【正文】 可靠性使得其應用非常廣泛。： 打印機接口電路原理圖設計采用74LVC4245型三態(tài)雙向總線驅動器作為打印機與DSP進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕涌冢撔酒⒕哂须娖睫D換的功能。 總線的數(shù)據(jù)傳輸時序圖目前市場上出現(xiàn)多種接口打印機，主要有并行接口、串行接口、USB接口。由于該芯片采用二線制的總線接口，二線協(xié)議由芯片引腳SDA、SCL的狀態(tài)決定。其功能強大可以滿足用戶大多數(shù)需要，性價比高。其擦寫使用壽命長，芯片的擦寫次數(shù)可以多達100億次。本設計選用Ramtron公司推出的新一代多功能系統(tǒng)監(jiān)控和非易失性鐵電存儲芯片F(xiàn)M31256。通過擴展內部數(shù)據(jù)存儲器記錄系統(tǒng)運行時出現(xiàn)的故障或異常信息供用戶參考，以便提高故障檢測效率，更好的維護系統(tǒng)。 IPM故障綜合處理電路上圖為IPM故障保護及報警電路，輸入故障為過壓、欠壓、過流、過溫等故障信號，當出現(xiàn)過壓、欠壓、過流、過溫時，IPM智能模塊輸出高電壓，經過三極管控制電路控制與非門的輸入端輸，使得與非門的輸入為0，輸出為1，此時，置位D觸發(fā)器，控制D觸發(fā)器輸出端Q輸出高電平，輸出ERROR信號，其電平為低電平，封鎖SN74LS640，即IPM的輸出；與此同時PDPINTA輸出為低電平，產生DSP高級別功率驅動保護中斷，將PWM輸出引腳（EVA）置為高阻態(tài)。 通訊電源電路 IPM驅動與保護電路設計 IPM驅動電路。圖中MAX232為RS232電平轉換芯片，能實現(xiàn)TTL電平和CMOS電平的轉換，采用光耦隔離芯片6N137隔離信號，并需采用隔離的電源作為通訊接口供電電源。圖中芯片SN75176為RS485差分雙向通訊芯片。本設計采用臺灣維綸公司生產的型號為MT506觸摸屏設計人機交互界面。 故障綜合處理保護電路由于系統(tǒng)中有4路檢測信號，其中兩路為電流傳感器檢測信號，一路為電壓傳感器檢測信號，另一路為溫度檢測信號，故上述原理圖中需設置4路檢測電路和故障綜合處理保護電路。此時XINT處電位為4V，即TTL電平中的高電平，此電平輸入DSP的XINT引腳引起外部中斷，啟動保護程序，保護系統(tǒng)。由圖可知，二極管DM6和UM4A構成的反相器構成邏輯‘或’，使得過壓報警輸出信號始終為一個非負的電壓信號。當電動機軸上的光電編碼脈沖產生時，電機的旋轉方向可以通過檢測兩個脈沖序列的哪一列先到來確定，而脈沖頻率決定電機轉速大小。正交編碼脈沖電路的方向檢測邏輯決定了兩個脈沖序列中哪一個是先導系列。通過編碼器測速輸出兩路相互正交的編碼脈沖。由穩(wěn)壓芯片REF5030組成的穩(wěn)壓電路主要為系統(tǒng)A/D模塊提供偏置電壓。主要用于給系統(tǒng)模擬電路、數(shù)字電路、通訊模塊以及DSP控制器供電。 系統(tǒng)功能模塊電路設計 系統(tǒng)電源電路設計 電源模塊電路，由上圖可知該模塊主要包括三個模塊，即濾波電路、穩(wěn)壓電路和電源工作指示電路。TMS320LF2407A片內集成了豐富的外設，大大的減少了系統(tǒng)外圍電路的設計，提高系統(tǒng)的集成度，縮短產品的開發(fā)周期。 TMS320LF2407A的CPU是基于TMS320C2XX的16位定點低功耗內核。TMS32LF2407A采用了高性能靜態(tài)CMOS制造技術，具有4種低功耗工作方式，降低了處理器的功耗。根據(jù)上述基本設計要求，本系統(tǒng)采用TI公司專用于電動機控制的高速數(shù)字處理器TMS320LF2407A。3）：設計具有SCI、SPI串行通信能力的通訊電路。 控制器選型根據(jù)本設計要求，本系統(tǒng)采用高速數(shù)字處理器完成直流可逆調速系統(tǒng)的調速，實現(xiàn)如下基本功能：1）：具有高精度、高采樣速率的A/D轉換功能。驅動電源電壓均為+15V。 ms。同理當發(fā)生過流（流過IGBT的電流過大）、過溫、短路故障時，IPM內部的保護電路保護IGBT不受損害，輸出故障信號?？刂破魍ㄟ^檢測來判斷是否發(fā)生了過溫、過流、欠壓或短路故障，并確定故障類型，作出相應的處理，保護IPM模塊。P、N為模塊輸入端子，直接接入整流電路直流側的輸出，其輸入電壓安全范圍為0~800V；U、V、W為功率驅動模塊的輸出端子；BP間接入卸流電阻，在能耗制動過程為制動能量的消耗提供回路；VUP1VUPC，VVP1VVPC，VWP1 VWPC，VN1VNC間接入15V直流電源，為功率驅動模塊提供電源；UPVUPC，VPVVPC，WPVWPC，UNVNC，VNVNC，WNVNC，BrVNC間接入用于控制IGBT的放大的PWM控制信號。 IPM選型及介紹根據(jù)前面計算得出，整流電路整流后輸出直流電壓為314V，出于安全考慮，我們選用日本三菱公司推出的50 A/1200 V智能功率模塊PM50RSA120，其基本參數(shù)：峰值電流100A，直流側額定輸入電壓1200V，內部自帶卸流管，開關頻率20 kHz。在實際應用過程當中，當主回路電流過大時，也可以開通，實現(xiàn)卸流處理。根據(jù)上式可知，在大容量或負載較大的慣性系統(tǒng)中，不可能只靠電容器來限制泵升電壓。對于PWM變換器的濾波電容MC1，不僅具有濾波作用，還有當電機制動時吸收系統(tǒng)的動能的作用。因為突加給定瞬間，濾波電容等效短路，此時整流橋與電容構成一個短路回路，回路中瞬間電流很大，合上電源后，延時開關將MR1短路，以免在運行中造成附加損耗。C=5T(2*Rloop)=3703uF （）根據(jù)電容串聯(lián)，我們選用2個電容為10000uF，耐壓值為400V的電解電容。一般，在橋式全波整流的情況下，根據(jù)下式選擇濾波電容的容量： （）此處計算選取5倍。電容充電時，回路電阻為整流電路的內阻，即變壓器內阻和二極管的導通內阻，其數(shù)值很小，因而時間常數(shù)很小，充電很快。我們在設計時，在整流橋直流側兩端并聯(lián)一個2個電解電容，利用電容的充、放電作用，使輸出電壓趨于平滑。直流電源中濾波電路的顯著特點為：均采用無源電路，即采用電容、電感等儲能元件完成濾波。針對低頻整流電路，我們可以直接采用符合參數(shù)的耐高壓普通二極管。把電動機當做一個阻感性負載，為使得負載電流連續(xù)，一般在電路中串入一較大電感，該電感值計算公式如下： L= （）L包括整流變壓器的漏感、電樞電感和平波電抗器的電感，前者數(shù)值都可以忽略，一般取電動機的額定電流的；=300mh。 數(shù)字調速系統(tǒng)主電路原理圖本設計采用三相橋式不可控整流電路經電容濾波后提供直流電源，供后級的斬波器使用。 微機數(shù)字控制器系統(tǒng)整體硬件結構圖 系統(tǒng)參數(shù)計算與器件選型 主電路及相關參數(shù)計算本部分電路主要完成系統(tǒng)的PWM調速，包括PWM交流調速，PWM直流調速。2）：功率驅動單元根據(jù)PWM控制信號控制功率開關管的導通和關閉從而控制電動機電樞兩端的輸入電壓，實現(xiàn)電動機轉速控制。我們可以利用DSP內部強大的乘法器功能對數(shù)據(jù)進行高速處理，充分利用其內部集成的功能模塊，例如用于通訊的CAN,SPI,SCI和模數(shù)轉換AD/DA模塊，并通過設計外圍電路實現(xiàn)完整的可逆直流調速系統(tǒng)。 微機數(shù)字控制的雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)原理圖數(shù)字控制系統(tǒng)中的變換器UPE可以是晶閘管可控整流器，也可以是直流PWM功率變換器，我們采用前面分析討論的雙極性PWM可逆驅動器。在使用雙極性驅動時，同樣要設置PWM輸出死區(qū)控制時間，防止開關管直通，以免損壞器件。 電動機正向運行時的電壓電流波形圖 直流電機反向運行時的電壓電流波形圖雙極性驅動時，電動機可在4個象限上工作，低速時的高頻振蕩有利于消除負載的靜摩擦，低速平穩(wěn)性好，但由于在工作過程中，4個開關管都處在開關狀態(tài)，故其功率損耗大。 H型雙極可逆PWM變換器針對VTVT4而言，在每個PWM波的導通時間內，VTVT3截止，電動機電樞兩端承受正向電源電壓；而在每個PWM波的關閉時間內，VTVT3導通，電動機電樞兩端承受反向的電源電壓，由于在每個PWM周期內電樞電壓經歷正反兩次變化，故將此變換器稱作為雙極性變換器。由圖可知，圖中共有4個功率驅動開關器件即VTVTVTVT4，其中VT1與VT4共同一路PWM控制信號，而VTVT3共另一路PWM控制信號，且此兩路PWM控制信號互為反向關系。由于開關功率器件存在開通關斷延時，在工作切換時可能發(fā)生上、下橋臂直通的故障，為防止直通，應設置邏輯延時，在使用DSP控制時，可以直接設置該芯片中自帶的EVA，EVB模塊中的PWM輸出死區(qū)時間控制。電動機的制動液可以采取電機反轉制動，提高制動速率，此時電動機兩端加上反向電源電壓，使得電機電流在短時間內發(fā)生方向改變，從而進入電動機的反轉運行狀態(tài)，其工作原理與電機正轉同理。當電動機由正轉切換到反轉時，電動機首先完成制動動作，制動過程中，電機電樞平均電壓Ua小于感應電動勢Ea。 H型單極性可逆PWM變換器單極性制可逆變換器的4個驅動電壓滿足如下關系：Ug1=Ug2， Ug3=Ug4，當電動機正轉時，H橋導通回路為2，此狀態(tài)下VT4保持常閉，VT3保持常開狀態(tài)，VT1開關管的導通與關閉由PWM控制信號決定，而VT2則受PWM的反向控制信號控制；當電動機反轉時，H橋導通回路為4，此狀態(tài)下VT1保持常閉，VT2保持常開狀態(tài)，VT3開關管的導通與關閉由PWM控制信號決定，而VT4則受PWM的反向控制信號控制。為了使電動機滿足大多數(shù)應用場合，應使電動機既能工作在正轉也能工作在反轉狀態(tài)，且相互間可以安全穩(wěn)定切換，為了實現(xiàn)這中要求，我們采用可逆PWM變換器，可逆PWM可逆變換器主電路有多種形式，最常用的是H型橋式電路。 H型可逆PWM系統(tǒng)DSP控制分析由于調節(jié)電樞電壓時，保持電樞電流不變，即保持電動機的輸出轉矩不變，可以得到具有恒轉矩特性的大調速范圍，因此大多數(shù)應用場合采用電樞電壓控制方法，我們研究課題將采用DSP控制電機電樞電壓。為了獲得良好的靜、動態(tài)性能，我們選擇PI控制器作為轉速、電流調節(jié)器，并實現(xiàn)轉速調節(jié)和電流調節(jié)嵌套聯(lián)接，： 雙閉環(huán)直流調速系統(tǒng)原理方框圖由圖可知為給定電壓，轉速反饋電壓為Un，ASR的輸出電壓作為ACR的輸入給定電壓，而電流調節(jié)器ACR的輸出Ui控制電力電子變換器的平均輸出電壓Ud。經過對上述調速控制方法的對比分析，我們得出采用調節(jié)電源電壓的方式控制電動機的轉速。3)：弱磁調速法。第二章 PWM直流可逆調速系統(tǒng)原理直流電動機的轉速n的表達式： （）上式中：n電動機的轉速 U電動機電樞兩端的電壓 電動機電樞回路的電流 電動機電樞回路的總電阻由公式（）式可知，直流電動機的調速方法有如下三種：1)：電樞串電阻Ra調速法。3)：熟悉相關設備的運用，掌握嵌入式C語言的實時程序設計，能熟練使用開發(fā)工具（Autium Desinger、Matlab、Labview）設計和調試相關模塊；4)：以DSP高速控制器為核心，設計具有CAN通信接口，有組網(wǎng)能力，高時間分辨率、高采樣速率、高精度的新型直流調速系統(tǒng)；5)：編寫相應的調速軟件，檢測速度、電流，并獲取實驗結果以及設計相關的人機接口，通信接口。本論文的主要設計要求：1)：通過畢業(yè)設計，培養(yǎng)查閱、整理科技文獻資料以及獨立從事科研工作的能力。軟件上，著重分析雙閉環(huán)控制器，重點討論PI控制器與模糊控制器在直流可逆調速系統(tǒng)的作用與區(qū)別，最后并給出相關的仿真設計與實驗結果?；谏鲜鰞?yōu)點，直流脈寬調速系統(tǒng)應用日益廣泛，現(xiàn)已經完全取代了VM系統(tǒng)。5)：直流電源采用不可控整流時，電網(wǎng)功率因數(shù)比相控整流器高。3)：低速性能好，穩(wěn)定度高，調速范圍寬，可達1：10000左右。VT1和VT4同時導通和關斷，VT2和VT3同時通斷，使得電動機兩端承受電壓+Us或Us改變兩組開關器件導通的時間，也就改變了電壓脈沖的寬度，： 橋式可逆脈寬調速系統(tǒng)電壓波形圖如果用ton表示VT1和VT4的導通時間，T為開關周期，蟻為占空比，則電動機兩端電樞電壓平均值為：Ud=tonTUsTtTUs=2tonT1Us=2蟻1Us （）與VM系統(tǒng)相比，直流PWM系統(tǒng)具有如下優(yōu)點：1)：主電路線路簡單，需要的功率器件少。 直流脈寬調速系統(tǒng)隨著新型全控型電力電子器件的出現(xiàn)以及高頻變換器的發(fā)展，使得全控型開關變換器整流裝置逐步在電機調速系統(tǒng)中得到應用和發(fā)展，并形成脈寬調制直流電動機調速系統(tǒng)，簡稱直流脈寬調速系統(tǒng)或直流PWM調速系統(tǒng)。由于晶閘管的單向導電性，使得電動機的可逆運行難以實現(xiàn)，為了實現(xiàn)電動機4象限運行，實現(xiàn)電動機正反轉，則需要采用正、反兩組全控整流電路，此外，晶閘管對過電壓，過電流和過高的didt和dudt都十分敏感，這使得必須要有可靠的保護電路和符合要求的散熱條件，而且在選擇器件時還應留有一定的余量。圖中VT是晶閘管可控整流器，通過調節(jié)觸發(fā)裝置GT的移相觸發(fā)脈沖的控制電壓 Uc即可改變VT的輸出電壓，即電動機的平均電樞電壓Ud，從而實現(xiàn)電機調速。隨著電力電子技術的高速發(fā)展和新的電力電子器件的出現(xiàn)，尤其晶閘管的問世，使得基于可控整流器的調速系統(tǒng)逐步取代前面的GM系統(tǒng)和離子拖動變流裝置。 靜止式可控整流器為了克服GM系統(tǒng)的上述缺點，在20世紀60年代以后人們開始采用各種靜止式的變壓或變流裝置來替代旋轉變流機組。由上圖可知，通過三相異步電動機M拖動直流發(fā)電機G發(fā)電，然后由直流電動機G給直流電動機M供電，通過調節(jié)G的勵磁電流if來調節(jié)發(fā)電機G的輸出電壓，即直流電動機G的電樞電壓，從而實現(xiàn)系統(tǒng)調速。 GM系統(tǒng) 變流機組直流調速系統(tǒng)（GM系統(tǒng)）原理圖。2)：使用靜止式的可控整流器獲得可調的直流電壓法。隨著永磁材料和工藝的發(fā)展，已將直流電動機的勵磁部分用永磁材料代替，產生永磁直流電動機，這種電機結構簡單，體積小，能源利用率高，在生產實踐中得到充分的應用。直流電動機控制技術