【正文】 得的物料重量來調(diào)節(jié)上一級傳輸皮帶的物料傳輸速率，即控制直流電機的轉(zhuǎn)速，從而達(dá)到控制皮帶傳輸系統(tǒng)上物料重量的目的。不可逆PWM變換器電樞平均端電壓為： （21）ρ= / 定義PWM電壓的占空比，改變ρ（）即可調(diào)節(jié)電動機的轉(zhuǎn)速，控制電機工作于電動、制動和停止運行。 硬件調(diào)試法：硬件調(diào)制法是為解決等面積法計算繁瑣的缺點而提出的，其原理就是把所希望的波形作為調(diào)制信號，把接受調(diào)制的信號作為載波，當(dāng)調(diào)制信號波為正弦波時，可以用模擬電路構(gòu)成三角波載波和正弦調(diào)制波發(fā)生電路，用比較器來確定它們的交點,在交點時刻對開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，這種模擬電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以實現(xiàn)精確的控制. 軟件生成法：由于微機技術(shù)的發(fā)展使得用軟件生成SPWM波形變得比較容易，因此，其有兩種基本算法，即自然采樣法和規(guī)則采樣法.本設(shè)計利用軟件編程設(shè)置一些關(guān)鍵控制字，實現(xiàn)脈寬調(diào)制信號的輸出，達(dá)到控制的目的。因此，脈寬調(diào)制器和PWM變換器合起來可以看成一個滯后環(huán)節(jié)，它的延時最大不超過一個開關(guān)周期T。單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)引入轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，結(jié)構(gòu)簡單，參數(shù)計算簡單，比較容易實現(xiàn)。隨著調(diào)速系統(tǒng)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，傳統(tǒng)的采用PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)雖能實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的無靜差調(diào)節(jié)，但不能滿足較快的動態(tài)響應(yīng)的一般生產(chǎn)機械的調(diào)速要求。要實現(xiàn)上述要求，其唯一的途徑就是采用電流和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋控制方法，即采用速度、電流雙閉環(huán)的調(diào)速系統(tǒng)來實現(xiàn)。雙閉環(huán)調(diào)速控制系統(tǒng)中采用了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實現(xiàn)串級連接。圖21 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的原理圖圖中兩個調(diào)節(jié)器ASR和ACR分別為轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器，二者串級連接，即把轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的輸出作為電流調(diào)節(jié)器的輸入，再用電流調(diào)節(jié)器的輸出去控制晶閘管整流器的觸發(fā)裝置。兩個調(diào)節(jié)器輸出都帶有限幅，ASR的輸出限幅什Uim決定了電流調(diào)節(jié)器ACR的給定電壓最大值Uin，對就電機的最大電流；電流調(diào)節(jié)器ACR輸出限幅電壓Ucm限制了整流器輸出最大電壓值。兩個調(diào)節(jié)器的作用[8]：（1）使轉(zhuǎn)速n跟隨給定電壓變化，穩(wěn)態(tài)無靜差。（3）其輸出限幅值決定允許的最大電流。（2）起動時保證獲得允許的最大電流。 （4）當(dāng)電機過載甚至堵轉(zhuǎn)時，限制電樞電流的最大值，從而起到快速的安全飽和作用。 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)的整體方案設(shè)計本系統(tǒng)以AT89C52系列單片機為主要控制芯片，首先通過荷重傳感器將重量信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，該電壓信號經(jīng)過濾波、信號放大，將采集到的微弱電信號轉(zhuǎn)化為一定模擬量再送給A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后送給單片機。電機控制系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)速環(huán)、電流環(huán)雙閉環(huán)調(diào)速，可以達(dá)到迅速控制電機轉(zhuǎn)速變化，快速穩(wěn)定轉(zhuǎn)速等目的。其內(nèi)環(huán)是電流反饋及控制環(huán)，外環(huán)是電動機轉(zhuǎn)速反饋及控制環(huán)，內(nèi)環(huán)和外環(huán)的調(diào)節(jié)都是由AT89C52微機軟件完成數(shù)字PI控制規(guī)律的運算。電流檢測是通過電流互感器檢測出模擬信號，經(jīng)過濾波和降壓環(huán)節(jié)處理后，送入ADC0809轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，輸出的數(shù)字信號送入主芯片，通過PI算法，進(jìn)而達(dá)到電流調(diào)節(jié)的目的。同時，8279芯片外接一個 44鍵盤，通過鍵盤可設(shè)置數(shù)字來控制系統(tǒng)的啟動停止，最終達(dá)到一個智能控制的目的。圖22 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)框圖 配料系統(tǒng)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)性能及技術(shù)要求配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)是一個控制皮帶上電機轉(zhuǎn)速自動加減速和停車的自動配料傳輸系統(tǒng)。因此，配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)必須具有良好的加減速性能，跟隨性能如上升時間Tr，調(diào)節(jié)時間Ts和超調(diào)量都要滿足一定的要求；另一方面，由于配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)工作的環(huán)境一般情況下比較惡劣，所以在抗擾動上也具有很高的要求：所涉及的系統(tǒng)必須具有抗負(fù)載擾動和抗電網(wǎng)電壓擾動等動態(tài)抗擾性能。勵磁電壓：220V。最高轉(zhuǎn)速為3000 r/min，重量76kg。轉(zhuǎn)速超調(diào)量10%； 低速平穩(wěn)性好，穩(wěn)定精度好，調(diào)速范圍廣； UPE系統(tǒng)開關(guān)頻率高，電機損耗，發(fā)熱量要求?。?系統(tǒng)頻帶寬，動態(tài)響應(yīng)快，抗干擾能力強； 有鍵盤、顯示器組成的人機界面，顯示器用來顯示測量秤上物料的重量和當(dāng)前皮帶的轉(zhuǎn)速；鍵盤用來設(shè)定測量秤所允許的重量裕度。 電動勢系數(shù)由電機轉(zhuǎn)速計算公式，有 （24）代入?yún)?shù)U=220V，=，=計算得= 電動機額定勵磁下的轉(zhuǎn)矩電流比根據(jù)公式 （25）代入=可得= 電動機軸上的飛輪轉(zhuǎn)矩計算由 （26）其中，代入J=可得 機電時間常數(shù)由公式 （27）將以上計算結(jié)果代入?yún)?shù)計算得= 電磁時間常數(shù) （28）其中計算得 雙閉環(huán)穩(wěn)態(tài)工作時靜特性雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)工作中，當(dāng)兩個調(diào)節(jié)器都不飽和時，各變量之間有下列關(guān)系： （29） （210） （211） 上述關(guān)系表明，在穩(wěn)態(tài)工作點上，轉(zhuǎn)速n是由給定電壓決定的，ASR的輸出量是由負(fù)載電流決定的，而控制電壓的大小則同時取決于和，或者說，同時取決于和。 得晶閘管裝置放大系數(shù) 電流調(diào)節(jié)器和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計一、電流調(diào)節(jié)器ACR的參數(shù)設(shè)計設(shè)計要求穩(wěn)態(tài)電流無靜差，動態(tài)指標(biāo)：電流超調(diào)量5%，系統(tǒng)不允許電樞電流在突加控制作用時有太大的超調(diào)，以保證電流在動態(tài)過程中不超過允許值，于是電流環(huán)應(yīng)以跟隨性能為主[11]。電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，要校正成I型系統(tǒng)，顯然要用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為 Ki — 電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)； — 電流調(diào)節(jié)器的超前時間常數(shù)。 電流調(diào)節(jié)器的參數(shù)包括和，是超前時間常數(shù)，為了讓調(diào)節(jié)器零點對消掉控制對象的大時間常數(shù)極點，取=。（2）忽略反電動勢對電流環(huán)的影響條件：現(xiàn)在，=，滿足近似條件。二、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的參數(shù)設(shè)計電流環(huán)經(jīng)過簡化之后可視作轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)， 整個轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖23中的a圖。為了實現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，ASR中必須包含一個積分環(huán)節(jié)，而在擾動作用點后面已經(jīng)有了一個積分環(huán)節(jié)，所以這個轉(zhuǎn)速環(huán)中有兩個積分環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)速環(huán)應(yīng)該設(shè)計成典型的II型系統(tǒng)。轉(zhuǎn)速環(huán)的動態(tài)結(jié)構(gòu)框圖簡化過程如圖23。（2）小時間常數(shù)近似處理條件：，現(xiàn)在=，滿足近似條件。第3章 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)硬件電路設(shè)計本章作為整個設(shè)計最主要的一章，分析了整個系統(tǒng)的硬件選擇和硬件電路設(shè)計方案，并確定了各個模塊電路圖的連接方法。然后將放大后的電壓經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后送到單片機中進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，通過編程達(dá)到自動控制的目的。要達(dá)到設(shè)計的性能要求，傳感器的精度起著決定性作用。電阻應(yīng)變式傳感器是將非電量的變化轉(zhuǎn)換成與之有一定關(guān)系的電阻值變化，其結(jié)構(gòu)簡單，精度高，測量范圍廣,壽命長,結(jié)構(gòu)簡單，頻響特性好，能在惡劣條件下工作，易于實現(xiàn)小型化、整體化和品種多樣化等。它的缺點是對于大應(yīng)變有較大的非線性、輸出信號較弱，但可采取一定的補償措施。電容器傳感器的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單,價格便宜，靈敏度高，零磁滯，真空兼容，過載能力強，動態(tài)響應(yīng)特性良好和對高溫、輻射、強振等惡劣條件的適應(yīng)性強等。電感式傳感器是利用電磁感應(yīng)把被測的物理量如位移，壓力，流量，振動等轉(zhuǎn)換成線圈的自感系數(shù)和互感系數(shù)的變化，再由電路轉(zhuǎn)換為電壓或電流的變化量輸出，實現(xiàn)非電量到電量的轉(zhuǎn)換。傳感器的輸出信號強，電壓靈敏度一般每毫米的位移可達(dá)數(shù)百毫伏的輸出；線性度和重復(fù)性都比較好。但不足的是，它有頻率響應(yīng)較低，不宜快速動態(tài)測控等缺點。 本設(shè)計的測量電路采用最常見的橋式測量電路，用到的是電阻應(yīng)變傳感器半橋式測量電路。它的兩只應(yīng)變片和兩只電阻貼在彈性梁上，測量電阻隨重力變化導(dǎo)致彈性梁應(yīng)變而產(chǎn)生的變化，電阻的變化使橋式測量電路的輸出電壓發(fā)生變化，即輸出電壓的變化反映出重力的變化，電路圖如圖31所示。當(dāng)忽略電源的內(nèi)阻時，由分壓原理有： （31） 當(dāng)滿足條件時，即 （32）=0，即電橋平衡。應(yīng)變片測量電橋在測量前使電橋平衡，從而使測量時電橋輸出電壓只與應(yīng)變片感受的應(yīng)變所引起的電阻變化有關(guān)。為此，測量電路中常設(shè)有模擬放大環(huán)節(jié)和濾波電路。所以應(yīng)該在電路中設(shè)置一對大的電解電容濾除低頻噪聲和一對普通小電容消除高頻干擾。放大器的輸入信號一般是由傳感器輸出的。因此，一般對放大器有如下一些要求：輸入阻抗應(yīng)遠(yuǎn)大于信號源內(nèi)阻?？构材ｋ妷焊蓴_能力強。從而保證放大器輸出性能穩(wěn)定。如放大器增益的外接電阻調(diào)整、方便準(zhǔn)確的量程切換、極性自動變換等?？赏ㄟ^改變RG的大小來改變放大器的增益。AD620是一款低成本、高精度儀表放大器，僅需要一個外部電阻來設(shè)置增益，增益范圍為1至10,000。C)特性。 kΩ ,因而增益方程式為 　 G = kΩ/Rg + 1 　 （33）對于所需的增益, 則外部控制電阻值為　Rg =（G 1）kΩ AD620構(gòu)成的放大器及濾波電路如圖32所示。防止造成芯片損壞。經(jīng)過資料搜尋，我決定采用8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809來完成本次設(shè)計的A/D轉(zhuǎn)換部分，ADC0809 是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器。多路開關(guān)可選通8個模擬通道，允許8 路模擬量分時輸入，共用A/D 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。對于單片機與ADC0809的接口電路，我使用或非門電路與單片機相連接作為控制信號。另一方面，由于ADC0809無內(nèi)部時鐘，可利用單片機ALE管腳輸出時鐘信號經(jīng)D觸發(fā)器二分頻之后送給ADC0809的CLK管腳。中斷請求信號由ADC0809的EOC端接單片機INT0口輸入。圖33 A/D轉(zhuǎn)換電路 配料系統(tǒng)自動控制系統(tǒng)的單片機系統(tǒng)AT89C52為8位通用為處理器，是一個低電壓，高性能的CMOS 8位單片機，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，AT89C52單片機在電子行業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用[13]。單片機的P0口與A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)線、鎖存器74LS373相連。輸出線OUTB0—OUTBOUTA0—OUTA3作為一個8位段選碼數(shù)據(jù)輸出端口，在連接32鍵以內(nèi)的簡單鍵盤時，8279芯片的CNTL、SHIFT輸入端可接地。單片機的各個接口電路：XTAL1與XTAL2之間接一個12MHz晶振，并聯(lián)兩個30pF的小電容組成諧振電路； ，再由8155H數(shù)據(jù)端的PB0PB7接8279的DB0DB7來控制鍵盤/顯示模塊?？刂破涔ぷ?；；(WR)(RD)接或非門分別控制ADC0809的START、ALE和ENABLE端口。、B、C口用來選擇所要轉(zhuǎn)換的通道；，來控制8253開始運行。(INT1）用來接受8253的中斷請求信號，控制計數(shù)器與單片機的正常通訊；GND接地，VSS接+5V電源。圖34 單片機的最小系統(tǒng) 皮帶配料系統(tǒng)電機回路保護(hù)電路設(shè)計PWM變換器的直流電源通常有交流電網(wǎng)通過不可控整流二極管產(chǎn)生，并采用大電容濾波，以獲得恒定的直流電壓。本設(shè)計限流電阻取1K，并聯(lián)一個開關(guān)。 IGBT的選擇及其吸收回路設(shè)計直流電機的供電需要三相直流電，在生活中直接提供的三相交流380V電源，因此要進(jìn)行整流，則本設(shè)計采用三相橋式整流電路變成三相直流電源，最后達(dá)到要求把電源提供給直流電動機。由于IGBT的開關(guān)頻率較高，工作頻率高達(dá)20～50kHz，開通及關(guān)斷時將產(chǎn)生相當(dāng)高的di/dt及du/dt并導(dǎo)致過電壓、過電流的情產(chǎn)生，從而導(dǎo)致器件的損壞或系統(tǒng)因電磁干擾而不能正常工作。功率器件開通及關(guān)斷時所導(dǎo)致的過電流和過電壓情況不同，在功率器件開通時，電流迅速上升，di/dt很大；功率器件關(guān)斷時，du/dt迅速上升，并出現(xiàn)很高的過電壓。開通緩沖電路可以通過串聯(lián)電感抑制電流上升率di/dt，但由于電感體積比較大，一般情況下IGBT開通損耗可通過改善柵極驅(qū)動條件來加以控制，所以IGBT的緩沖電路功能更側(cè)重于關(guān)斷過程中過電壓的吸收與抑制[14]。RC緩沖電路主要用于小容量器件，如圖35，當(dāng)IGBT開通時，緩沖電路電容C將通過R向IGBT放電，使電流i上升速度加快；當(dāng)IGBT關(guān)斷時，負(fù)載電流通過R向C分流，減輕了IGBT的負(fù)擔(dān)，抑制了du/dt和過電壓。其中： （34） （35） （36） 式中： ——通態(tài)平均電流計算系數(shù)，；——直流電機額定電流；——最大峰值電壓。與晶閘管并聯(lián)的阻容經(jīng)驗數(shù)據(jù)為：，電阻100。圖36 PWM變換器電路 直流電機電流檢測電路在電機運行過程中，電路中的電流可能會因為電機過載、外部環(huán)境干擾、電機運行異常變得過大，從而對IGBT和直流電機產(chǎn)生損害，本系統(tǒng)需要把電路中的電流采集出來，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換