【正文】 （313）式中電樞回路的電磁時間常數(shù)， ； 機電時間常數(shù)，； 電力拖動系統(tǒng)整個運動部分折算到電動機軸上的轉(zhuǎn)動慣量：n電動機轉(zhuǎn)速。 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的分析該系統(tǒng)為轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，動態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖33所示。對于電流閉環(huán)，PI調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)可以表示為 （315）式中電流調(diào)節(jié)器放大倍數(shù)；調(diào)節(jié)器時間常數(shù)。對于晶閘管整流器，它本身是一個時滯環(huán)節(jié)，傳遞函數(shù)可以表示為 （317）式中管整流器放大倍數(shù)；閘管整流器時間常數(shù)。取，=， 使用PI調(diào)節(jié)器將電流環(huán)校正為典型I型系統(tǒng)。5%，取電流環(huán)開環(huán)放大倍數(shù)為電流調(diào)節(jié)器的放大倍數(shù)為⑵轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的參數(shù)選擇，取，即中頻寬h=5，使PI調(diào)節(jié)器將轉(zhuǎn)速環(huán)校正為典型II型系統(tǒng)，以提高系統(tǒng)的跟隨行和抗干擾性。 變壓器的設計工業(yè)供電電壓為AC 380V，而電動機的額定電壓為110V，所以必須通過降壓變壓器使之達到系統(tǒng)供電要求。 變壓器二次側(cè)電壓U2的計算U2是一個重要的參數(shù)，選擇過低就會無法保證輸出額定電壓，選擇過高又會造成延遲角加大，整流元件的承受電壓升高，增加了裝置的成本。時整流電壓與二次電壓之比，即；B延遲角為時輸出電壓與之比，即——電網(wǎng)波動系數(shù)；1～——考慮各種因數(shù)的安全系數(shù)；表查可得 A=；取ε=；角考慮10176。電壓比K=U1/U2=380/120=。由于晶閘管的單向?qū)щ娦?，不允許電流反向，對過電壓過電流敏感，在低速運行時，導通角很小等缺點。 晶閘管的額定電壓晶閘管實際承受的最大峰值電壓，乘以（2～3）倍的安全裕量，參照標準電壓等級，即可確定晶閘管的額定電壓，即=（2～3），整流電路形式為三相全控橋，而 ，則，取 800V選擇晶閘管額定電流的原則是必須使晶閘管允許通過的額定電流有效值大于實際流過的電流最大有效值即，考慮（～2）倍的裕量。此外，還需注意以下幾點：①當周圍環(huán)境溫度超過+40℃時，應降低元件的額定電流值。③關(guān)鍵、重大設備，電流裕量可適當選的大些。 直流調(diào)速系統(tǒng)的保護晶閘管有換相方便，無噪音等優(yōu)點。采取正確的保護措施是晶閘管裝置可靠地運行的必要條件。按照過電壓保護的部位來分，有交流側(cè)保護、直流側(cè)保護和元件保護。抑制過電壓的方法不外乎三種：用非線性元件限制過電壓的幅度；用電阻消耗產(chǎn)生過電壓的能量；用儲能元件吸收產(chǎn)生過電壓的能量。以過電壓保護的部位來分，有交流側(cè)過壓保護、直流側(cè)過電壓保護和器件兩端的過電壓保護三種。圖41 交流側(cè)保護電路S=， U2=120V C≥6S/2= 61213842/1202= 181。F的鋁電解電容器。? 直流側(cè)過電壓保護直流側(cè)保護可采用與交流側(cè)保護相同的方法，可采用阻容保護和壓敏電阻保護。=（）=（ ）110V=V選MY31230/5型壓敏電阻。? 晶閘管及整流二極管兩端的過電壓保護抑制晶閘管關(guān)斷過電壓一般采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護電路方法。得 C=，R=100Ω。=fC10=501061202106=106W選R為20Ω普通金屬膜電阻器。因此作用于晶閘管的正相電壓上升率應有一定的限制。限制過大可在電源輸入端串聯(lián)電感和在晶閘管每個橋臂上串聯(lián)電感，利用電感的濾波特性，使其降低。晶閘管發(fā)生過電流的主要原因有以下幾種：負載端過載或者短路；牧歌晶閘管被擊穿短路，造成其它元件的過電流。晶閘管過電流的保護的常用措施有快速熔斷器和硒堆保護等?？焖偃蹟嗥骺梢园惭b在直流側(cè)、交流側(cè)和直接與晶閘管串聯(lián)。⑵電流上升率di/dt：導通時電流上升率太大，則可能引起門極附近過熱，造成晶閘管損壞。產(chǎn)生電流上升率過大的原因一般有：晶閘管導通時，與晶閘管并聯(lián)的阻容保護中的電容突然向晶閘管放電；交流電源通過晶閘管向直流側(cè)保護電容充電；直流側(cè)負載突然短路等。 主電路及保護電路圖系統(tǒng)的主電路是晶閘管三相全控橋和直流電動機，保護電路采用了阻容吸收電路和快速熔斷器進行保護。必須對系統(tǒng)的采樣頻率作出一定的要求，才能保證離散的數(shù)字信號在處理完畢后能夠不失真地重復連續(xù)的模擬信號。目前，對于采樣周期的選擇，還沒有特別有效的辦法，一般憑經(jīng)驗選擇相對合理的采樣周期，因此選擇應綜合考慮各方面因素，采取折衷的辦法。但采樣周期小，控制器占用CPU的時間就長，增加了控制系統(tǒng)對CPU的占用率。所以采樣周期不能太小。在雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)中電流環(huán)作為速度環(huán)的內(nèi)環(huán)，響應速度快，采樣周期取3ms；速度環(huán)是外環(huán)，采樣周期取15ms,每個工頻周期轉(zhuǎn)速環(huán)PID算一次，電流環(huán)算三次。 主程序的設計數(shù)字控制的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的控制規(guī)律是靠軟件來實現(xiàn)，系統(tǒng)中的所有硬件也靠軟件來管理。主程序完成實時性要求不高的功能，完成系統(tǒng)初始化后，實現(xiàn)鍵盤處理、刷新顯示、與上位計算機和其它外圍設備通信等功能。如圖51 主程序框圖 數(shù)字測速的軟件設計本文采用M/T39。具體方法如下： 在圖51中，T為實際檢測時間，T0是一固定不變的定時時間，當轉(zhuǎn)速脈沖的上升沿到來時，啟動定時T0，由兩個計數(shù)器分別對轉(zhuǎn)速脈沖M1和高頻脈沖數(shù)M2計數(shù)。當轉(zhuǎn)速脈沖的下一個上升沿到來時，M2停止計數(shù)，則可得到電機的轉(zhuǎn)速圖52 M/T法檢測轉(zhuǎn)速原理圖 （51）式中高頻計數(shù)脈沖信號的頻率，本系統(tǒng)中為80C196KC內(nèi)定時器T1的時鐘信號，由于采用1 6MHz晶振，=1MHz；P光電脈沖編碼器每轉(zhuǎn)輸出的脈沖數(shù)，P=60016倍頻次數(shù)。當定時T0到時，開啟HSI0中斷，停止計數(shù)，等待HSI0的上升沿。由此根據(jù)式(52)即可計算出當前電機的轉(zhuǎn)速。⑴因為要在軟件定時器2的第一次中斷中進行轉(zhuǎn)速環(huán)的PID計算，所以測速從這里開始。⑵轉(zhuǎn)速脈沖引起HSI0中斷，如果是第一次中斷則記下當前時間作起始時間ST，設軟件定時器1中斷時間T0，關(guān)HSI0中斷，啟動HSI數(shù)據(jù)有效對計數(shù)；如果是第二次中斷則把當前的時間作為結(jié)束時間FT。圖53 HSI0中斷 /HIS數(shù)據(jù)有效中斷⑷過了T0時間后，軟件定時器1產(chǎn)生中斷。見圖53⑸下一個轉(zhuǎn)速脈沖來時，就引起HSI0中斷。見圖53然后用公式(53)計算轉(zhuǎn)速。圖54 軟件定時中斷子程序 顯示模塊的軟件設計顯示部分的程序是采用軟件定時中斷來完成的，多少時間顯示一次可在軟件中設定。PID計算也是在軟件定時中斷子程序中完成的。定時器1在系統(tǒng)中作實時時鐘用，其時鐘信號來自內(nèi)部的時鐘發(fā)生電，每8個狀態(tài)周期計數(shù)加1，80C196KC的狀態(tài)周期由振蕩器信號2分頻后獲得，采用16MHz晶振，其狀態(tài)周期為125ns。圖55 觸發(fā)脈沖順序圖那么，1o所對應的計數(shù)器1的計數(shù)值為 （53）把觸發(fā)角和脈寬所對應的計數(shù)值，寫入HSO時間寄存器，靠HSO的定時功能來控制角度的大小。因為HSO CAM只能存儲8個HSO事件，考慮到軟件定時器對HSO CAM的占用情況，我們把24個觸發(fā)時刻分為4組，每組6個觸發(fā)時刻，分別由同步中斷與HSO中斷產(chǎn)生。同步中斷服務程序的主要任務是復位計數(shù)基準T2，產(chǎn)生A，B，C，D，E，F(xiàn)時刻的HSO輸出信號，允許HSO中斷，置A，B，C，D，E，F(xiàn)輸出結(jié)束標志，在F時刻產(chǎn)生HSO中斷。圖56 同步中斷服務程序流程圖⑵HSO中斷服務程序流程HSO中斷分別由F，L，R時刻的HSO輸出命令引起。其控制流程圖如圖57所示。用軟件編程完成電流、轉(zhuǎn)速等各項參數(shù)的計算，實現(xiàn)最優(yōu)化調(diào)節(jié)。在以往的數(shù)字化直流調(diào)速系統(tǒng)中轉(zhuǎn)速常用測速發(fā)電機來檢測，這種模擬測速方法的精度不夠高，在低速時更為嚴重，很難保障生產(chǎn)的高效、安全運行，所以在本次設計中測速采用了目前較先進的旋轉(zhuǎn)編碼器測速，即數(shù)字測速。通過本次畢業(yè)設計，總結(jié)出了數(shù)字調(diào)速系統(tǒng)具有以下主要特點：(1)速度給定和測速采用數(shù)字化，能夠在很寬的范圍內(nèi)高精度測速，進而擴大了調(diào)速范圍，提高了速度控制的精度。對于不同的控制對象和控制要求，只需要改變控制算法軟件即可。 (4)由于許多功能都是由軟件來完成的，所以使硬件得以簡化，故障率比較小。(5)數(shù)字控制裝置具有很強的通信功能，通過現(xiàn)場總線可以與工業(yè)控制系統(tǒng)的上位機聯(lián)機工作，并且可以對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行監(jiān)視、預警、故障診斷和數(shù)據(jù)采集。當然，離散化和數(shù)字化的結(jié)果導致了信號在時間上和量值上的不連續(xù)，從而會引起量化誤差，影響控制精度和平滑性。隨著微電子技術(shù)的進步，微處理器的運算速度不斷提高，其位數(shù)也不斷增加，上述兩個問題的影響已經(jīng)越來越小?，F(xiàn)階段，我國還沒有自主的系列的全數(shù)字化的控制系統(tǒng)商用，而且國外先進的進口控制器設備價格較為昂貴。學習和研究國外先進的控制器，對于研制出有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的控制器，具有重大的經(jīng)濟價值和重要而又深遠的實際意義。總之，本次設計不僅進一步強化了我的專業(yè)知識技能，還是我獲得了設計控制系統(tǒng)的一般方法和步驟，對我以后的學習和工作具有重大的幫助。在本人畢業(yè)設計過程中，楊老師傾注了大量的精力和寶貴的建議，在他的悉心指導下，我才得以順利的完成本次畢業(yè)設計。楊老師以其淵博的知識和豐富的經(jīng)驗，給了我莫大的幫助。還有許多在畢業(yè)設計過程中給予我很大幫助和支持的人，在這里表示感