【正文】 波電抗器的電感量可相應減少約一半，這 是三相橋式整流電路的一大優(yōu)點。由于要求直流電壓脈動較小，故采用三相整流電路。根據(jù)本此設(shè)計的技術(shù)要求和特點選 VM 系統(tǒng)。靜止可控整流器又稱 VM 系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)觸發(fā)裝置 GT 的控制電壓來移動觸發(fā)脈沖的相位，即 可改變 Ud，從而實現(xiàn)平滑調(diào)速，且控制作用快速性能好，提高系統(tǒng)動態(tài)性能。 電動機供電方案的選擇 變壓器調(diào)速是直流調(diào)速系統(tǒng)用的主要方法，調(diào)節(jié)電樞供電電壓所需的可控制電源通常有 3 種：旋轉(zhuǎn)電流機組，靜止可控整流器，直流斬波器和脈寬調(diào)制變換器。 由于電機的容 量較 大，又要求電流的脈動小，故選用三相全控橋式整流電路供電方案。 本次設(shè)計選用的電動機型號 Z262 型，其具體參數(shù)如下表 21 所示 ： 表 21 Z262 型電動機具體參數(shù) 電動機 型號 PN(KW) UN(V) IN(A) NN(r/min) Ra(Ω ) GDa2（ Nm2） P 極對數(shù) Z261 230 1450 1 在 VM 系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器給定電壓，即可移動觸發(fā)裝置 GT 輸出脈沖的相位，從而方便的改變整流器的輸出，瞬時電壓 Ud。 本設(shè)計主電路采用晶閘管三相全控橋整流電路供電方案，控制電路由 集成電路實現(xiàn)， 系統(tǒng)中 有 速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、觸發(fā)器、鎖零單元和電流自適應調(diào)節(jié)器等 。 直流電動機具有良好的起動、制動性 能，宜于在大范圍內(nèi)平滑調(diào)速，在許多需要調(diào)速或快速正反向的電力拖動領(lǐng)域中得到了廣泛的應用。隨著單片機技術(shù)的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來完成，為直流電動機的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達到更高的性能。采用單片機構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以 節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率 。 關(guān)鍵詞 ：單片機 雙閉環(huán) 直流調(diào)速系統(tǒng) 數(shù)字方式 2 ABSTRACT WITH THE RAPID DEVELOPMENT OF MICROCOMPUTER RECENT YEARS, THE DIGITIZATION OF OVERSEA AC/DC SPEED REGULATION SYSTEM HAS ACHIEVED TO A PRACTICAL STAGE. AS THE HARDWARE CIRCUIT OF DIGITAL CONTROL SYSTEM CENTERED ON MICROPROCESSOR POSSESSES THE ADVANTAGES THAT IT HAS HIGHER STANDARDIZATION AND LOWER COST, AND IT WON’T BE INFLUENCED BY THE TEMPERATURE DRIFT OF DEVICES. FURTHERMORE, THE CONTROL SOFTWARE OF DIGITAL CONTRO L SYSTEM CAN CARRY OUT LOGICAL JUDGMENT AND SOPHISTICATED CALCULATION， AND IT CAN MAKE THE CONTRO L RULES WHICH ARE DIFFERENT FROM THE OPTIMALITY, ADAPTIVE TRAIT, NONLINEAR AND INTELLIGENCE OF THE ORDINARY LINEAR ADJUSTABILITY COME TRUE. SO THE FUNCTION OF DIGITAL CONTROL SYSTEM IS MUCH MORE SUPERIO R TO ANALOG CONTROL SYSTEM IN EVERY ASPECTS, AND IS BEING USED WIDELY. THIS DESIGN IS A DIGITAL DC SPEED REGULATION SYSTEM CONSTITUTED OF 8031 SINGLECHIP COMPUTER, THE CHARACTERISTIC IS THE SINGLECHIP COMPUTER REPLACED TH E HARDWARE DEVICES SUCH AS THE ANALOG TRIGGER, CURRENT REGULATOR, ROTATION REGULATOR, AND LOGICAL HANDOFF .FINALLY PUTTING TOGETHER THE SOFTWARE, TESTING AND COMPUTER SIMULATION. THE RESULT OF REAL TIME CONTROL INDICATES THAT THE DIGITAL DC SPEED REGULATION SYSTEM REALIZED THE CONSTANT SPEED ADJUSTABILITY OF THE DOUBLE CLOSEDLOOP OF ELECTRIC CURRENT AND ROTATE SPEED. THIS SYSTEM ALSO HAS THE SPECIALTIES SUCH AS SIMPLE STRUCTURE, HIGH CONTROL ACCURACY, LOW COST AND EASINESS TO BE SPREAD. IN ADDITION, ITS ENTIRE PERFORMANCE INDEX IS BETTER THAN THAT OF ANALOG DC SPEED REGULATION SYSTEM. AS A RESULT, THE DIGITAL DC SPEED REGULATION SYSTEM COULD BE APPLIED INTO PRODUCTION AND ORDINARY LIF E TO MEET THE NEEDS OF MODERN MANUFACTURE. KEYWORDS: SINGLECHIP COMPUTER ； DOUBLE CLOSEDLOOP ； DC SPEED REGULATION SYSTEM； DIGITAL MODEL 3 1 引 言 早期直流電動機的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試困難，阻礙了直流電動機控制技術(shù)的發(fā)展和應用范圍的推廣。 最后進行軟件編程、調(diào)試以及計算機仿真。本設(shè)計是用 8031 單片機構(gòu)成的數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)。其控制軟件能夠進行邏輯判斷和復雜運算，可以實現(xiàn)不同于一般線性調(diào)節(jié)的最優(yōu)化、自適應、非線性、智能化等控制規(guī)律。 黃石理工學院 畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一部分 直流調(diào)速系統(tǒng) 摘 要 近年來由于微型機的快速發(fā)展，數(shù)字交直流調(diào)速系統(tǒng)得到廣泛應用。由于以微處理器為核心的數(shù)字控制系統(tǒng)硬件電路的標準化程度高，制作成本低，且不受器件溫度漂移的影響。所以微機數(shù)字控制系統(tǒng)在各個方面的性能都遠遠優(yōu)于模擬控制系統(tǒng)且應用越來越廣泛。特點是用單片機取代模擬觸發(fā)器、電流調(diào)節(jié)器、速度調(diào)節(jié)器及邏輯切換等硬件設(shè)備。實時控制結(jié)果表明，本數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)實現(xiàn)了電流和轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)的恒速調(diào)節(jié)，并具有結(jié)構(gòu)簡單，控制精度高，成本低，易推廣等特點，而且各項性能指標優(yōu)于模擬直流調(diào)速系統(tǒng)，從而能夠?qū)嶋H的應用到生產(chǎn)生活中，滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。隨著單片機技術(shù)的日新月異，使得許多控制功能及算法可以采用軟件技術(shù)來完成，為直流電動機的控制提供了更大的靈活性，并使系統(tǒng)能達到更高的性能。 早期直流電動機的控制均以模擬電路為基礎(chǔ)，采用運算放大器、非線性集成電路以及少量的數(shù)字電路組成，控制系統(tǒng)的硬件部分非常復雜，功能單一，而且系統(tǒng)非常不靈活、調(diào)試困難，阻礙了直流電動機控制技術(shù)的發(fā)展和應用范圍的推廣。采用單片機構(gòu)成控制系統(tǒng)，可以節(jié)約人力資源和降低系統(tǒng)成本，從而有效的提高工作效率。從控制的角度來看，直流調(diào)速還是交流拖動系統(tǒng)的基礎(chǔ)。 4 2 系統(tǒng)方案選擇和總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 調(diào)速方案的選擇 系統(tǒng)控制對象的確定 本次設(shè)計選用的電動機型號 Z2 62 型，額定功率 ，額定電壓 230V，額定電流 ,額定轉(zhuǎn)速 1450r/min, 勵磁電壓 220V,運轉(zhuǎn)方式連續(xù)。由于要求直流電壓脈動較小，故采用三相整流電路。 電動機額定電壓為 230V，為保證供電質(zhì)量，應采用三相減壓變壓器將電源電壓降低。旋轉(zhuǎn)變流機組簡稱 GM 系統(tǒng)，適用于調(diào)速要求不高，要求可逆運行的系統(tǒng)，但其設(shè)備多、體積大、費用高、效率低、維護不便。直流斬波器和脈寬調(diào)制交換器采用 PWM 受器件各量限制，適用于中、小功率的系統(tǒng)。 在 VM 系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)器給定電壓，即可移動觸發(fā)裝置 GT 輸出脈沖的相位，從而方便的改變整流器的輸出，瞬時電壓 Ud?？紤]使電路簡單、經(jīng)濟且滿足性能要求，選擇晶閘管三相全控橋交流器供電 5 方案。并且晶閘管可控整流裝置無噪聲、無磨損、響應快、體積小、重量輕、投資省。同時，由于電機的容量較大，又要求電流的脈動小。 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 若采用轉(zhuǎn)速負反饋和 PI 調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)雖然可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，不過當對系統(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)難以滿足要求，因為在單閉環(huán)系統(tǒng)中不能完全按照需要來控制動態(tài)過程的電流或轉(zhuǎn)矩，在單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中，只 有電流截止負反饋環(huán)節(jié)是專門用來控制電流的，但它只是在超過臨界電流值以后，靠強烈的負反饋作用限制電流的沖擊，并不能很理想地控制電流的動態(tài)波形，當電流從最大值降低下來以后，電機轉(zhuǎn)矩也隨之減少，因而加速過程必然拖長。采用轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行串級聯(lián)接，這樣就可以實現(xiàn)在起動過程中只有電流負反饋，而它和轉(zhuǎn)速負反饋不同時加到一個調(diào)節(jié)器的輸入端，到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只靠轉(zhuǎn)速負反饋，不靠電流負反饋發(fā)揮主要的作用，這樣就能夠獲得良好的靜、動態(tài)性能 [4]。得到過電流的自動保護。在動態(tài)性能方面，雙閉環(huán)系統(tǒng)在起動和升速過程中表現(xiàn)出很快的動態(tài)跟隨性，在動態(tài)抗擾性能上，表現(xiàn)在具有較強的抗負載擾動，抗電網(wǎng)電壓擾動。選擇過大又會造成延遲角?加大，功率因數(shù)變壞，整流元件的耐壓升高，增加了裝置的成本。 在要求不高場合或近似估算時，可用下式計算，即： 7 ? ?BAUU d?~12 ? （ 32） 式中 A理想情況下，? =0176。裕量，則 B=cos? = ? ? VU 133~ ~12 ???? 取 2U =125V。 、二次相電流 I I2 的計算 由表查得 1IK =, 2IK = 考慮變壓器勵磁電流得： KIKI dI11 ? = ?? A= dI IKI 22 ? = ? A= 1111 IUmS ? ； （ 34） 2222 IUmS ? ； （ 35） )(2121 SSS ??； （ 36） 式中 m m2 一次側(cè)與二次側(cè)繞組的相數(shù)； 由表查得 m1=3， m2=3 1111 IUmS ? =3 380 = KVA 2222 IUmS ? =3 125 = )(2/1 21 SSS ?? =1/2（ +） = KVA 取 S =10KVA 8 選擇晶閘管額定電流的原則是必須使管子允許通過的額定電流有效值TNI 大于實際流過管子電流最大有效值 TI [8]，即 BKII dAVT )2~()( ? （ 38） 由表查得 K=，考慮 ～ 2 倍的裕量 BKII dAVT )2~()( ?