基于51單片機的直流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的課程設(shè)計-文庫吧資料
2025-06-24 21:31本頁面
【正文】 用光電脈沖信號發(fā)生器作為速度反饋的測量元件,光電脈沖信號發(fā)生器將電動機轉(zhuǎn)子的角位移量轉(zhuǎn)換成脈沖序列,通過計數(shù)器定時計數(shù)即可得到電動機轉(zhuǎn)速的數(shù)字式反饋量。 本系統(tǒng)采用霍爾元件作為檢測電動機電樞電流的傳感器,其電流容量為50A,轉(zhuǎn)換比例為1000：1。因而雙閉環(huán)系統(tǒng)中電網(wǎng)電壓擾動引起的動態(tài)速降（升）比單閉環(huán)小得多。第Ⅲ階段 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段（t2以后）ΔUn＝0 (n＝ n*)→ASR仍飽和→Ui≈ Uim* →Id≈ IdmIL→n↑n* →ΔUn0 →ASR退飽和→Ui*↓Uim*→Id↓→Id IL→n↓→n∞（轉(zhuǎn)速可能會經(jīng)過幾次振蕩，但轉(zhuǎn)速環(huán)會進行調(diào)節(jié)）結(jié)論：起動過程中，ASR飽和后，系統(tǒng)成為恒流調(diào)節(jié)系統(tǒng)；ASR退飽和后，系統(tǒng)達到穩(wěn)定運行時，表現(xiàn)為一轉(zhuǎn)速無靜差調(diào)速系統(tǒng)動態(tài)抗擾性能分析抗負載擾動作用:由雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)抗負載擾動作用的動態(tài)結(jié)構(gòu)圖可以死看出，負載擾動作用在電流環(huán)之外，轉(zhuǎn)速環(huán)之內(nèi)，所以雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在抗負載擾動方面和單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)只能依靠轉(zhuǎn)速環(huán)來進行抗擾調(diào)節(jié)。第 II 階段 恒流升速階段（t1 ~ t2）ASR飽和→Ui*≈Uim*→Id≈Idm→電機以恒加速度上升（n線性上升至n*）n↑→E↑→Id↓→Ui↓→ΔUi↑→Uct↑→Ud0↑→Id↑（Id維持Idm不變 ）在本階段中：（1）由于n的線性增長，使E為一個線性漸增的干擾量，ACR起調(diào)節(jié)作用，使Uct和Ud0基本上線性增長；（2）調(diào)整過程中，Id略低于Idm，保證ΔU0,Uct線性上升。在本階段：ASR由不飽和迅速飽和（Un增長慢）。按照轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR在起動過程中經(jīng)歷的不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程分成圖中標明的I、II、III三個階段。如果采用PI調(diào)節(jié)器，則有 為了引出電流反饋，在電動機的動態(tài)框圖中必須把電樞電流顯露出來。電流跟隨，起到了過流保護作用。2）①ASR不飽和。 電流給定有如下關(guān)系?? 因ASR不飽和，故。 或n0為理想空載轉(zhuǎn)速。、靜態(tài)模型雙閉環(huán)系統(tǒng)的靜特性如圖所示特點： 1）n0A 的特點 ①ASR不飽和。由于轉(zhuǎn)速與電流調(diào)節(jié)器采用PI調(diào)節(jié)器，所以系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)時， 轉(zhuǎn)速和電流均為無靜差。而輸出未達限幅時，調(diào)節(jié)器才起調(diào)節(jié)作用，使輸入偏差電壓在調(diào)節(jié)過程中趨于零，而在穩(wěn)態(tài)時為零。靜態(tài)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)特點（1） 兩個調(diào)節(jié)器，一環(huán)嵌套一環(huán)；速度環(huán)是外環(huán)，電流環(huán)是內(nèi)環(huán) 。電流環(huán)在內(nèi)，稱之為內(nèi)環(huán)；轉(zhuǎn)速環(huán)在外，稱之為外環(huán)。圖1－、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理圖。在電流控制回路中設(shè)置一個調(diào)節(jié)器，專門用于調(diào)節(jié)電流量，從而在調(diào)速系統(tǒng)中設(shè)置了轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器，形成轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速控制。為了提高生產(chǎn)率，要求盡量縮短起動、制動、反轉(zhuǎn)過渡過程的時間，最好的辦法是在過渡過程中始終保持電流（即動態(tài)轉(zhuǎn)矩）為允許的最大值，使系統(tǒng)盡最大可能加速起動，達到穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又讓電流立即降低，進入轉(zhuǎn)矩與負載相平衡的穩(wěn)態(tài)運行。 因為雙閉環(huán)采用轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器，能同時存在轉(zhuǎn)速和電流兩種負反饋，又能分別在不同的階段起作用。但是，如果對系統(tǒng)的動態(tài)性能要求較高，例如要求快速起制動，突加負載動態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)難以滿足需要，這主要是因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能隨心所欲地控制電流和轉(zhuǎn)矩的動態(tài)過程。轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)控制直流調(diào)速系統(tǒng)是性能很好、應(yīng)用最廣的直流調(diào)速系統(tǒng)。根據(jù)PWM控制的基本原理可知，一段時間內(nèi)加在慣性負載兩端的PWM脈沖與相等時間內(nèi)沖量相等的直流電加在負載上的電壓等效，那么如果在短時間T內(nèi)脈沖寬度為,幅值為U，： PWM脈沖，若令，即為占空比，則上式可化為： (U為脈沖幅值) ，那么與此脈沖等效的直流電壓的計算方法與上述相同，即 （為矩形脈沖占空比） 由式上式可知，要改變等效直流電壓的大小，可以通過改變脈沖幅值U和占空比來實現(xiàn)，因為在實際系統(tǒng)設(shè)計中脈沖幅值一般是恒定的，所以通常通過控制占空比的大小實現(xiàn)等效直流電壓在0～U之間任意調(diào)節(jié)，從而達到利用PWM控制技術(shù)實現(xiàn)對直流電機轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)的目的。同樣，由于開關(guān)頻率高,快速響應(yīng)特性好,動態(tài)抗干擾能力強，可以獲得很寬的頻帶；開關(guān)器件只工作在開關(guān)狀態(tài)，因此主電路損耗小、裝置效率高；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。其中，在變壓調(diào)速系統(tǒng)中，大體上又可分為可控整流式調(diào)速系統(tǒng)和直流PWM調(diào)速系統(tǒng)兩種。直流電動機的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)主要有三種方法：調(diào)節(jié)電樞供電的電壓、減弱勵磁磁通和改變電樞回路電阻。利用編碼器測得電機速度，經(jīng)過濾波電路得到直流電壓信號，把電壓信號輸入給A/D轉(zhuǎn)換芯片最后反饋給單片機，在內(nèi)部進行PI運算，輸出控制量完成閉環(huán)控制，實現(xiàn)電機的調(diào)速控制。本系統(tǒng)就是利用這種控制方式來改變電壓的占空比實現(xiàn)直流電機速度的控制。 沖量相同的各種窄脈沖的響應(yīng)波形PWM控制技術(shù)以其控制簡單、靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點而成為電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點。如果周期性的施加上述脈沖，則響應(yīng)也是周期性的。從波形可以看出，在的上升段，脈沖形狀不同時的形狀也略有不同，但其下降段幾乎完全相同。圖中為窄脈沖，、b、c、d所示，為電路的輸入。當(dāng)窄脈沖變?yōu)槿缦聢D的d所示的單位脈沖函數(shù)時，環(huán)節(jié)的響應(yīng)即為該環(huán)節(jié)的脈沖過渡函數(shù)。如果把各輸出波形用傅立葉變換分析，則其低頻段非常接近，僅在高頻段略有差異。沖量即指窄脈沖的面積。即通過對一系列脈沖的寬度進行調(diào)制，來等效地獲得所需要波形（含形狀和幅值）。關(guān)鍵詞：STC89C51單片機；直流電機；PWM；占空比；第一章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計第一節(jié) 系統(tǒng)方案選擇與總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 方案選擇 本系統(tǒng)利用MCS51系列單片機，通過PWM方式控制直流電機調(diào)速的方法。系統(tǒng)的硬件設(shè)計部分包括案件模塊、電動機驅(qū)動模塊、STC89C51單片機系統(tǒng)、保護電路、供電電源和直流電機。 本設(shè)計是基于單片機控制的PWM直流電機調(diào)速系統(tǒng)，系統(tǒng)以51單片機為核心，以直流電機為控制對象?；趩纹瑱C的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng) 直流調(diào)速控制系統(tǒng)課程設(shè)計題目：基于51單片機的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)院（系）：專業(yè)班級：學(xué) 號：學(xué)生姓名：指導(dǎo)老師： 摘要 3第一章 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 4第一節(jié) 系統(tǒng)方案選擇與總體結(jié)構(gòu)
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