【正文】 到飽和為止。 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)性能分析 雙閉環(huán)直流控制系統(tǒng)的起動過程分析 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)突加給定電壓 ?????由靜止狀態(tài)啟動時，轉(zhuǎn)速和電流的動態(tài)過程如圖 圖 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)啟動過程的轉(zhuǎn)速和電流波形 由于在起動過程中轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR經(jīng)歷了不飽和、飽和、退飽和三種情況，整個動態(tài)過程就分成圖中標明的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個階段。突加給定電壓 *nU 后，經(jīng)過兩個調(diào)節(jié)器的跟隨作用， cU 、 0dU 、 dI 都跟著上升，但是在 dI 沒有達到負載電流 dLI 以前，電動機還不Idm Id t4 t3 t2 t1 n O O t t I II III 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計 16 能轉(zhuǎn)動。由于機電慣性的作用，轉(zhuǎn)速不會很快增長，因而轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR的輸入偏差 *=n n nU U U? 的數(shù)值仍較大，其輸出電壓保持限幅值 *imU ，強迫電樞電流 dI 迅速上升。在這一階段中， ASR 很快進入并保持飽和狀態(tài)，而 ACR一般不飽和。在這個階段中，ASR 始終是飽和的，轉(zhuǎn)速環(huán)相當于開環(huán)，系統(tǒng)成為在恒值電流給定 *imU 下的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，基本上保持電流 dI 恒定，因而系統(tǒng)的加速度恒定，轉(zhuǎn)速呈線性增長。為了克服這個擾動， 0dU 和 cU 也必須基本上按線性增長，才能保持 dI 恒定。當轉(zhuǎn)速上升到給定 轉(zhuǎn)速 * 0=nn時 ,轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR 的輸入偏差減小到零，但其輸出卻由于積分作用還維持在限幅值 *imU ，所以電動機仍在加速，使轉(zhuǎn)速超調(diào)。但是，只要 dI 仍大于負載電流 dLI ，轉(zhuǎn)速就繼續(xù)上升。此后，電動機開始在負載的阻力下減速，與此相應(yīng)，在 t3~t4時間內(nèi)， d dLII＜ ，直到穩(wěn)定。在最后的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)階段內(nèi)， ASR 和 ACR 都不飽和， ASR 起主導的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)作用，而 ACR則力圖使 dI 盡快的跟隨其給定值 *iU ，或者說，電流內(nèi)環(huán)是一個電流隨動子系統(tǒng)。隨著 ASR 的飽和與不飽和，整個系統(tǒng)處于完全不種的兩種狀態(tài)，在不同情況下表現(xiàn)為不同結(jié)構(gòu)的線性系統(tǒng)，只能采用分段線性化 的方法來分析，不能簡單地用線性控制理論來分析整個起動過程，也不能簡單地用線性控制理論來籠統(tǒng)地設(shè)計這樣的控制系統(tǒng)。當轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR采用 PI調(diào)節(jié)器時，轉(zhuǎn)速必然有超調(diào)。 3）準時間最優(yōu)控制。 動態(tài)抗擾性能分析 1：抗負載擾動 負載擾動作用在電流環(huán)之后，因此只能靠轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器 ASR來產(chǎn)生抗負載擾動的作用。但從動態(tài)性能上看，由于擾動作用點不同，存在著能否及時調(diào)節(jié)的差別 。 在雙閉環(huán)系統(tǒng)中，由于增設(shè)了電流內(nèi)環(huán)，電壓波動可以通過電流反饋得到比較及時的調(diào)節(jié)，不必等他影響到轉(zhuǎn)速以后才反饋回來，因而使抗擾性能得到改善。 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計 17 轉(zhuǎn)速和電流兩個調(diào)節(jié)器的作用 1：轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的作用 1）轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器是調(diào)速系統(tǒng)的主導調(diào)節(jié)器，它使轉(zhuǎn)速 n很快的跟隨給定電壓 *nU 變化，穩(wěn)態(tài)時可減小轉(zhuǎn)速誤差，如果采用 PI調(diào)節(jié)器，則可實現(xiàn)無靜差。一旦故障消失，系統(tǒng)立即自動恢復正常。 邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng) 邏輯控制無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的組成和工作原 理 邏輯控制的無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖如圖 Ui* Un Un* Uc2 LG Ui YB Uc1 FH GTF VF VR GTR U－ U－ ASR ACR － 1 M I～ U－ G WLZ 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計 18 圖 邏輯控制的無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖 主電路采用兩組晶閘管裝置反并聯(lián)線路，由于沒有環(huán)流，不用設(shè)置環(huán)流電抗器，但為了保證穩(wěn)定運行時電流波形連續(xù)，仍應(yīng)保留平波電抗器 dL 。其輸出信號 blfU 用來控制正組觸發(fā)脈沖的封鎖或開放， blrU 用來控制反組觸發(fā)脈沖的封鎖或開放。 無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié) 無環(huán)流邏輯控制環(huán)節(jié)是邏輯無環(huán)流系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它的任務(wù)是，當需要切換到正組晶閘管 VF 工作時，封鎖反組觸發(fā)脈沖而開放正組觸發(fā)脈沖；當需要切換到反組 VR工作時，封鎖正組而開放反組。因此， *iU 作為邏輯控制環(huán)節(jié)的一個輸入信號，稱作“轉(zhuǎn)矩極性鑒別信號”。對有環(huán)流可逆系統(tǒng)制動過程的分析可以看出，當正向制動開始時， *iU 的極性由負變正，但當實際電流方向未變以前，仍須保持正組開放，以便進行本組逆變，只有在實際電流降到零的時候，才應(yīng)該給 DLC 發(fā)出命令，封鎖正組，開放反組，轉(zhuǎn)入反組制動。 邏輯切換指令發(fā)出后并不能馬上執(zhí)行，還須經(jīng)過兩段延時時間，以確保系統(tǒng)的 可靠工作，這就是封鎖延時和開放延時。 從封鎖本組脈沖到開放它組脈沖之間也要留一段等待時間，這就是開放延時。 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計 19 第四章 PIC16F877 單片機概述 單片機的發(fā)展和應(yīng)用 單片機的歷史發(fā)展概況 單片機技術(shù)發(fā)展十分迅速，產(chǎn)品種類已琳瑯滿目。該系列單片機早期產(chǎn)品在芯片內(nèi)集成有： 8 位 CPU、 1K 字節(jié)程序存儲器（ ROM）、 64 字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）、 27 根 I/O線和 1個 8位定時 /計數(shù)器。 二、性能完善提高階段 1980 年， Intel 公司推出 MCS51 系列單片機。尋址范圍為 64K，并集成有控制功能較強的布爾處理器完成處理功能?，F(xiàn)在， MCS51已成為公認的單片機經(jīng)典機種。該系列單片機在芯片內(nèi)部集成有：16位 CPU、 K字節(jié)程序存儲器（ ROM）、 232字節(jié)數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）、 5個 8位并行接口、1個全雙工串行接口和 2個 16位定時 /計數(shù)器。片上還有 8路 10位 ADC、 1路 PWM（ D/A）輸出及高速 I/O部件等。 此階段的主 要特點是：片內(nèi)面向測控系統(tǒng)的外圍電路增強，使單片機可以方便靈活地應(yīng)用于復雜的自動測控系統(tǒng)及設(shè)備。 單片機發(fā)展趨勢 縱觀單片機的發(fā)展過程，可以預示單片機的發(fā)展趨勢，大致有： 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計 20 1. 低功耗 CMOS化 MCS51 系列的 8031 推出時的功耗達 630mW，而現(xiàn)在的單片機普遍都在 100mW 左右，隨著對單片機功耗要求越來越低，現(xiàn)在的各個單片機制造商基本都采用了 CMOS(互補金屬氧化物半導體工藝 )。 CMOS 雖然功耗較低，但由于其物理特征決定其工作速度不夠高，而 CHMOS則具備了高速和低功耗的特點，這些特征，更適合于在要求低功耗象電池供電的應(yīng)用場合。 現(xiàn)在常規(guī)的單片機普遍都是將中央處理器 (CPU)、隨機存取數(shù)據(jù)存儲 (RAM)、只讀程序存儲器 (ROM)、并行和串行通信接口，中斷系統(tǒng)、定時電路、時鐘電路集成在一塊單一的芯片上，增強型的單片 機集成了如 A/D轉(zhuǎn)換器、 PMW(脈寬調(diào)制電路 )、 WDT(看門狗 )、有些單片機將 LCD(液晶 )驅(qū)動電路都集成在單一的芯片上，這樣單片機包含的單元電路就更多，功能就越強大。此外，現(xiàn)在的產(chǎn)品普遍要求體積小、重量輕，這就要求單片機除了功能強和功耗低外，還要求其體積要小。 現(xiàn)在雖然單片機的品種繁多，各具特色，但仍以 80C51為核心的單片機占主流，兼容其結(jié)構(gòu)和指令系統(tǒng)的有 PHILIPS公司的產(chǎn)品， ATMEL公司的產(chǎn)品和中國臺灣的 Winbond系列單片機。而 Microchip 公司的 PIC精簡指令集 (RISC)也有著強勁的發(fā)展勢頭，中國臺灣的 HOLTEK 公司近年的單片機產(chǎn)量與日俱增，與其低價質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢，占據(jù)一定的市場份額。 單片機的應(yīng)用領(lǐng)域 由于單片機具有良好的控制性能和靈活的嵌入品質(zhì)，近年來單片機在各種領(lǐng)域都獲得了極為廣泛的應(yīng)用。如各種智能電氣測量儀表、智能傳感器等。單片機在機電一體化產(chǎn)品的開發(fā)中可以發(fā)揮巨大的作用。 3： 實時工業(yè)控制 單片機還可以用于各種物理量的采集與控制。在這類系統(tǒng)中，利用單片機作為系統(tǒng)控制器，可以根據(jù)被控對象的不同特征采用不同的智能算法，實現(xiàn)期望的控制指標，蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計 21 從而提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 4： 分布系統(tǒng)的前端模塊 在較復雜的工業(yè)控制系統(tǒng)中，經(jīng)常要采用分布式測控系統(tǒng)完成大量的分布參數(shù)的采集。系統(tǒng)具有運行可靠，數(shù)據(jù)采集方便靈活，成本低廉等一系列優(yōu)點。如空調(diào)器、電冰箱、洗衣機、電飯煲、高檔洗浴設(shè)備、高檔玩具等。如汽車自動駕駛系統(tǒng)、航天測控系統(tǒng)、黑匣子等。從其執(zhí)行功能考慮，可以將單片機分成兩大組件，即基本功能模塊和專用功能模塊。程序存儲器共有 8K179。在系統(tǒng)上電或其他復位情況下，程序計數(shù)器均從 0000H 地址單元開始工作。 14位的堆棧區(qū)域進行保護。通過 14 位程序總線，取出對應(yīng)程序指令的機器碼，送入指令寄存器，將組成的操作碼和操作數(shù)進行有效分離。而操作碼將在指令譯碼和控制單元中轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的功能操作。 RAM數(shù)據(jù)存儲器的每個存儲單元除具備普通存儲器功能之外，還能實現(xiàn)移位、置位、復位和位測試等通常只有寄存器才能完成的操作。對 于不同的數(shù)據(jù)訪問，地址復用器的組合方式也存在差異。 3） E2PROM數(shù)據(jù)存儲器模塊 蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計 22 PIC16F877單片機嵌入一個 256179。它與內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器最大的差異在于可在線擦 /寫，存儲的內(nèi)容掉電時不會丟失。 4） 算術(shù)邏輯運算區(qū)域 PIC16F877單片機中一個非常重要的部件就是算術(shù)邏輯單元 ALU，主要實現(xiàn)算數(shù)運 上電延時 起振延時 上電復位 WDT 欠壓復位 在線調(diào)試 低壓編程 Flash 程序存儲器 程序計數(shù)器 8 級堆棧（ 13 位） 指令寄存器 指令譯碼和控制器 RAM 數(shù)據(jù)存儲器 地址復用器 STATUS FSR 數(shù)據(jù)復用器 ALU W 寄存器 端口 A 端口 B 端口 C 端口 D 端口 E 定時器 0 定時器 1 定時器 2 E2PROM 數(shù)據(jù)存儲器 捕捉 /比較 /脈寬調(diào)制 1 捕捉 / 比較 / 脈寬調(diào)制 2 同步串行端口 通用同步/ 異步收發(fā)器 8 位從動端口 A/D轉(zhuǎn)換器 器件型號 Flash 程序存儲器 RAM數(shù)據(jù)存儲器 E2PROM數(shù)據(jù)存儲器 PIC16F877 8K179。 8 256179。一般對于雙目操作類指令，如“加”、“減”、“與”、“或”的兩個操作數(shù)將來源于工作寄存器 W 和數(shù)據(jù)復用器。 與算術(shù)邏輯運算區(qū)域關(guān)聯(lián)的特殊功能寄存器有以下 3種 （ 1）工作寄存器 W：相當于其它單片機中的“累加器 A”，是數(shù)據(jù)傳送的橋梁，是最為繁忙的工作單元。該寄存器在其他單片機中又稱為標志寄存器或程序狀態(tài)字（ PAW）寄存器。如圖所示的狀態(tài)寄存器 STATUS 指向數(shù)據(jù)存儲器地址復用器的 3條控制線，配合完成間接尋址（ IRP）和直接尋址（ RP1和 RP0）。 5） 輸入 /輸出端口模式 PIC16F877 單片機具有豐富的接口資源，共設(shè)置有 5 個輸入 /輸出端口，分別為 RA（ 6 位）、 RB（ 8 位）、 RC（ 8 位）、 RD（ 8 位）和 RE（ 3 位），合計共有 33 個引腳。這些端口引腳在使用中存在著差異，特別是 RA（ 6位）和 RE（ 3位）中所涉及的輸入 /輸出通道，只有當對 ADCON1進行設(shè)置后才能用作為數(shù)字累輸入 /輸出引腳。 RC 端口擁有各類串行通信功能，包括主控同步串行通信 MSSP（ SPI、I2C）和通用同步 /異步收發(fā)器 USART 6） 多功能定時器模塊 PIC16F877 單片機配置有 3 個功能較強的多功能定時器模塊： TMR0（ 8 位）、 TMR1（ 16 位）和 TMR2（ 8 位）。每個定時器 /計數(shù)器模塊都配有不同比例的預分頻器或后分頻器。 7） 核心模塊 PIC16F877單片機具有多種功能強大的系統(tǒng)復位模式：基于電容的效應(yīng)，當系統(tǒng)芯片加電后， VDD 電壓會有一個逐漸上升的過程，只有達到 ~ 后，上電復位電路將自動產(chǎn)生一個復位脈沖，使單片機復位；而為了保障系統(tǒng)程序安全，可靠運行，當VDD 掉電跌落到 VBOR(大約 4V)的時間大于 TBOR（大約 100us）時，如果掉電復位功能處于使能方式，將自動產(chǎn)生一個復位信號并使芯片保持在復位狀態(tài)；而此時如果 VDD蘭州理工大學畢業(yè)設(shè)計 24 恢復到正常范圍，上電延時電路再提供一個 72ms 延時，才使 CPU 從復位狀態(tài)返回到原正常運行狀態(tài)。在芯片加電時，上電延時定時器 PWRT提供一個固定的 72ms正常上電延時。當 PWRT 處于延時過程時，芯片就能一直保持在復位狀態(tài)，以確保電源電壓在這個固定延時內(nèi)達到合適的芯片工作電壓；在上電延時電路提供一個72ms延時后，起振定時器 OST將提供 1024個振蕩周期的延遲時間