【正文】 圖48 調(diào)速軟件系統(tǒng)框圖5系統(tǒng)的MATLAB仿真 ，使用MATLAB對控制系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真的主要方法有兩種：一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用MATLAB的Simulink工具箱對其進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真研究；另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖，使用Power System工具箱進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)仿真的新方法。對三式稍作推導(dǎo)即得到下式。 將模擬的PID算式 (42)用求和的方式代替積分； (k=0, 1 ,2,……..) (43) 進(jìn)行離散處理有 (44) 這便是增量式PID算式，由于它的每次輸出均與過去有關(guān)，計(jì)算時(shí)要對Ek進(jìn)行累加，故工作量大。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。微分（D）控制因此，比例+積分(PI)控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差。積分項(xiàng)對誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會增大。Error）。with 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steadystate 比例控制是一種最簡單的控制方式。PID控制，實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。按鍵操作由終端導(dǎo)入，靜態(tài)顯示方式。兩種中斷服務(wù)中，故障保護(hù)中斷優(yōu)先級別最高，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷級別次之。T0定時(shí)50ms，單片機(jī)的時(shí)鐘頻率為12MHz，機(jī)器周期為1us， 中斷子程序模塊 中斷服務(wù)子程序完成實(shí)時(shí)性強(qiáng)的功能，如故障保護(hù)、PWM生成、狀態(tài)檢測和數(shù)字PID調(diào)節(jié)等,中斷服務(wù)子程序由相應(yīng)的中斷源提出申請，CPU實(shí)時(shí)響應(yīng)。內(nèi)部定時(shí)器T0溢出中斷設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速測定為M/T式編碼盤測速，要通過測取給定時(shí)間內(nèi)的編碼盤輸出的脈沖數(shù)。當(dāng)鍵盤有輸入值時(shí)，8279向CPU申請中斷。響應(yīng)中斷后封鎖PWM輸出，使電機(jī)停轉(zhuǎn)。 中斷程序設(shè)計(jì)外部中斷0模塊設(shè)計(jì) 外部中斷0是故障中斷，優(yōu)先級最高。有鍵按下嗎？系統(tǒng)初始化數(shù)據(jù)通信刷新顯示鍵處理主程序YN系統(tǒng)初始化設(shè)定定時(shí)器、PWM、數(shù)字測速工作方式參數(shù)及變量初始化返回設(shè)定I/O、通信接口及顯示、鍵盤工作方式圖41 主程序流程圖 圖42 初始化子程序 主程序主要要完成的任務(wù)是三個(gè)方面：變量的初始化、內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0、T1測速和鍵盤/顯示芯片8279。 } }} 系統(tǒng)程序設(shè)計(jì) 主程序——完成系統(tǒng)初始化后，實(shí)現(xiàn)刷新顯示、鍵盤處理、與上位計(jì)算機(jī)和其他外設(shè)通信等功能，總的來說，它主要完成一些實(shí)時(shí)性要求不高的功能，如圖41。 while(1) { if(num==4) { PWM=~PWM。 num++。}void T0_timer() interrupt 1{ TH0=(65536500)/256。 ET0=1。 TL0=(65536500)%256。void init(){ TMOD=0x01。 PWM產(chǎn)生程序includedefine uchar unsigned charuchar num。而在本次設(shè)計(jì)中我們選用的是晶體振蕩器的頻率為12MZ的單片機(jī)，那么它的。 一般情況下，機(jī)型不同，的值就會不同。那么，定時(shí)器的定時(shí)初值與定時(shí)時(shí)間的關(guān)系是第一要確定下來的東西。我們采用了定頻調(diào)寬方式，因?yàn)椴捎眠@種方式，電動機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)比較穩(wěn)定；并且在產(chǎn)生PWM脈沖的實(shí)現(xiàn)上比較方便。另外，還會出現(xiàn)穩(wěn)壓管溫度過高的情況，這時(shí)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓性能將變差，此時(shí)穩(wěn)壓管損壞也很有可能出現(xiàn)。 另外，集成穩(wěn)壓IC型號中的78或79后面有時(shí)還會有一個(gè)L或M，如79L24或78M12，字母有它固有的含義，它是用來區(qū)別封裝形式和輸出電流等，其中78M系列最大輸出電流為1A，78L系列的最大輸出電流為100mA。 因?yàn)樗哂袃纱蟊容^突出的優(yōu)勢，首先電路內(nèi)部有過流、過熱及調(diào)整管的保護(hù)電路，其次它所需的外圍元件極少，所以采用78/79系列三端穩(wěn)壓IC來組成穩(wěn)壓電源。電路圖如圖310：圖310 78系列的電源電路 78XX,XX就代表它所輸出的電壓值，能降低電壓45V,三端穩(wěn)壓集成電路電子產(chǎn)品非常常見，用的比較多的有負(fù)電壓輸出的79系列和正電壓輸出的78系列。 圖 39顯示器/鍵盤驅(qū)動電路由于8279芯片有自動分時(shí)掃描功能，所以它可與CPU同時(shí)工作，減輕CPU的負(fù)擔(dān)，而且接口方便，顯示穩(wěn)定，程序簡單，可靠性高。如上圖示。0123456789取消確認(rèn)測速停車 圖38顯示器圖 輸入給定轉(zhuǎn)速時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題：（1）轉(zhuǎn)速不足四位時(shí)，在前面加撥0湊夠四位；（2）轉(zhuǎn)速輸入錯(cuò)誤時(shí)，按取消鍵，顯示器清空，重新輸入值；（3）轉(zhuǎn)速輸入完成后，按確認(rèn)鍵。 A=0,為數(shù)據(jù)采用4*4式鍵盤，分?jǐn)?shù)字部分和控制部分，如圖下表所示。下面是它功能的一些簡單介紹: （1）常規(guī)情況下,能同時(shí)管理64個(gè)物理鍵和16個(gè)八段數(shù)碼管；（2）能按FIFO(先進(jìn)先出)方式實(shí)現(xiàn)8個(gè)鍵值的緩沖； （3）能自動實(shí)現(xiàn)按鍵的“去抖”和重鍵處理；（4）能以中斷或查詢兩種方式工作； （5）與微處理器接口簡單。它是一種專用智能芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)段式數(shù)碼顯示和鍵盤輸入控制。鍵盤/顯示模塊的核心控制器采用Intel公司的8279。鍵盤的工作方式的選取應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中CPU工作的忙、閑情況而定。這時(shí)，轉(zhuǎn)速計(jì)算公式修改為： (36) 鍵盤及顯示電路鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中能實(shí)現(xiàn)向單片機(jī)輸入數(shù)據(jù)、傳誦命令等功能，鍵盤掃描只是CPU的工作內(nèi)容之一。希望在低速獲得高精度測速值，于是利用光碼盤A，B兩相輸出在相位上互差90176。設(shè)時(shí)鐘脈沖頻率為，光電編碼器每轉(zhuǎn)發(fā)出p個(gè)脈沖，則電機(jī)轉(zhuǎn)速的計(jì)算公式為： (35) 由于M/T法的計(jì)數(shù)值和都隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化，高速時(shí)，相當(dāng)于M法測速，最低速時(shí)，自動進(jìn)入T法測速。設(shè)從圖37上a點(diǎn)開始，計(jì)數(shù)器分別對和計(jì)數(shù)，到達(dá)b點(diǎn)，預(yù)計(jì)的測速時(shí)間到，微機(jī)發(fā)出停機(jī)指令，但因?yàn)椴灰欢ㄇ『玫扔谡麛?shù)個(gè)編碼輸出脈沖周期，所以計(jì)數(shù)器仍對時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)，直到c點(diǎn)時(shí)，可以利用下一個(gè)轉(zhuǎn)速脈沖上升沿（即c點(diǎn)）觸發(fā)數(shù)字測速硬件電路使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。 M/T法測速原理 M/T法測速原理是在對時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)的同時(shí)對光電編碼器輸出的測速脈沖數(shù)也進(jìn)行計(jì)數(shù)。為了在較寬的速度范圍內(nèi)獲得快速和高精度的數(shù)字測速，選用轉(zhuǎn)速傳感器時(shí)本設(shè)計(jì)采用每轉(zhuǎn)1024線的光電編碼器，它產(chǎn)生的測速脈沖頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速有固定的比列關(guān)系，微機(jī)對該頻率信號采用M/T法測速處理。當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，B相脈沖超前A相脈沖90176。當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，A相脈沖超前B相脈沖90176。D觸發(fā)器的時(shí)鐘端和D輸入端分別接整形后的A、B兩相輸出信號，采用A相脈沖的上升沿來觸發(fā)D觸發(fā)器的CLK端。將A、B兩相脈沖中任何一相輸入計(jì)數(shù)器中，均可使計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。的兩路脈沖信號,并以此來判斷旋轉(zhuǎn)方向。碼盤上有向標(biāo)志，每轉(zhuǎn)一圈z相輸出一個(gè)脈沖。圖36 編碼器原理圖圓盤上有規(guī)則地刻有不透光和透光的線條是增量式光電編碼器非常顯著地特點(diǎn)，在圓盤兩側(cè)分別安放光敏元件和發(fā)光元件。增量式編碼器最大的優(yōu)勢是專門用來測量轉(zhuǎn)動角位移的累計(jì)量。增量式編碼器與絕對式編碼器原理一點(diǎn)也不相同，它的原理是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個(gè)電信號轉(zhuǎn)變成計(jì)數(shù)脈沖，然后用脈沖的個(gè)數(shù)來表示位移的大小。同理，編碼器如果按照工作原理來分的話可分為絕對式和增量式兩種。非接觸式的接受敏感元件是磁敏元件或光敏元件，光敏元件時(shí)常常使用以不透光區(qū)和透光區(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“0”還是“1”；接觸式采用電刷輸出，一電刷接觸絕緣區(qū)或?qū)щ妳^(qū)來表示代碼的狀態(tài)是“0”還是“1”。前者成為碼尺，后者稱碼盤。 檢測回路利用光電編碼器將轉(zhuǎn)速直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入單片機(jī)進(jìn)行處理。 3）電流一定連續(xù)。 雙極式控制的橋式可逆PWM變換器有以下優(yōu)點(diǎn)： 1）可使電動機(jī)在四象限運(yùn)行。因?yàn)榇嬖谡?fù)脈寬相等條件，對交變電流的平均值而言，它的值也等于零，因而平均轉(zhuǎn)矩是不產(chǎn)生，雙極式控制有個(gè)很大的缺點(diǎn)就是它會徒然增大電動機(jī)的損耗。當(dāng)時(shí)，為正，電動機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)時(shí)，為負(fù)，電動機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)時(shí)，電動機(jī)停止。當(dāng)正脈沖較寬時(shí)，則的平均值為正，電動機(jī)正轉(zhuǎn)，當(dāng)正脈沖較窄時(shí)，則反轉(zhuǎn)；如果正負(fù)脈沖相等，平均輸出電壓為零，則電動機(jī)停止。在一個(gè)周期內(nèi)正負(fù)相間，這是雙極式PWM變換器的特征，其電壓、電流波形如圖2所示。在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)時(shí)，晶體管、飽和導(dǎo)通而、截止，這時(shí)。 圖34 橋式可逆PWM變換器電路雙極式控制可逆PWM變換器的四個(gè)驅(qū)動電壓波形如圖35所示。如果我們聯(lián)系改變，那么便可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)正向的無級調(diào)速。在01之間變化，因此在177。HIN信號的占空比為。因此電樞上的工作電壓不是單極性的矩形脈沖波形，而是雙極性矩形脈沖波形，電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向是由矩形脈沖電壓的平均值來決定的，原因在于存在著機(jī)械慣性的緣故。其具體的操作步驟如下：電源經(jīng)VT3至電動機(jī)的負(fù)極經(jīng)過整個(gè)直流電機(jī)后再通過VT2到達(dá)零電位，完成整個(gè)的回路。此時(shí)直流電機(jī)正轉(zhuǎn)。在HIN為高電平期間，VTVT4導(dǎo)通，在直流電機(jī)上加正向的工作電壓。我們可以采取雙PWM信號來控制直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)以及它的速度?！? H橋雙極性主電路 從上面的原理可以看出，產(chǎn)生高壓側(cè)門極驅(qū)動電壓的前提是低壓側(cè)必須有開關(guān)的動作，在高壓側(cè)截止期間低壓側(cè)必須導(dǎo)通，才能夠給自舉電容提供充電的通路?！　? （2）IGBT導(dǎo)通時(shí)承受的峰值電流: （32） 額定電電壓按220V供電電壓、額定功率10kVA容量算。但這本設(shè)計(jì)中IGBT仍然是本設(shè)計(jì)驅(qū)動的最理想器件。 (5)與MOSFET一樣，IGBT具有很大的輸入電阻和較小的輸入電容，則驅(qū)動功率低，開關(guān)速度高。 (3)較寬的低摻雜漂移區(qū)（n區(qū)）能夠承受很高的電壓，因而可以實(shí)現(xiàn)高耐壓的器件。 圖33 IGBT驅(qū)動電路 元器件的選擇比較、選型本設(shè)計(jì)采用IGBT，IGBT作為大功率的電路驅(qū)動器件，具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)IGBT在正常工作時(shí)，導(dǎo)通電阻較低，增大了器件的電流容量。120ns為兩路匹配傳輸導(dǎo)通延時(shí)，94ns為關(guān)斷延時(shí)。CMOS施密特觸發(fā)被應(yīng)用于IR2110輸入，滯后欠壓鎖定存在于兩路。 IR2110的引腳圖以及功能圖32 IR2110管腳圖 IR2110使用了兩種工藝，分別是閂鎖抗干擾CMOS工藝和HVIC，不管是高端還是低端，他們的輸出通道都是獨(dú)立的；但是與標(biāo)準(zhǔn)的CMOS輸出比較起來，它的邏輯輸入是兼容的；并且自舉電路用于浮置電源，500V是它工作電壓可以達(dá)到的最大值，du/dt=177。為了使得驅(qū)動電源路數(shù)目較其他IC驅(qū)動大大減小，它的上管驅(qū)動采用外部自舉電容上電。 芯片IR2110性能及特點(diǎn) IR2110是美國國際整流器公司(International Rectifier Company )于1990年前后推出的，它采用了兩種技術(shù)，分別是無門鎖CMOS技術(shù)和高壓集成電路，它相當(dāng)于是IGBT和大功率MOSFET的專用驅(qū)動集成電路,正是因?yàn)榫哂羞@種優(yōu)勢，他被廣泛應(yīng)用于馬達(dá)調(diào)速、電源變換等功率驅(qū)動領(lǐng)域。當(dāng)定時(shí)器還是當(dāng)計(jì)數(shù)器用，或者當(dāng)計(jì)數(shù)器用時(shí)它的計(jì)數(shù)范圍，或者當(dāng)定時(shí)器用時(shí)它的定時(shí)范圍，都可以通過它們的工作方式指令來設(shè)置，這就是通常所說的可編程。 AT89S52內(nèi)部包括了3個(gè)16位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器及看門狗定時(shí)器。這些中斷每個(gè)中斷源都可以通過置位或清除特殊寄存器IE中的相關(guān)中斷允許控制位分別使得中斷源有效或無效。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。被控量單片機(jī)控制器光電編碼器直流電機(jī)驅(qū)動電路+_r給定量PWM矩形波速度反饋y+ 圖22直流電機(jī)PWM調(diào)速系統(tǒng)原理圖