【正文】 三個(gè)同步電壓分別經(jīng)電壓比較器 LM339 變?yōu)?S1， S2， S3，三個(gè)方波信號(hào)，若以“ 1”表示高電平，以 60o為單位時(shí)間，則 S1， S2， S3 的波形在電源一個(gè)正弦波周期 (6 個(gè)相帶 )內(nèi)分別組成 6 種態(tài)： 001101100110010011， 80C196KC 通過 。下面介紹具體方法。并通過觸發(fā)脈沖輸出電路將觸發(fā)脈沖分配輸出。同步信號(hào)電路的主要任務(wù)是為數(shù)字觸發(fā)脈沖輸出提供一個(gè)同步信號(hào)作為相位基準(zhǔn)。此外， 80C196KC 的六個(gè)HSO 通道正好可以輸出六個(gè)觸發(fā)晶閘管的脈沖，因此我們選用它來構(gòu)成數(shù)字直流電源的控制 模塊 。 可以看出， 80C196KC 不但具有豐富的硬件資源，而且運(yùn)行速度也大為提高。 80C196KC 單片機(jī)是 Intel 公司推出的一款高性能的 CHMOS 16 位單片機(jī)，在其內(nèi)部“嵌入”了以 往被認(rèn)為是“外圍”設(shè)備的多種電路，包括：時(shí)鐘發(fā)生器、多功能 I/O 口、 A/D 轉(zhuǎn)換器、 PWM輸出口、串行口、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、監(jiān)視定時(shí)器、高速輸入輸出器、外設(shè)事務(wù)服務(wù)器等。單片機(jī)集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換（ A/D）、高速輸入口（ HSI）、高速輸出口（ HSO）等外圍電路，能夠降低硬件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 基于 MCS96 系列80C196KC單片機(jī)的控制系統(tǒng)硬件功能總體框圖如圖 51所示。 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 23 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(dòng)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(shí)，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 。 （二） 電流上升率 di/dt：導(dǎo)通時(shí)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(gè)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。 RP =fC 2mU 106? =50106120 210 6=10 6W 選 R為 20Ω 普通金屬膜電阻器， 。 得 C=， R=100Ω 。 （ 3）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 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 22 選 MY31230/5型壓敏電阻。 （ 2）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(jì) \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(chǔ)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(yùn)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(diǎn)。 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(diǎn)： ① 當(dāng)周圍環(huán)境溫度超過 +40℃ 時(shí)，應(yīng)降低元件的額定電流值。 晶閘管的額定電壓 晶閘管實(shí)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(jí)，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 882~5881206)3~2( ??? ， 取 TNU ? 800V 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(shí)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娦裕辉试S電流反向，對(duì)過電壓過電流敏感，在低速運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)通角很小等缺點(diǎn) 。 電壓比 K=U1/U2=380/120=。 時(shí)整流電壓 0dU 與二次電壓 2U 之比，即 02/dA U U? ； B延遲角為 ? 時(shí)輸出電壓 dU 與 0dU 之比，即 0/ddB U U? ? —— 電網(wǎng)波動(dòng)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(jì)算 U2 是一個(gè)重要的參數(shù)，選擇過低就會(huì)無法保證輸出額定電壓 ， 選擇過 高 又會(huì)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(jì) 工業(yè)供電電壓為 AC 380V，而電動(dòng)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 sRKK K???? （ 2） 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)選擇 2 0 .0 2 5 4onnIT T T? ? ??? ， 取 5 0. 12 7nn 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(duì)于晶閘管整流器，它本身是一個(gè)時(shí)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(shí)間常數(shù)。 對(duì)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 ? ??? （ 315） 式中 iK 電流調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)； i? 調(diào) 節(jié)器時(shí)間常數(shù)。 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的分析 該系統(tǒng) 為 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng) ， 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖 33所示。 當(dāng)磁通不變時(shí)，有 mdM C I? （ 312） 式中 mC 電機(jī)的轉(zhuǎn)矩常數(shù)，單位為 /N m A? 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 16 整理得到直流電機(jī)的微分方程 22 1d m m ded n d nT T T n Ud t d t C? ? ? （ 313） 式中 dT 電樞回路的電磁時(shí)間常數(shù)， dd dLT R?； mT 機(jī)電時(shí)間常數(shù)， 2375ddme m e mJR G D RT C C C C?? ； 2GD 電力拖動(dòng)系統(tǒng)整個(gè)運(yùn)動(dòng)部分折算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： n電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。假設(shè)電機(jī)補(bǔ)償良好，不計(jì)電樞反應(yīng)、禍流效應(yīng)和磁滯等因素帶來的 影響，并設(shè)勵(lì)磁電流恒定，得直流電機(jī)數(shù)學(xué)模型為： dd d d d edIU L I R C ndt? ? ? （ 310） 式中 dU 電樞電壓； dL 電樞回路電感； dI 電樞電流； dR 電樞回路總電阻； eC 由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電勢(shì)系數(shù)，單位為 min/VWb r? n電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速。圖 32給出了位置式 PID控制系統(tǒng)示意圖。為書寫方便，將 e(kT)簡(jiǎn)化表示成 e(k)，即省去 T。按 照 模擬 PID 算法的算式 (32)，現(xiàn)以一系列的采樣時(shí)刻點(diǎn) kT 代表連續(xù)時(shí)間 t，以和式代替積分，以增量代替微分，則可以作如下近似變換； 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 13 ( 0,1, 2 )t kT k?? 000 ( ) ( ) ( )t tkjje t d t T e jT T e j??????? (34) ( ) ( ) [ ( 1 ) ] ( ) ( 1 )d e t e k t e k e k e kd t T T? ? ? ??? 式中 T采樣周期。由于本文的 PID控制算法的輸出量要控制晶閘管的輸出電壓，此類對(duì)象適合用位置式 PID控制算法，所以下面主要介紹位置式 PID控制算法。 )(ku 是 k次采樣時(shí)刻的輸出值； )(ke 是第 k次采樣時(shí)刻輸入的偏差值； )1( ?ke 是 k1次采樣時(shí)刻輸入的偏差值： jk 是積分系數(shù)， jpj TTkk /? 。在上面離散化的過程中，采樣周期 T必須足夠短，才能保證有足夠的精度。 PID調(diào)節(jié)器的數(shù)字化設(shè)計(jì) 在連續(xù)控制系統(tǒng)中，模擬調(diào)節(jié)器的 PID控制規(guī)律為： 01 ( )( ) [ ( ) ( ) ]tpDId e tu t K e t e t d t TT d t? ? ?? （ 32） 或?qū)懗蓚鬟f函數(shù)形式 ( ) 1( ) (1 )() pDIUsG s K T SE s T S? ? ? ? （ 33） 式中 pK 比例系數(shù)； IT 積分時(shí)間系數(shù)； DT 微分時(shí)間常數(shù)。積分作用度強(qiáng)弱取決于積分時(shí)間常數(shù) IT ， IT 越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。 簡(jiǎn)單說來， PID控制器各校正環(huán)節(jié)的作用如下： （ 1） 比例環(huán)節(jié) ： 成比例地反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào) e（ t），偏差一旦產(chǎn)生，控制器立即產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。系統(tǒng)由模擬 PID控制器和被控對(duì)象組成。在控制理論不斷發(fā)展的今天， 常規(guī) PID 控制器 仍然 是過程控制中應(yīng)用最廣泛 、 最基本的一種控制器， PID調(diào)節(jié)器的基本 原理 控制器最常用的控制規(guī)律是 PID控制。 它是一種基于負(fù)反饋的控制方法，不僅在模擬調(diào)節(jié)器得到了廣泛應(yīng)用，而且更適合于單片機(jī)控制系統(tǒng)。 在本系統(tǒng)中，采用 了 PID 控 制算法。隨著控制理論和單片機(jī)水平的不斷發(fā)展，單片機(jī)控制系統(tǒng)的功能日益 增強(qiáng) ，適用的控制規(guī)律也 越來越多 ， 如 PID 調(diào)節(jié)、史密斯 (Smith)預(yù)估控制、最優(yōu)控制、基于狀態(tài)空間模型的設(shè)計(jì)方法和基于輸入輸出模型的設(shè)計(jì)方法等。其中，最主要的任務(wù)是執(zhí)行控制算法。 電動(dòng)機(jī)的供電方式的選擇 直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電動(dòng)機(jī)供電方案選擇晶閘管三相全控橋整流電路，具體將在第四章討論。顯然靜特性優(yōu)于單閉環(huán)系統(tǒng)。 與帶電流截止負(fù)反饋的單閉環(huán)系統(tǒng)相比，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的靜特性在負(fù)載電流小于 Idm 時(shí)表河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 8 現(xiàn)為轉(zhuǎn)速無靜差，這時(shí)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋起主調(diào)作用， 系統(tǒng)表現(xiàn)為電流無靜差。 若采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，則可以近似在電機(jī)最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機(jī)的允許過載能力，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又可以讓電流迅速降低下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，此時(shí)起動(dòng)電流近似呈 方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長(zhǎng)的，這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受到限制的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動(dòng)過程。交流側(cè)電流通過電流互感器的作用，經(jīng)采樣， A/D轉(zhuǎn)換連到單片機(jī)。根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際，選擇轉(zhuǎn)速 電流 雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)。 （ 2）恢復(fù)時(shí)間 vt 從階躍擾動(dòng)開始，到響應(yīng)曲