【正文】 (5)數(shù)字控制裝置具有很強(qiáng)的通信功能，通過現(xiàn)場總線可以與工業(yè)控制系統(tǒng)的上沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 六 章 總結(jié)與展望 33 位機(jī)聯(lián)機(jī)工作，并且可以對系統(tǒng)運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視、預(yù)警、故障診斷和數(shù)據(jù)采集。 (4)由于許多功能都是由軟件來完成的，所以使硬件得以簡化，故障率比較小。對于不同的控制對象和控制要求，只需要改變控制算法軟件即可。 通過本次畢業(yè)設(shè)計，總結(jié)出了數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)具有以下主要特點： (1)速度給定和測速采用數(shù)字化，能夠在很寬的范圍內(nèi)高精度測速，進(jìn)而擴(kuò)大了調(diào)速范圍，提高了速度控制的精度。在以往的數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速常用測速發(fā)電機(jī)來檢測，這種模擬測速方法的精度不夠高，在低速時更為嚴(yán)重，很難保障生產(chǎn)的高效、安全運行，所以在本次設(shè)計中測速采用了目前較先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)編碼器測速，即數(shù)字測 速。用軟件編程完成電流、轉(zhuǎn)速等各項參數(shù)的計算，實現(xiàn)最優(yōu)化調(diào)節(jié) 。其控制流程圖如圖 57 所示。 恢復(fù)現(xiàn)場向 控制寄存器分別送入觸發(fā)事件和時間返回置 輸出結(jié)束標(biāo)志位允許 中斷保護(hù)現(xiàn)場復(fù)位定時器T2 圖 56 同步中斷服務(wù)程序流程圖 ⑵ HSO 中斷服務(wù)程序流程 HSO 中斷分別由 F， L， R 時刻的 HSO 輸出命令引起。同步中斷服務(wù)程序的主要任務(wù)是復(fù)位計數(shù)基準(zhǔn) T2，產(chǎn)生 A， B， C， D， E， F 時刻的 HSO 輸出信號，允許 HSO 中斷，置 A， B， C， D， E， F 輸出結(jié)束標(biāo)志，在 F 時刻產(chǎn)生 HSO 中斷。因為 HSO CAM 只能存儲8 個 HSO 事件，考慮到軟件定時器對 HSO CAM 的占用情況，我們把 24 個觸發(fā)時刻分為 4 組，每組 6 個觸發(fā)時刻，分別由同步中斷與 HSO 中斷產(chǎn)生。 圖 55 觸發(fā)脈沖順序圖 那么， 1o 所對應(yīng)的計數(shù)器 1 的計數(shù)值為 2 0 5 0 0/ 1 5 5 .5 6 /3 6 0 9 ooms s? ?? （ 53） 把觸發(fā)角和脈寬所對應(yīng)的計數(shù)值，寫入 HSO 時間寄存器，靠 HSO 的定時功能來控制角度的大小。定時器 1 在系統(tǒng)中作實時時鐘用，其時鐘信號來自內(nèi)部的時鐘發(fā)生電，每 8 個狀態(tài)周期計數(shù)加 1， 80C196KC 的狀態(tài)周期由振蕩器信號 2 分頻后獲得，采用 16MHz 晶振，其狀態(tài)周期為 125ns。 PID 計算也是在軟件定時中斷子程序中完成的。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 五 章 數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計 29 讀給定速度將給定速度轉(zhuǎn)換為碼讀實測速度實測速度轉(zhuǎn)換為 碼顯示給定速度顯示實測速度軟件定時中斷軟件定時器0中斷軟件定時器1中斷軟件定時器2中斷第一次中斷第二次中斷第三次中斷啟動 轉(zhuǎn)換測給定電流電流 計算啟動 轉(zhuǎn)換測電流值設(shè) 中斷模式允許 中斷查表計算值速度 計算電流PID計算開 中斷關(guān) 數(shù)據(jù)有效中斷設(shè)置測速定時時間到位標(biāo)志返回 圖 54 軟件定時中斷子程序 顯示模塊的軟件設(shè)計 顯示部分的程序是采用軟件定時中斷來完成的，多少時間顯示一次可在軟件 中設(shè)定。見圖 53 然后用公式 (53)計算轉(zhuǎn)速。見圖 53 ⑸ 下一個轉(zhuǎn)速脈沖來時，就引起 HSI0 中斷。 H S I 0 中 斷第 一 次記 下 當(dāng) 前 時 間作 為 初 始 時 間設(shè) 軟 件 計 時 器 1中 斷 時 間關(guān) H S I 0 中 斷 啟 動 H I S 數(shù) 據(jù) 有效 中 斷 返 回 記 下 時 間 值 作為 結(jié) 束 時 間 計 算 轉(zhuǎn) 速 值 H S I 數(shù) 據(jù) 有 效 中斷計 數(shù) 變 量 M 增加 1返 回 圖 53 HSI0中斷 /HIS數(shù)據(jù)有效中斷 ⑷ 過了 T0 時間后，軟件定時器 1 產(chǎn)生中斷。 ⑵ 轉(zhuǎn)速脈沖引起 HSI0 中斷，如果是第一次中斷則記下當(dāng)前時間作 起始時間 ST，設(shè)軟件定時器 1 中斷時間 T0，關(guān) HSI0 中斷，啟動 HSI 數(shù)據(jù)有效對 2m 計數(shù)；如果是第二次中斷則把當(dāng)前的時間作為結(jié)束時間 FT。 ⑴ 因為要在軟件定時器 2 的第一次中斷中進(jìn)行轉(zhuǎn)速環(huán)的 PID 計算，所以測速從這里開始。由此根據(jù)式 (52)即可計算出當(dāng)前電機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)定時 T0 到時，開啟 HSI0 中斷，停止 1m 計數(shù)，等待 HSI0 的上升沿。當(dāng)轉(zhuǎn)速脈沖的下一個上升沿到來時， M2 停止計數(shù)，則可得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 五 章 數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計 27 圖 52 M/T法檢測轉(zhuǎn)速原理圖 1260 ()16 cfmn rpmPm? （ 51） 式中 cf 高頻計數(shù)脈沖信號的頻率，本系統(tǒng)中為 80C196KC 內(nèi)定時器 T1 的時鐘信號，由于采用 1 6MHz 晶振， cf =1MHz； P光電脈沖編碼 器每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)， P=600 16倍頻次數(shù)。具體方法如下： 在圖 51 中， T 為實際檢測時間， T0 是一固定不變的定時時間，當(dāng)轉(zhuǎn)速脈沖的上升沿到來時，啟動定時 T0，由兩個計數(shù)器分別對轉(zhuǎn)速脈沖 M1 和高頻脈沖數(shù) M2 計數(shù)。 開始常量和變量的初始化允許軟件定時中斷允許外部中斷允許高速輸出中斷打開總中斷讀取各開關(guān)量啟動軟件定時器啟動 A / D 轉(zhuǎn)換進(jìn)入待機(jī)方式 如圖 51 主程序框圖 數(shù)字測速的軟件設(shè)計 本文采用 M/T39。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 五 章 數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計 26 主程序完成實時性要求不高的功能，完成系統(tǒng)初始化后，實現(xiàn)鍵盤處理、刷新顯示、與上位計算機(jī)和其它外圍設(shè)備通信等功能。 主程序的設(shè)計 數(shù)字控制的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律是靠軟件來實現(xiàn)，系統(tǒng)中的所有硬件也靠軟件來管理。 在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中電流環(huán)作為速度環(huán)的內(nèi)環(huán)，響應(yīng)速度快，采樣周期取 3ms；速度環(huán)是外環(huán)，采樣周期取 15ms,每個工頻周期轉(zhuǎn)速環(huán) PID 算一次，電流環(huán)算三次。所以采樣周期不能太小。但采樣周期小，控制器占用 CPU 的時間就長，增加了控制系統(tǒng)對 CPU 的占用率。 目前，對于采樣周期的選擇，還沒有特別有效的辦法，一般憑經(jīng)驗選擇相對合理的采樣周期，因此選擇應(yīng)綜合考慮各方面因素，采取折衷的辦法。必須對系統(tǒng)的采樣頻率作出一定的要求，才能保證離散的數(shù)字信號在處理完畢后能夠不失真地重復(fù)連續(xù)的模擬信號。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 四 章 主電路的設(shè)計與參數(shù)計算 24 主電路及保護(hù)電路圖 系統(tǒng)的主電路是晶閘管三相全控橋和直流電動機(jī)，保護(hù)電路采用了阻容吸收電路和快速熔斷器進(jìn)行保護(hù)。 產(chǎn)生電流上升率過大的原因一般有：晶閘管導(dǎo)通時，與晶閘管并聯(lián)的阻容保護(hù)中的電容突然向晶閘管放電；交流電源通過晶閘管向直流側(cè) 保護(hù)電容充電；直流側(cè)負(fù)載突然短路等。 ⑵ 電流上升率 di/dt：導(dǎo)通時電流上升率太大，則可能引起門極附近過熱，造成晶閘管損壞?？焖偃蹟嗥骺梢园惭b在直流側(cè)、交流側(cè)和直接與晶閘管串聯(lián)。晶閘管過電流 的保護(hù)的常用措施有快速熔斷器和硒堆保護(hù)等。晶閘管發(fā)生過電流的主要原因有以下幾種：負(fù)載端過載或者短路；牧歌晶閘管被擊穿短路，造成其它元件的過電流 。限制過大可在電源輸入端串聯(lián)電感和在晶閘管每個橋臂上串聯(lián)電感，利用電感的濾波特性，使其降低。因此作用于晶閘管的正相電壓上升率應(yīng)有一定的限制。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 四 章 主電路的設(shè)計與參數(shù)計算 23 RP =fC 2mU 10 6? =50 106 1202 106= 106W 選 R 為 20Ω普通金屬膜電阻器， 。 得 C=， R=100Ω。 ? 晶閘管及整流二極管兩端的過電壓保護(hù) 抑制晶閘管關(guān)斷過電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路方法。 1MAU =（ ~ ） DCU =（ ~ ） 110V= 242~198 V 選 MY31230/5 型壓敏電阻。 ? 直流側(cè)過電壓保護(hù) 直流側(cè)保護(hù)可采用與交流側(cè)保護(hù)相同的方法，可采用阻容保護(hù)和壓敏電阻保護(hù)。F 的鋁電解電容器。 1 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA2D a t e : 7 J un 2 0 0 7 S he e t o f F i l e : E : \ 畢業(yè)設(shè)計 \ 電路圖 \ M y D e s i g n .d db D r a w n B y:RVTB 圖 41 交流側(cè)保護(hù)電路 S=， U2=120V C≥ 6 emI S/ 2U 2= 6 12 13842/1202= 181。以過電壓保護(hù)的部位來分，有交流側(cè)過壓保護(hù)、直流側(cè)過電壓保護(hù)和器件兩端的過電壓保護(hù)三種。抑制過電壓的方法不外乎三種：用非線性元件限制過電壓的幅度；用電阻消耗產(chǎn)生過電壓的能量；用儲能元件吸收產(chǎn)生過電壓的能量。按照過電壓保護(hù)的部位來分，有交流側(cè)保護(hù)、直流側(cè)保護(hù)和元件保護(hù)。采取正確的保護(hù)措施是晶閘管裝置可靠地運行的必要條件。 直流調(diào)速系統(tǒng)的保護(hù) 晶閘管有換相方便，無噪音等優(yōu)點。 ③關(guān)鍵、重大設(shè)備，電流裕量可適當(dāng)選的大些。 此外，還需注意以下幾點： ①當(dāng)周圍環(huán)境溫度超過 +40℃時，應(yīng)降低元件的額定電流值。 晶閘管的額定電壓 晶閘管實際承受的最大峰值電壓 TmU ，乘以（ 2～ 3）倍的安全裕量，參照標(biāo)準(zhǔn)電壓等級，即可確定晶閘管的額定電壓 TNU ，即 TNU =（ 2～ 3） TmU ，整流電路 形式為三相全控橋，而 26TmUU? ，則 VVU TN 8 8 2~5 8 81 2 06)3~2( ??? ，取 TNU ? 800V 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 四 章 主電路的設(shè)計與參數(shù)計算 21 晶閘管的額定電流 選擇晶閘管額定電流的原則是必須使晶閘管允許通過的額定電流有效值大于實際流過的電流最大有效值 即 ()T AV dBI KI? ，考慮（ ～ 2）倍的裕量。由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，不允許電流反向，對過電壓過電流敏感，在低速運行時，導(dǎo)通角很小等缺點。 電壓比 K=U1/U2=380/120=。時整流電壓 0dU 與二次電壓 2U 之比，即 02/dA U U? ； B延遲角為 ? 時輸出電壓 dU 與 0dU 之比，即 0/ddB U U? ? —— 電網(wǎng)波動系數(shù)； 1～ —— 考慮各種因數(shù)的安全系數(shù)； 表查可得 A=；取ε =； ? 角考慮 10176。 變壓器二次側(cè)電壓 U2的計算 U2 是一個重要的參數(shù)，選擇過低就會無法保證輸出額定電壓，選擇過高又會造成延遲角 ? 加大，整流元件的承受電壓升高，增加了裝置的成本。 變壓器的設(shè)計 工業(yè)供電電壓為 AC 380V，而電動機(jī)的額定電壓為 110V，所以必須通過降壓變壓器使之達(dá)到系統(tǒng)供電要求。 ? ? 5%，取電流環(huán)開環(huán)放大倍數(shù)為 1 z??? 電流調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)為 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第 三 章 數(shù)字直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)字 PID 控制 18 sRKK K???? ⑵ 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)選擇 2 0 .0 2 5 4onnIT T T? ? ??? ，取 5 T s? ??? ，即中頻寬 h=5，使 PI 調(diào)節(jié)器將轉(zhuǎn)速環(huán)校正為典型 II 型系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)的跟隨行和抗干擾性。 取 ziT ??? ， idT?? =， 使用 PI 調(diào)節(jié)器將電流環(huán)校正為典型 I 型系統(tǒng)。 對于晶閘管整流器，它本身是一個時滯環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)可以表示為 () zszzW s K e ??? （ 317） 式中 zK 管整流器放大倍數(shù)； z? 閘管整流器時間常數(shù)。 對于電流閉環(huán)， PI 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)可以表示為 1() iiiisW s K ? ???