【正文】 被控對象是直流電動機(jī),由圖51可知: UDO E= IDRε+LεdID∕dt = Rε(ID+TDdID∕dt) (51)對式（51）取拉式變換得 ID(s) 1/Rε UDO(s) – E(s) TDs+1 (52)其中, Rε= RD+2 RT +RP +Rr, RR為晶閘管重疊角等效電阻。圖51 單片機(jī)控制直流調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)其中UGn為速度給定，UGi為電流給定，UFn為速度反饋，UGi為電流反饋，Uk為觸發(fā)器輸入信號，E為電動機(jī)反電勢，UDO為晶閘管整流電壓，ID為主回路電流。交流電源線電壓Vac經(jīng)變壓器變壓，穩(wěn)壓管削波后輸入比較器LM339，比較器輸出再經(jīng)過光電隔離及反相后產(chǎn)生一個與Vac同相位的方波信號，輸出的方波信號加到上，它置為調(diào)變觸發(fā)方式。同步校正由80C31的定時器T0和外部中斷實現(xiàn)。該觸發(fā)脈沖經(jīng)CD4049提高驅(qū)動電流（CD4049是一個驅(qū)動功能的反相器），再經(jīng)過TIL117光隔離，從LM386低頻功率放大器得到最后的輸出脈沖，這樣可以提高輸出脈沖上升沿陡度，最后此脈沖去觸發(fā)對應(yīng)的晶閘管。每次把T△的補(bǔ)碼寫入T0中，在T0溢出時，轉(zhuǎn)到T0中斷處理程序，按脈沖分配表從P1口（～）輸出晶閘管觸發(fā)脈沖。其中利用T1作為定時器，計時Tc時間產(chǎn)生中斷，最后由轉(zhuǎn)速中斷程序完成轉(zhuǎn)速的測量等等。因此，M/T法測速能適應(yīng)的轉(zhuǎn)速范圍明顯大于前兩種，是目前廣泛應(yīng)用的一種測速方法。設(shè)高頻時鐘脈沖的頻率為f0，則準(zhǔn)確的測速時間Tt=M2/f0，而電動機(jī)轉(zhuǎn)速為采用M/T法測速時，應(yīng)保證高頻時鐘脈沖計數(shù)器與旋轉(zhuǎn)編碼器輸出脈沖計數(shù)器同時開啟與關(guān)閉，以減少誤差，只有等到編碼器輸出脈沖前沿到達(dá)時，兩個計數(shù)器才同時允許開始或者停止計數(shù)。在T法測速中，準(zhǔn)確的測速時間Tt是用所得的高頻時鐘脈沖個數(shù)M2計算出來的，即Tt=M2/f0，則電動機(jī)轉(zhuǎn)速為高速時M2小，量化誤差大，隨著轉(zhuǎn)速的降低誤差減小，所以T法測速適用于低速段。在編碼器兩個相鄰輸出脈沖的間隔時間內(nèi)，用一個計數(shù)器對已知頻率為f0的高頻時鐘脈沖進(jìn)行計數(shù)，并由此來計算轉(zhuǎn)速，稱為T法測速。所以M法測速只適用于高速段。在習(xí)慣上，時間Tc以秒為單位，而轉(zhuǎn)速是以每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)r/min為單位，則電動機(jī)的轉(zhuǎn)速為在上式中,Z和Tc均為常值,因此轉(zhuǎn)速n正比于脈沖個數(shù)M1。把M1除以Tc就得到了旋轉(zhuǎn)編碼器輸出脈沖的頻率f1=M1/Tc,所以又稱頻率法。1：M法測速。采用倍率電路可以有效地提高轉(zhuǎn)速分辨率，而不增加旋轉(zhuǎn)編碼器的光柵數(shù)，一般多采用四倍頻電路。采用簡單的鑒相電路就可以分辨出方向。為了獲得轉(zhuǎn)速的方向，可增加一對發(fā)光與接收裝置，使兩對發(fā)光與接收裝置錯開光柵節(jié)距的1/4，則兩組脈沖序列A和B的相位相差900，如圖46所示。通過光柵的作用，持續(xù)不斷地開發(fā)或封閉光通路，因此，在接收裝置的輸出端便得到頻率與轉(zhuǎn)速成正比的方波脈沖序列，從而可以計算轉(zhuǎn)速。絕對式編碼器常用于檢測轉(zhuǎn)角，若需得到轉(zhuǎn)速信號，必須對轉(zhuǎn)角進(jìn)行微分處理。旋轉(zhuǎn)編碼器可分為絕對式和增量式兩種。對于要求精度高、調(diào)速范圍大的系統(tǒng)，往往需要采用旋轉(zhuǎn)編碼器測速，即數(shù)字測速。模擬測速一般采用測速發(fā)電機(jī)，其輸出電壓不僅表示了轉(zhuǎn)速的大小，還包含了轉(zhuǎn)速的方向，在調(diào)速系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)速的方向也是不可缺少的。但這時，一方面成本將較高，另一方面計算將大大復(fù)雜，因為必須采用16位計算，所以在選型時應(yīng)該多方面考慮。這時，四位LED上將顯示對應(yīng)于電位器輸入的速度給定值，可調(diào)整電位器至顯示值為所需的給定值。速度給定采用電位器輸入，它加到IN1上。這時，MCU可讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果。寫入該地址，啟動A/D轉(zhuǎn)換器，通道地址由AAA0決定。使用80C31的雙閉環(huán)數(shù)字直流調(diào)速控制系統(tǒng)的硬件電路圖見附頁1所示。在80C31的P3口上外接三個按鍵，一個為啟動/停止鍵，用于啟動或停止電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；另兩個為顯示選擇鍵，一個用于控制顯示速度設(shè)定值，另一個用于控制顯示電流值，不按這兩個鍵時，顯示實際電機(jī)轉(zhuǎn)速。 單片機(jī)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)80C31外接27128EPROM作為16K程序存儲器，存放全部控制軟件。指令系統(tǒng)中設(shè)置了乘、除運(yùn)算指令、數(shù)據(jù)查找指令和位處理指令等。綜上，本系統(tǒng)采用Inter的MCS51中的80C31單片機(jī)。它們能在幾微秒內(nèi)完成16位加法和乘法，并且有10位A/D轉(zhuǎn)換器、16位高性能多功能定時器系統(tǒng)，可完成調(diào)速系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計算、控制輸出等功能。表41 脈沖分配表（0有效）單元地址數(shù)據(jù)（由I/O口輸出）被觸發(fā)晶閘管MM+1M+2M+3M+4M+5X X 0 1 1 1 1 0X X 1 1 1 1 0 0X X 1 1 1 0 0 1X X 1 1 0 0 1 1X X 1 0 0 1 1 1X X 0 0 1 1 1 1SCR6,1SCR1,2SCR2,3SCR3,4SCR4,5SCR5,6 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計雙閉環(huán)數(shù)字直流調(diào)速控制系統(tǒng)得采樣周期比較快，計算和控制任務(wù)也比較繁忙，因此需要使用高性能的單片機(jī)。為了方便起見，可建立一個脈沖分配表，如表41，它放于程序存儲器中。對于50Hz的交流電而言，控制角α對應(yīng)的時間為：Tα=α*106/360*50 （μs） (45)為了加快計算速度，可采用查表法或插值查表法來按uk值計算Tα值。由它可算出對應(yīng)于某一uk值的α值。如要求觸發(fā)整流環(huán)節(jié)為一個放大系數(shù)為Ks的線性環(huán)節(jié)，則有：ud==Ksuk即有cosα= KsUk/=udmaxuk/ ==cosαminuk/ ukmax=λukα=arcos(λuk) (44)式中，λ=cosαmin/ ukmax是一個與最小控制角αmin和最大控制輸出ukmax有關(guān)系的常數(shù)。對于數(shù)字調(diào)節(jié)器，要求對象為線性系統(tǒng)。每隔3600來一個同步脈沖（取自線電壓uac的過零點(diǎn)），以此為基準(zhǔn)點(diǎn)。交流電的一個周期（對頻率為50Hz為20ms）對應(yīng)于3600，故600對應(yīng)于10/3 ms。當(dāng)α由αk1變?yōu)棣羕時，應(yīng)有：Δ=αkαk1+600在控制時，一般均使用單片機(jī)的定時器來完成觸發(fā)脈沖輸出。 控制算法設(shè)相鄰控硅之間觸發(fā)脈沖間距角為Δ。在三相全控橋式整流電路中，一般則常使用相對觸發(fā)方式。因此，在相對觸發(fā)方式時，應(yīng)在一個周期內(nèi)用同步脈沖信號進(jìn)行一次校正，以避免誤差的積累。相對觸發(fā)方式是以前一觸發(fā)脈沖為基準(zhǔn)來確定后一觸發(fā)脈沖時刻，它用加長或縮短相鄰兩次觸發(fā)脈沖之間的間距來改變控制角，在穩(wěn)態(tài)時，這個間距等于600，控制角α改變時，該間距應(yīng)相應(yīng)改變。所謂絕對觸發(fā)方法就是指觸發(fā)脈沖形成的時刻都直接取決于基準(zhǔn)時刻點(diǎn)。圖43 晶閘管觸發(fā)時刻(α=00)及觸發(fā)順序單片機(jī)在觸發(fā)晶閘管時,根據(jù)電流控制器的輸出控制值uk，以同步基準(zhǔn)點(diǎn)位參考點(diǎn)，算出晶閘管控制角α的大小，再通過定時器按控制角的大小以及觸發(fā)順序，準(zhǔn)確地向各個晶閘管發(fā)出觸發(fā)脈沖。相電壓曲線的交點(diǎn)t1～t6,就是晶閘管SCR1～SCR6的控制角起點(diǎn)。在觸發(fā)時，采用雙脈沖觸發(fā)方式，每次兩組各有一個晶閘管導(dǎo)通。圖31 主電路及保護(hù)電路原理圖第4章 控制電路與單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計 晶閘管觸發(fā)控制電路設(shè)計 晶閘管觸發(fā)方法晶閘管三相全控橋式整流電路簡圖如圖41所示。為實現(xiàn)弱磁保護(hù)，在磁場回路中串入了欠電流繼電器KA ，動作電流通過RPI 調(diào)整。額定電流可查得K=，ID(AV)=(~2)K Ii =(~2)**=可選用ZP型3A、700V的二極管。=－2= mH一般說來，均衡電抗器和平波電抗器分設(shè)的方案比較經(jīng)濟(jì)，故采用較為普遍?？赡嫦到y(tǒng)中限制環(huán)流電抗器（又稱均衡電抗器），電感量（單位為mH）的計算公式為：式中－計算系數(shù)，一般?。剑?－要求的環(huán)流值，通常取＝（3％～10％）（為直流電動機(jī)電樞電流）。本設(shè)計中取=、=6所以==4）實際串入電抗器的電感量考慮輸出電流連續(xù)時的實際電感量：Ｎ在三相橋式電路中?。?，其余電路可?。?。一般無補(bǔ)償電動機(jī)取8～12，快速無補(bǔ)償電動機(jī)取6～8，有補(bǔ)償電動機(jī)取5～6。平波電抗器的臨界電感量（單位為mＨ）可用下式計算式中　－系數(shù)，與整流電路形式有關(guān)，－電流最大允許脈動系數(shù)，通常單相電路≤20％，三相電路≤（5～10）％。通常負(fù)載需要的只是直流分量，對電動機(jī)負(fù)載來說，過大的交流分量會使電動機(jī)換向惡化和鐵耗增加，引起過熱。根據(jù)本電路形式查得=所以==2）限制輸出電流脈動的電感量由于晶閘管整流裝置的輸出電壓是脈動的，因此輸出電流波形也是脈動的。1）算出電流連續(xù)的臨界電感量可用下式計算，單位mH。為了使直流負(fù)載得到平滑的直流電流，通常在整流輸出電路中串入帶有氣隙的鐵心電抗器，稱平波電抗器。在容量較小系統(tǒng)中，也可把接晶閘管的導(dǎo)線繞上一定圈數(shù)，或在導(dǎo)線上套上一個或幾個磁環(huán)來代替橋臂電抗器。限制，除在阻容保護(hù)中選擇合適的電阻外，也可采用與限制相同的措施，即在每個橋臂上串聯(lián)一個電感。因此對晶閘管的電流上升率必須有所限制。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。2） 晶閘管串連的快速熔斷器的選擇I=I2=，IT===選取RLS10快速熔斷器，熔體額定電流4A?？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)。PR=fCUm2106=50106(120)2106=106W選R為20Ω普通金屬膜電阻器。得 C=，R=100Ω。3）閘管及整流二極管兩端的過電壓保護(hù) 查下表：阻容保護(hù)的數(shù)值一般根據(jù)經(jīng)驗選定晶閘管額定電流/μA1020501002005001000電容/μF12電阻/Ω1008040201052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。U1MA=（）UDC=() 230=414460V選MY31440/5型壓敏電阻。但采用阻容保護(hù)易影響系統(tǒng)的快速性，并且會造成加大。允許偏差+10％（242V）。 壓敏電阻的計算U1MA==120=流通量取5KVA。 選取： S=1~10KVA，=1~5，所以=3R≥ U22/S=1202/103=IC=2πfCUC106=2π5040106120106=106APR≥(34)IC2R=(34) （106）2=（）1013W選取電阻為ZB110的電阻。C≥6IemS/U22=6334103/1202=耐壓≥=120=選取20181。變壓器接法單相三相、二次Ｙ聯(lián)結(jié)三相二次Ｄ聯(lián)結(jié)阻容裝置接法與變壓器二次側(cè)并聯(lián)Y聯(lián)結(jié)D聯(lián)結(jié)Y聯(lián)結(jié)D聯(lián)結(jié)電容ＣＣ1/3C3CC電阻ＲＲ3R1/3RR本系統(tǒng)采用DY連接。Error! No bookmark name given. 阻容保護(hù) 即在變壓器二次側(cè)并聯(lián)電阻R和電容C進(jìn)行保護(hù)。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。設(shè)計晶閘管電路除了正確的選擇晶閘管的額定電壓、額定電流等參數(shù)外，還必須采取必要的過電壓、過電流保護(hù)措施。故選晶閘管的型號為。