【正文】 而減小，各特性線斜率不變，由此可實現(xiàn)額定轉(zhuǎn)速以下大范圍平滑調(diào)速，并且在整個調(diào)速范圍內(nèi)機械特性硬度不變。弱磁調(diào)速雖然能實現(xiàn)平滑調(diào)速，但其調(diào)速范圍太小，特性較軟，因而只是在額定轉(zhuǎn)速以上作小范圍升速時才采用。如圖22，Q減小，n。山于電阻耗能大，機械特性軟，調(diào)速范圍窄，不能實現(xiàn)無級平滑調(diào)速，只用于一些要求不高的場合。，總電阻R越大，特性線斜率越大，機械特性越軟。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加產(chǎn)量，提高生產(chǎn)效率，越來越多的生產(chǎn)機械要求能實現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與相應(yīng)的自動化控制，并且對電力傳動裝置的拖動性能要求也越來越高。 第二章 單閉環(huán)控制直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)在現(xiàn)代化上業(yè)生產(chǎn)中，生產(chǎn)機械都不停地運動著，幾乎無處不使用電力傳動裝置。由于微機具有較佳的性能價格比，所以微機在工業(yè)過程及設(shè)備控制中得到日益廣泛的應(yīng)用。 采用微機控制后，整個調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)全數(shù)字化，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，操作維護方便，電機穩(wěn)態(tài)運行時轉(zhuǎn)速精度可達到較高水平。全數(shù)字化直流調(diào)速裝置作為最新控制水平的傳動方式更顯示了強大優(yōu)勢。電機調(diào)速系統(tǒng)采用微機實現(xiàn)數(shù)字化控制，是電氣傳動發(fā)展的主要方向之一從80年代中后期起，世界各大電氣公司都在競相開發(fā)數(shù)字式調(diào)速傳動裝置，當(dāng)前直流調(diào)速己發(fā)展到一個很高的技術(shù)水平；功率元件采用可控硅；控制板采用表面安裝技術(shù):控制方式采用電源換相、相位控制。 (6)信息處理能力強，可以完成各種數(shù)據(jù)的處理，及時給操作人員提供有用的信息和指示。它有豐富的邏輯判斷功能和大容量的存儲單元，因此有可能實現(xiàn)復(fù)雜的控制規(guī)律，如采樣參數(shù)辨識、優(yōu)化控制等現(xiàn)代控制理論所提供的控制算法，以達到較高的控制質(zhì)量。 (3)計算機具有記憶和判斷功能，系統(tǒng)的控制方式由軟件決定，若要改變控制規(guī)律，一般不必改變系統(tǒng)的硬件，只需按新的控制規(guī)律編出新的程序即可；且可在運行中隨時根據(jù)不同的電機上作狀態(tài)，選擇最有利的系統(tǒng)參數(shù)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及控制策略等；使系統(tǒng)具有很強的靈活性和適應(yīng)性。 電機采用微機控制，還具有以下特點: (1) 硬件比較簡單，用少量芯片就可完成很多功能，且易于通用化。在微機控制系統(tǒng)中，通常是既有模擬信號，也有數(shù)字信號；既有連續(xù)信號，也有離散信號。為了提高性能，在先進的數(shù)控交流伺服系統(tǒng)中，己采用高速數(shù)字化處理芯片(DIGITAL SIGNAL PROCESSOR，簡稱DSP)，其指令執(zhí)行速度達到每秒數(shù)百兆以上，且具有適合于矩陣運算的指令。傳統(tǒng)的直流電機和交流電機各有優(yōu)缺點，直流電機調(diào)速性能好，但帶有機械換向器，有機械磨損及換向火花等問題；交流電機，不論是異步電機還是同步電機，結(jié)構(gòu)都比直流電機簡單，工作也比直流電機可靠，但在頻率恒定的電網(wǎng)上運行時，它們的速度不能方便而經(jīng)濟地調(diào)節(jié)。對于復(fù)雜的電機控制，則要用微機控制電機的電壓、電流、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角等等，使電機按給定的指令準確工作。比較簡單的電機微機控制，只要用微機控制繼電器或電子開關(guān)元件使電路開通或關(guān)斷就可以了。此外，電力電子的發(fā)展，使得大功率電子器件的性能迅速提高。所以，直流傳動控制采用微機實現(xiàn)全數(shù)字化，使直流調(diào)速系統(tǒng)進入一個嶄新的階段。所以，全數(shù)字直流調(diào)速控制精度和可靠性比模擬直流調(diào)速系統(tǒng)大大提高。隨著計算機控制技術(shù)的發(fā)展，直流傳動系統(tǒng)己經(jīng)廣泛使用微機，實現(xiàn)了全數(shù)字化控制。所以，今后一個階段在調(diào)速要求較高的場合，如軋鋼廠、海上鉆井平臺等，直流調(diào)速仍然處于主要地位。直流調(diào)速技術(shù)不斷發(fā)展，走向成熟化、完善化、系列化、標(biāo)準化，在可逆脈寬調(diào)速、高精度的電氣傳動領(lǐng)域中仍然難以替代。同時，控制電路己經(jīng)實現(xiàn)高集成化、小型化、高可靠性及低成本。三十多年來，直流電機傳動經(jīng)歷了重大的變革。在要求調(diào)速性能較高的場合，一般都采用直流電氣傳動。因電機種類的不同分為直流電動機傳動(簡稱直流傳動)、交流電動機傳動(簡稱交流傳動)、步進電機傳動(簡稱步進傳動)、伺服電動機傳動(簡稱伺服傳動)等等。通過實時測試與調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速/電流，此調(diào)速系統(tǒng)可獲得快速、精確的調(diào)速效果。論文分析了系統(tǒng)上作原理和提高調(diào)速性能的方法，研究了IGBT模塊應(yīng)用中驅(qū)動、吸收、保護控制等關(guān)鍵技術(shù)在微機控制方面，討論了數(shù)字觸發(fā)、數(shù)字測速、數(shù)字PWM調(diào)制器、雙極式H型PWM變換電路、轉(zhuǎn)速與電流控制器的原理，并給出了軟、硬件實現(xiàn)方案。本文對基于微機控制的雙閉環(huán)可逆自流PWM調(diào)速系統(tǒng)進行了較深入的研究，從直流調(diào)速系統(tǒng)原理出發(fā)，逐步建立了雙閉環(huán)直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，用微機硬件和軟件發(fā)展的最新成果，探討一個將微機和電力拖動控制相結(jié)合的新的控制方法，研究上作在對控制對象全面回顧的基礎(chǔ)上，重點對控制部分展開研究，它包括對實現(xiàn)控制所需要的硬件和軟件的探討，控制策略和控制算法的探討等內(nèi)容。長期以來，直流電動機因其具有調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速比較靈活、方法簡單、易于大范圍內(nèi)平滑調(diào)速、控制性能好等特點，一直在傳動領(lǐng)域占有統(tǒng)治地位。畢業(yè)設(shè)計（論文） 題　　目：全數(shù)字化雙閉環(huán)可逆直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的研究 雙閉環(huán)可逆直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計作　　者： 系 （部）： 專業(yè)班級： 　 職　　稱：　　 講 師 摘 要 當(dāng)今，自動化控制系統(tǒng)己經(jīng)在各行各業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，而直流調(diào)速控制作為電氣傳動的主流在現(xiàn)代化生產(chǎn)中起著主要作用。本文主要研究直流調(diào)速系統(tǒng)，它主要由三部分組成，包括控制部分、功率部分、直流電動機。 微機技術(shù)的快速發(fā)展，在控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在硬件方面充分利用微機外設(shè)接口豐富，運算速度快的特點，采取軟件和硬件相結(jié)合的措施，實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的控制。該方案以89C52微機為核心，分別采用了8255,8253, 8279, ADC0809, 741914等芯片與一些外圍電路。關(guān)鍵詞:直流可逆調(diào)速，數(shù)字觸發(fā)，PWM，數(shù)字控制器Keywords: reversible DC timing system, number touch off, PulseWidth Modulation, number controller目 錄 第一章 引言 1 1 1 2 2第二章 單閉環(huán)控制直流脈寬調(diào)速系統(tǒng) 4 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)簡介 4 自流電動機的調(diào)速力一案 4 5 5 采用比例調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)控制脈寬調(diào)速系統(tǒng) 7 比例積分單閉環(huán)脈寬控制系統(tǒng)(無靜差系統(tǒng)) 8 9第三章 微機控制雙閉環(huán)可逆直流PWM調(diào)速系統(tǒng)原理設(shè)計 1電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)及其靜特性 11 1電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的組成 12 12 14 15 15 15 16 18 電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計 18 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計 19 可逆PWM變換器 19 可逆PWM變換器工作原理 19 IGBT緩沖電路 21 23 脈寬調(diào)速系統(tǒng)的電流脈動量和轉(zhuǎn)速脈動量 24 24 26 2開關(guān)損耗和最佳開關(guān)頻率 29 29 開關(guān)損耗 30 最佳開關(guān)頻率 31 本章小結(jié) 31第四章 雙閉環(huán)可逆直流PWM調(diào)速系統(tǒng)的硬件設(shè)計 33 雙閉環(huán)可逆直流PWM調(diào)速系統(tǒng)簡介 33 33 34 34 8253可編程定時器/計數(shù)器芯片 35 8279可編程鍵盤、顯示接口芯片 36 A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809 36 36 M/T法測速原理 37 數(shù)字測速硬件電路 37 38 39 40 41第五章 調(diào)速系統(tǒng)的軟件設(shè)計 42 42 42 44 44 44 49 49 50 51第六章 硬件電路的改進 52第七章 總結(jié) 54參考文獻 55致謝 56附錄A系統(tǒng)程序清單 57第一章 引言電氣傳動技術(shù)以電動機控制為控制對象，以微電子裝置為核心，以電力電子功率變換裝置為執(zhí)行機構(gòu)，在自動控制理論指導(dǎo)下組成電氣傳動控制系統(tǒng)。眾所周知，與交流調(diào)速系統(tǒng)相比，由于直流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速精度高，調(diào)速范圍廣，變流裝置控制簡單，長期以來在調(diào)速傳動中占統(tǒng)治地位。目前，通過對電動機的控制，將電能轉(zhuǎn)換為機械能進而控制上作機械按給定的運動規(guī)律運行且使之滿足特定要求的新型電氣傳動自動化技術(shù)己廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。首先實現(xiàn)了整流器的更新?lián)Q代，以晶閘管整流裝置取代了習(xí)用己久的直流發(fā)電機電動機組及水銀整流裝置使自流電氣傳動完成了一次大的躍進。以上技術(shù)的應(yīng)用，使直流調(diào)速系統(tǒng)的性能指標(biāo)大幅提高，應(yīng)用范圍不斷擴大。由于直流電氣傳動技術(shù)的研究和應(yīng)用己達到比較成熟的地步，應(yīng)用相當(dāng)普遍，尤其是全數(shù)字直流系統(tǒng)的出現(xiàn)，更提高了直流調(diào)速系統(tǒng)的精度及可靠性。早期直流傳動的控制系統(tǒng)采用模擬分離器件構(gòu)成，由于模擬器件有其固有的缺點，如存在溫漂、零漂電壓，構(gòu)成系統(tǒng)的器件較多，使得模擬直流傳動系統(tǒng)的控制精度及可靠性較低。由于微機以數(shù)字信號工作，控制手段靈活方便，抗干擾能力強。而且通過系統(tǒng)總線全數(shù)字化控制系統(tǒng)，能與管理計算機、過程計算機、遠程電控裝置進行交換，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動化分級控制。微機，出現(xiàn)于20世紀70年代，隨著大規(guī)模及超大規(guī)模集成電路制造上藝的迅速發(fā)展，微機的性能越來越高，價格越來越便宜。因此就有可能比較普遍地應(yīng)用微機來控制電機，完成各種新穎的、高性能的控制策略，使電機的各種潛在能力得到充分的發(fā)揮，使電機的性能更符合使用要求，還可以制造出各種便于控制的新型電機，使電機出現(xiàn)新的面貌。在各種機床設(shè)備及生產(chǎn)流水線中，現(xiàn)在己普遍采用帶微機的可編程控制器，按一定的規(guī)律控制各類電機的動作。通過微機控制，可使電機的性能有很大的提高。目前，廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床等自動化設(shè)備的數(shù)控位置伺服系統(tǒng)。 目前，很多電機微機控制系統(tǒng)都是由數(shù)字部件和模擬部件組成的混合系統(tǒng)，而全數(shù)字控制系統(tǒng)是當(dāng)前的發(fā)展方向。由于計算機的CPU只能識別和處理數(shù)字信號，而且只能一次次離散地處理，所以計算機處理外界信息時總要有一個采樣過程，電機微機控制系統(tǒng)必然是一種采樣控制系統(tǒng)。 (2) 可以分時操作；一臺微機可以起多個控制器的作用，為多個控制回路服務(wù)；也可控制多個電機，完成較多功能。 (4)計算機的運算速度快，精度高。 (5)數(shù)字量的運算不會出現(xiàn)模擬電路中所遇到的零點漂移問題，被控量可以很大，也可以很小，都較易保證足夠的控制精度。正因為有上述優(yōu)點，電機微機控制的理論及應(yīng)用發(fā)展得非常迅速，新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)和普及。特別是采用了微機及其他先進技術(shù)，使數(shù)字式直流調(diào)速裝置具有很高的精度、優(yōu)良的控制性能和強大的抗干擾能力，在國內(nèi)外得到廣泛的應(yīng)用。全數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)不斷推出，為工程應(yīng)用提供了優(yōu)越的條件。直流電機具有優(yōu)良的調(diào)速特性，調(diào)速平滑，方便，調(diào)速范圍廣；過載能力大，能承受頻繁的沖擊負載，可實現(xiàn)頻繁的無級快速起動，制動和反轉(zhuǎn)；能滿足生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)各種不同的特殊運行要求。近年來，盡管交流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展很快，但是直流電機良好的啟動、制動性能，在軋鋼機、礦井卷揚機、挖掘機、海洋鉆機、金屬切削機床、造紙機、高層電梯等需要廣泛范圍內(nèi)平滑調(diào)速的高性能可控電力拖動領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用.現(xiàn)階段，我國還沒有自主的全數(shù)字化控制直流調(diào)速裝置商用，國外先進的控制器價格昂貴，研究及更好的使用國外先進的控制器，具有重要的實際意義和重大的經(jīng)濟價值。由于各種不同的生產(chǎn)機械運動規(guī)律不一樣，對傳動裝置性能的要求也不一樣。 單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)簡介 自流電動機的調(diào)速力一案由電機學(xué)基本理論可知，直流電動機轉(zhuǎn)速特性方程式為 由上式可見，直流電動機調(diào)速方案可有以下三種。若負載轉(zhuǎn)矩為TL，對應(yīng)所需的電樞電流為IaL，則負載大小不變時總電阻越大，轉(zhuǎn)速越低。 普通電動機在額定磁通下運行，鐵芯己接近飽和，不能再增加磁通而只能減小。增大，特性線斜率也增大。 如圖23，額定勵磁保持不變，理想空載轉(zhuǎn)速n。這種方法在直流電力拖動系統(tǒng)中被廣泛采用。根據(jù)供電電源的種類分兩種情況:一是采用可控硅變流裝置，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榭烧{(diào)的直流電。隨著電力電子全控器件的成熟，采用全控電力晶體管IGBT、 MOSFET等全控式電力電子器件組成的直流脈寬調(diào)制(PWM)型的調(diào)速系統(tǒng)近年來己發(fā)展成熟，用途越來越廣。另一個指標(biāo)為靜差率s，它是電動機由理想空載到額定負載時的轉(zhuǎn)速降與理想空載轉(zhuǎn)速n。它表示負載變化引起調(diào)速系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速偏離原定轉(zhuǎn)速的程度。另外，轉(zhuǎn)速越低，靜差率越大，故調(diào)速系統(tǒng)靜差率指標(biāo)以最低轉(zhuǎn)速對應(yīng)的數(shù)值為準。采用降壓調(diào)速時，調(diào)速范圍、靜差率及轉(zhuǎn)速降三者關(guān)系為：在這里為了分析簡單，不單獨討論開環(huán)系統(tǒng)，由簡單閉環(huán)系統(tǒng)引出開環(huán)系統(tǒng)的特性。比較式(27)和(28)可以得出以下結(jié)論。在同樣的負載擾動下，兩者的轉(zhuǎn)速降分別為它們的關(guān)系是顯然，當(dāng)K值較大時，Δncl比n0op小得多，即閉環(huán)系統(tǒng)的特性要硬得多。的開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)，則閉環(huán)系統(tǒng)的靜差率要小得多。如果電動機的最高轉(zhuǎn)速都是nnom，而對最低速靜差率的要求相同，則開環(huán)時，閉環(huán)時，考慮式(2—9)可得要取得上述優(yōu)越性，只要閉環(huán)系統(tǒng)設(shè)置放大器即可。在閉環(huán)系統(tǒng)中降低速降的實質(zhì)是：在開環(huán)系統(tǒng)中，當(dāng)負載電