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直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)-在線瀏覽

2024-08-09 04:11本頁面
  

【正文】 控制條件的變化和微電子技術(shù)的使用也使新型的電動機(jī)控制方法能夠得到實(shí)現(xiàn)。 1964 年把 PWM 技術(shù)應(yīng)用到電機(jī)傳動中從此為電機(jī)傳動的推廣應(yīng)用開辟了新的局面。PWM 常取代數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)用于功率輸出控制,其中,直流電機(jī)的速度控制是最常見的應(yīng)用。在直流電動機(jī)的控制中,主要使用定頻調(diào)寬法。用單片機(jī)控制 IGBT 管使之工作在占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài),精確調(diào)整電動機(jī)轉(zhuǎn)速。用于中、小功率的 ~200KW 晶閘管直流調(diào)速裝置已作付蒙:直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)4為標(biāo)準(zhǔn)化、系列化通用產(chǎn)品批量生產(chǎn)。該方法據(jù)系統(tǒng)或環(huán)節(jié)的輸入輸出特性,應(yīng)用最小二乘法,即可獲得系統(tǒng)環(huán)節(jié)的內(nèi)部參數(shù),所獲得的參數(shù)具有較高的精度,方法簡便易行。該方法依據(jù)內(nèi)??刂圃?,針對雙閉環(huán)直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一種內(nèi)??刂破?,取代常規(guī)的 PI 調(diào)節(jié)器,成功解決了轉(zhuǎn)速超調(diào)問題,能使系統(tǒng)獲得優(yōu)良的動態(tài)和靜態(tài)性能,而且設(shè)計(jì)方法簡單,控制器容易實(shí)現(xiàn)。該方法針對直流傳動系統(tǒng)的特點(diǎn),提出了單神經(jīng)元自適應(yīng)智能控制策略。 (4)模糊控制方法。經(jīng) 電機(jī)實(shí)驗(yàn)證明,模糊控制理論可以用于直流并勵(lì)電動機(jī)的限流起動和恒速運(yùn)行控制,并能獲得理想的控制曲線。大型直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)一般采用晶閘管整流來實(shí)現(xiàn),為了提高調(diào)速系統(tǒng)的性能,研究工作者對晶閘管觸發(fā)脈沖的控制算法作了大量研究,提出了內(nèi)??刂扑惴?、IP 控制器取代 PI 調(diào)節(jié)器的方法、自適應(yīng)和模糊 PID 算法等等。直流電動機(jī)雖然存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格較高、維修麻煩等缺點(diǎn),但由于具有較大的起動轉(zhuǎn)矩和良好的起、制動性能以及易于在寬范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)平滑調(diào)速,因此直流調(diào)速系統(tǒng)至今仍是自動調(diào)速系統(tǒng)的主要形式。因此人們對直流調(diào)速系統(tǒng)的研究將會更深一步。山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)52 總體設(shè)計(jì)和系統(tǒng)分析 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)框圖顯示A T 8 9 S 5 1鍵盤驅(qū)動電路直流電機(jī)轉(zhuǎn)速檢測 圖 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)框圖 The block diagram of the DC motor speed control system 直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求采用光電傳感器做敏感器件,以小型直流電動機(jī)為測控對象。熟悉光電傳感器、電動機(jī)轉(zhuǎn)速測量,速度控制,89S51 定時(shí)器、中斷,應(yīng)用系統(tǒng)等方面的技術(shù)??芍{(diào)速方法:(1)改變電樞回路總電阻 Ra;(2)改變電樞供電電壓 Up;(3)改變勵(lì)磁 Ф。由于當(dāng)改變勵(lì)磁電流時(shí),可以改變磁通量的大小,從而達(dá)到變磁通調(diào)速的目的。而對于調(diào)節(jié)電樞外加電阻時(shí),會使機(jī)械特性變軟,導(dǎo)致電機(jī)帶負(fù)載能力減弱。理想空載轉(zhuǎn)速,隨電樞電壓升降而發(fā)生相應(yīng)的升降變化。當(dāng)我們平滑調(diào)節(jié)他勵(lì)直流電機(jī)電樞兩端電壓時(shí),可實(shí)現(xiàn)電機(jī)的無級調(diào)速。改變電樞電壓可通過多種途徑實(shí)現(xiàn),如晶閘管供電速度控制系統(tǒng)、大功率晶體管速度控制系統(tǒng)、直流發(fā)電機(jī)供電速度控制系統(tǒng)及晶體管直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)等。沖量指窄脈沖的面積。PWM脈寬調(diào)制是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率,從而改變負(fù)載兩端的電壓,進(jìn)而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。在PWM驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中,按一個(gè)固定的頻率來接通和斷開電源,并根據(jù)需要改變一個(gè)周期內(nèi)“接通”和“斷開”時(shí)間的長短。因此,PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。在直流調(diào)速系統(tǒng)中,開關(guān)放大器提供驅(qū)動電機(jī)所需要的電壓和電流,通過改變加在電動機(jī)上的電壓的平均值來控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。在晶體管處在接通時(shí),其上的壓降可以略去;當(dāng)晶體管處在斷開時(shí),其上的壓降很大,但是電流為零,所以山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)7不論晶體管導(dǎo)通還是關(guān)斷,輸出晶體管中的功耗都是很小的。只要按一定規(guī)律,改變通、斷電的時(shí)間,即可讓電機(jī)轉(zhuǎn)速得到控制。嚴(yán)格地講,平均速度n與占空比D并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系,在一般的應(yīng)用中,可以將其近似地看成線性關(guān)系。本文主要介紹利用單片機(jī)對PWM信號的軟件實(shí)現(xiàn)方法。通過控制定時(shí)器初值T0和T1,從而可以實(shí)現(xiàn)從89S5l的任意輸出口輸出不同占空比的脈沖波形。因此,首先必。這樣,我們可以通過設(shè)定不同的定時(shí)初值L,從而改變占空比D,進(jìn)而達(dá)到控制電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的??刹捎煤唵蔚谋壤{(diào)節(jié)器,其公式 Y=K*e(t) e(t)為偏差電壓,即輸入, K 為比例系數(shù),Y 為輸出。比例系數(shù)越大,動態(tài)性能大,調(diào)節(jié)作用好。控制程序的設(shè)計(jì)有兩種方法:軟件延時(shí)法和計(jì)數(shù)法。改變M和N的值,從而也就改變了占空比D。在通電過程中,對通電單位時(shí)間t0 的次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù),并與存儲器的內(nèi)容進(jìn)行比較。付蒙:直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)83 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) 89S51 單片機(jī) 單片機(jī)簡介單片機(jī)的全稱為單片微型計(jì)算機(jī)(SingleChip Microputer)或微型控制器(Microcontroller) 。就其組成而言一塊單片機(jī)就是一臺計(jì)算機(jī)。由于它具有許多適用于控制的指令和硬件支持而廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器儀表、外設(shè)控制、順序控制器中,所以又稱為微控制單元(MCU) 。這個(gè)系列單片機(jī)的最大特點(diǎn)就是在片內(nèi)含有 Flash 存儲器。該器件采用 Atmel 公司的高密度非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn),其指令與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 80C51 指令集兼容。通過把通用的 8 位 CPU 與可在線下載的 Flash 集成在一個(gè)芯片上,AT89S51 便成為一個(gè)高效的微型計(jì)算機(jī)。單 片 機(jī) 是 靠 程 序 運(yùn) 行 的 , 并 且 可 以 修 改 。 為 使 單 片 機(jī) 能 自 動 完 成某 一 特 定 任 務(wù) , 必 須 把 要 解 決 的 問 題 編 成 一 系 列 指 令 ( 這 些 指 令 必 須 是 選 定 單 片 機(jī)能 識 別 和 執(zhí) 行 的 指 令 ) , 這 一 系 列 指 令 的 集 合 就 成 為 程 序 , 程 序 需 要 預(yù) 先 存 放 在 具山東交通學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)9有 存 儲 功 能 的 部 件 ——存 儲 器 中 。 89S51 單片機(jī)引腳功能 P 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7P 0 . 0P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 3P 0 . 4P 0 . 5P 0 . 6P 0 . 7P 2 . 0P 2 . 1P 2 . 2P 2 . 3P 2 . 4P 2 . 5P 2 . 6P 2 . 7 P 3 . 0 / R X D P 3 . 1 / T X D P 3 . 2 / I N T 0 P 3 . 3 / I N T 1P 3 . 4 / T 0P 3 . 5 / T 1P 3 . 6 / W RP 3 . 7 / R DV c c A L E / P R O G P S E N V s s E A / V P P V P D / R S T X T A L 1 X T A L 28 9 S 5 1 圖 89S51單片機(jī)引腳 The pin configuration of SCM89S51(1)電源 VCC 芯片電源,接 +5V; VSS 接地端。 (3)控制線 ALE/PROG 當(dāng) 訪 問 外 部 存 儲 器 時(shí) , 地 址 鎖 存 允 許 的 輸 出 電 平 用 于 鎖 存 地 址 的 地位 字 節(jié) 。 在 平 時(shí) , ALE 端 以 不變 的 頻 率 周 期 輸 出 正 脈 沖 信 號 , 此 頻 率 為 振 蕩 器 頻 率 的 1/6。 然 而 要 注 意 的 是 : 每 當(dāng) 用 作 外 部 數(shù) 據(jù) 存 儲 器 時(shí) , 將 跳過 一 個(gè) ALE 脈 沖 。 此 時(shí) , ALE只 有 在 執(zhí) 行 MOVX, MOVC 指 令 是 ALE 才 起 作 用 。 如果 微 處 理 器 在 外 部 執(zhí) 行 狀 態(tài) ALE 禁 止 , 置 位 無 效 。 在 由 外 部 程 序 存 儲 器 取 指 期 間 , 每 個(gè) 機(jī) 器 周期 兩 次 /PSEN 有 效 。 RST/VPD 復(fù)位/備用電源。EA/Vpp 當(dāng) /EA 保 持 低 電 平 時(shí) , 則 在 此 期 間 外 部 程 序 存 儲 器 , 不 管 是 否 有 內(nèi) 部程 序 存 儲 器 。 在 FLASH 編 程 期 間 , 此 引 腳 也 用 于 施 加 12V 編 程電 源 。P3 口還具有第二功能,用于特殊信號輸入輸出和控制信號。在作為輸出口時(shí),每根引腳可以帶動 8 個(gè) TTL 輸入負(fù)載。當(dāng)對外部程序或數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行存取時(shí),P0 可用作多路復(fù)用的低字節(jié)地址/ 數(shù)據(jù)總線,在該模式,P0 口擁有內(nèi)部上拉電阻。P1 端口,該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口,P1 口的輸出緩沖器可驅(qū)動(吸收或輸出電流方式)4 個(gè) TTL 輸入。P1 口作輸入口使用時(shí),因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻,那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個(gè)電流。P2 端口,該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口,P2 口的輸出緩沖器可驅(qū)動(吸收或輸出電流方式)4 個(gè) TTL 輸入。P2 口作輸入口使用時(shí),因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻,那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個(gè)電流。在對 Flash 編程和程序校驗(yàn)期間,P2 口也接收高位地址或一些控制信號。 P3 端口,該口是帶有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 端口,P3 口的輸出緩沖器可驅(qū)動(吸收或輸出電流方式)4 個(gè) TTL 輸入。P3 口作輸入口使用時(shí),因?yàn)橛袃?nèi)部的上拉電阻,那些被外部信號拉低的引腳會輸出一個(gè)電流。這些復(fù)用功能,執(zhí)行一些特殊的指令,是必不可少的。中斷源向 CPU 提出的中斷請求。對事件 B 處理完畢后,再回到原來被中斷的地方(即斷點(diǎn)) ,稱為中斷返回。單片機(jī)中斷源:(1)INT0( ),外部中斷 1。當(dāng) CPU 檢測到 引腳上出現(xiàn)有效的中斷信號時(shí),中斷標(biāo)志 IE0()置 1,向 CPU 申請中斷??捎?IT1()選擇其為低電平有效還是下降沿有效。 (3)TF0 (),片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T0 溢出中斷請求標(biāo)志。(4)TF1(),片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T1 溢出中斷請求標(biāo)志。(5)RI()或 TI(),串行口中斷請求標(biāo)志。 TCON 中斷標(biāo)志:表 TCON 中斷標(biāo)志表 Tab. The table of TCON interrupt identification7 6 5 4 3 2 1 0 字節(jié)TCON TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 88H付蒙:直流電機(jī)轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)12(1)IT0( )外部中斷 0 觸發(fā)方式控制位。 當(dāng) IT0=1 時(shí):為邊沿觸發(fā)方式。(3)IT1( )外部中斷 1 觸發(fā)方式控制位。(5)TF0 ()定時(shí)/計(jì)數(shù)器 T0 溢出中斷請求標(biāo)志位。SCON 中斷標(biāo)志 : 表 SCON 中斷標(biāo)志表Tab. The table of SCON interrupt identification7 6 5 4 3 2 1 0 字節(jié)SCON TI RI 98H(1)RI( )串行口接收中斷標(biāo)志位。同樣,RI 必須由軟件清除。當(dāng) CPU 將一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)寫入串行口發(fā)送緩沖器時(shí),就啟動了發(fā)送過程。CPU 響應(yīng)中斷時(shí),不能自動清除 TI,TI 必須由軟件清除。中斷優(yōu)先級控制:51 單片機(jī)有兩個(gè)中斷優(yōu)先級,即可實(shí)現(xiàn)二級中斷服務(wù)嵌套。 51 單片機(jī)按兩個(gè)中斷優(yōu)先級控制中斷順序。中斷條件:(1)CPU 正在處理一個(gè)同級或更高級別的中斷請求時(shí);(2)當(dāng)前的指令沒有執(zhí)行完時(shí);(3)當(dāng)前正執(zhí)行的指令是返回指令(RETI)或訪問 IP、IE 寄存器的指令,則CPU 將至少再執(zhí)行一條指令才能響應(yīng)中斷??删幊痰囊馑际侵钙涔δ埽ㄈ绻ぷ鞣绞健⒍〞r(shí)時(shí)間、量程、啟動方式等)均可由指令來確定和改變。16 位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器分別由兩個(gè) 8 位專用寄存器組成,即: T0 由 TH0 和 TL0 構(gòu)成;T1 由 TH1 和 TL1 構(gòu)成。每個(gè)寄存器均可單獨(dú)訪問。此外,其內(nèi)部還有一個(gè) 8 位的定時(shí)器方式寄存器 TMOD 和一個(gè) 8 位的定時(shí)控制寄存器 TCON。TMOD 主要是用于選定定時(shí)器的工作方式; TCON 主要是用于控制定時(shí)器的啟動停止,此外 TCON 還可以保存 T0、T1 的溢出和中斷標(biāo)志。定時(shí)計(jì)數(shù)器的原理:當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器為定時(shí)工作方式時(shí),計(jì)數(shù)器的加 1 信號由振蕩器的 12 分頻信號產(chǎn)生,即每過一個(gè)機(jī)器周期,計(jì)數(shù)器加 1,直至計(jì)滿溢出為止。因一個(gè)機(jī)器周期等于 12 個(gè)振蕩周期,所以計(jì)數(shù)頻率fcount=1/12osc。若要延長定時(shí)時(shí)間,則需要改變定時(shí)器的初值,并要適當(dāng)選擇定時(shí)器的長度。計(jì)數(shù)器在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2 期間采樣引腳輸入有效電平。此后的機(jī)器周期 S3P1 期間,新的計(jì)數(shù)值裝入計(jì)數(shù)器。例如,如果選用 12MHz 晶振,則最高計(jì)數(shù)頻率為 。當(dāng) CPU 用軟件給定時(shí)器設(shè)置了某種工作方式之后,定時(shí)器就會按設(shè)定的工作方式獨(dú)立運(yùn)行,不再占用 CPU 的操作時(shí)間,除非定時(shí)器計(jì)滿溢出,才可能中斷 CPU 當(dāng)前操作。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器是一種可編程部件,所以在定時(shí)器/計(jì)數(shù)器開始工作之前,CPU 必須將一些命令(稱為控制字)寫入定時(shí)/計(jì)數(shù)器。在初始化過程中,要將工作方式控制字寫入方式寄存器,工作狀態(tài)字(或相關(guān)位)寫入控制寄存器,賦定時(shí)/計(jì) 數(shù)初值。其中,TCON 寄存器中另有 4 位用于中斷系統(tǒng)。TMOD 的格式如下
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