信號(hào) UT和 UZ經(jīng)運(yùn)算后， 正確地發(fā)出切換信號(hào) UF和 UR ， UF和 UR均有 1和 0兩種狀態(tài)，邏輯判斷真值如下表 ： （ 信號(hào)為 “ 1” 時(shí)開(kāi)放脈沖， “ 0” 態(tài)時(shí)封鎖脈沖 ） UT UZ UF UR 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 四 、延時(shí)電路 在邏輯判斷電路發(fā)出切換指令 UF之 后 ， 必須經(jīng)過(guò)延時(shí)，這樣才能實(shí)現(xiàn)安廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在糖廠直流調(diào)速系統(tǒng)中的應(yīng)用 21 全換向，與 非