【正文】 加，也就是使磁通量 Φ 增加；根據(jù)式（ ）， Φ 的增加又使 E增加，達(dá)到一個新的平衡點(diǎn)。 為了解決機(jī)械特性下降的問題，一種解決方案是設(shè)法維持磁通量恒定不變，即設(shè)法使 E/f=KΦ= 常數(shù) () 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 14 這就要求，當(dāng)電動機(jī)凋速改變電源頻率 f 時， E也應(yīng)該作相應(yīng)的變化 ,來維持它們的比值不變。 由于在阻抗上產(chǎn)生的壓降相對于加在繞組端的電源電壓 U很小，如果略去的話，則式 ()可簡化成 U≈ E () 這說明可以用加在繞組端的電源電壓 U來近似地代替 E。 如果頻率從 f 調(diào)到 fx，則電壓 U 也要調(diào)到 Ux。 要使磁通量保持近似恒定 ,就要使 Ku=Kf () 圖 含用等寬載波的脈寬調(diào)制波形 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 15 為此，可采用脈 寬調(diào)制信號（ PWM）來同時滿足調(diào)頻時調(diào)壓，含用等寬載波的脈寬調(diào)制波形如圖 。 電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)時間原理 要實(shí)現(xiàn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)時間用單片機(jī)很易做到，但本設(shè)計采用上下位機(jī)的結(jié)構(gòu)，故用上位機(jī)來控制會更簡單，在 VB 參數(shù)輸入界面中設(shè)置一定時器， VB 中自帶一定時器Timer，但只能定時約一分鐘，先將 Timer 的 Interval 屬性設(shè)為 60000（即為 1分鐘），每次在進(jìn)入中斷時，讓 自加一，這樣就能實(shí)現(xiàn)任意分鐘的定時，在時間到了預(yù)定時間時，觸發(fā)一信號，再將此信號通過串口發(fā)送 到單片機(jī)，單片機(jī)收到信號后便停止工作。 本章小結(jié) 本章分別從電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制、電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)時間和電機(jī)的轉(zhuǎn)向三個方面闡述了閉式功率流變速器實(shí)驗(yàn)臺控制系統(tǒng)的工作原理，其中電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制是本設(shè)計的控制主要工作，因此本章結(jié)合變頻器主電路圖的工作原理較詳細(xì)的說明了其控制方案，同時也從總體上闡述了電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)時間控制和轉(zhuǎn)向控制的原理。 電動機(jī)的選擇 此實(shí)驗(yàn)臺的物理結(jié)構(gòu)簡圖 。 T24＝ T26 為變速器的最大轉(zhuǎn)矩檔位，即一檔時的機(jī)械特性曲線。 179。 179。 ＝ 。 (1η )=100179。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 18 選用電機(jī)型號為： Y160M－ 4，性能參數(shù)見表 。 圖 電機(jī)的平衡點(diǎn) 圖中 T1──額定轉(zhuǎn)矩； Ts──啟動轉(zhuǎn)矩； Tk──臨界轉(zhuǎn)矩，又稱顛覆轉(zhuǎn)矩。故電機(jī)選型正確。 LSB INL，保證無失碼； ③ 可編程轉(zhuǎn)換速率，最大 1 Msps； ④ 可作為兩個單端或一個差分轉(zhuǎn)換器； ⑤ 直接存儲器存?。粩?shù)據(jù)存儲器到 RAM 中，不需額外軟件開銷； ⑥ 數(shù)據(jù)相關(guān)窗口中斷發(fā)生器； ⑦ 內(nèi)建溫度傳感器。 (3) 兩個 12 位 DAC 可用定時器觸發(fā)同步輸出，用于產(chǎn)生無抖動波形。 (5) 電壓基準(zhǔn)； (6) 精確 VDD 監(jiān)視器和欠壓檢測器。 (4) 符合 邊界掃描標(biāo)準(zhǔn)； (5) 完全的開發(fā)套件。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 20 存儲器 (1) 4352 字節(jié)內(nèi)部數(shù)據(jù) RAM（ 4K + 256） ； (2) 64KB FLASH；可以在系統(tǒng)編程，扇區(qū)規(guī)模為 512 字節(jié)； (3) 外部 64KB 數(shù)據(jù)存儲器接口，可編程為非復(fù)用方式。 時鐘源 (1) 內(nèi)部校準(zhǔn)的可編程振蕩器： 3 ~ ； (2) 外部振蕩器：晶體、 RC、 C 或外部時鐘。 100 腳 TQFP 和 64 腳 TQFP 封裝； 溫度范圍： 40176。 C。 主電路圖 輸入端：容量小于 31KVA（配用 15KW 電動機(jī)）的變頻器，輸入線的標(biāo)志為 R、 S、T，接電源進(jìn)線。 制動電阻與制動單元接線端： 15KW 以下的 G7 系列變頻器內(nèi)部已經(jīng)配置了制動單元。 輸入控制端 :S1S12為多功能輸入控制端，具體功能均可通過功能預(yù)置來設(shè)定。 通信接口輸入端：從 R＋、 R－、 S＋、 S－輸入。 多功能運(yùn)行信號輸出端 M M2──繼電器輸出端； P1～ P4──晶體管輸出端。 編碼器輸入端 從插件 PG－ B2 輸入。 JN338 轉(zhuǎn)矩傳感器被廣泛應(yīng)用于電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、風(fēng)機(jī)、水泵、攪拌機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)、 鉆探機(jī)械等眾多的旋轉(zhuǎn)動力系統(tǒng)中，此外，在近年來興起的數(shù)控機(jī)械加工中心及自動機(jī)床等機(jī)電一體化設(shè)備中也獲得了廣泛的應(yīng)用。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 23 JN338 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器采用了兩組特殊環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器以實(shí)現(xiàn)電源的輸入及轉(zhuǎn)矩信號的輸出，從而解決了旋轉(zhuǎn)動力傳遞系統(tǒng)中 ,能源及信號如何可靠地在旋轉(zhuǎn)部分與 靜止部分之間傳遞的問題，該傳感器同時還可實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速的測量，從而可方便的根 據(jù)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速測量值計算出軸輸出功率。 傳感器的主要技術(shù)參數(shù)及規(guī)格參數(shù) JN338 轉(zhuǎn)矩傳感器的主要技術(shù)參數(shù)和產(chǎn)品規(guī)格參數(shù)分別見表 和表 。將該應(yīng)變信號放大后，經(jīng)過壓 /頻轉(zhuǎn)換，變成與扭應(yīng)變成正比的頻率信號。 根據(jù)表 ，選擇 200 規(guī)格的 JN338 轉(zhuǎn)矩傳感器。在一段特制的彈性軸上粘貼專用的測扭應(yīng)變片并組成電橋，即為基礎(chǔ)扭矩傳感器。電路板上包含整流穩(wěn)壓電源，儀表放大電路及 V/F 變換電路。 (2) 轉(zhuǎn)矩測量原理 轉(zhuǎn)矩傳感器電路部分的工作原理如下： 由外部電源向傳感器提供177。 5V 的直流電源電壓。 的精密直流電源電壓，該電源既作為應(yīng)變電橋電源，又作為儀表放大器及 V/F 轉(zhuǎn)換器的工作電源。 1V 的強(qiáng)信號，再通過 V/F 轉(zhuǎn)換器 LM331變換成頻率信號，此信號通過信號環(huán)形旋轉(zhuǎn)變壓器，從旋轉(zhuǎn)軸傳遞至靜止的次級線圈，再經(jīng)過傳感器外殼上的信號處理電路濾波、整形后即可得到與彈性軸承受的扭矩成正比的頻率信號輸出。當(dāng)測速輪的一個齒將發(fā)光二極管的光線遮擋住時，光敏三極管就輸出一個高電平，當(dāng)光線通過齒縫射到光敏管的窗口時光敏管就輸出一個低電平，旋轉(zhuǎn)軸每轉(zhuǎn)一圈就可得到 60 個脈沖，因此，每秒鐘檢測到的脈沖數(shù)恰好等于 每分鐘轉(zhuǎn)速值。 (5) 轉(zhuǎn)矩傳感器的信號輸出 JN338 轉(zhuǎn)矩傳感器信號輸出形式如下： 1) 零轉(zhuǎn)矩： 10KHz177。 50Hz； 3) 反向旋轉(zhuǎn)滿量程： 5KHz177。 下面給出轉(zhuǎn)矩測量計算公式。 轉(zhuǎn)速輸出值為： ZfN 60? () 式中： N──轉(zhuǎn)速值（ r/min）； f──頻率值（ kHz）； Z──傳感器測速齒數(shù)。 圖 轉(zhuǎn)矩值與輸出頻率值對應(yīng)曲線 JN338 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)物見圖 圖 JN338 轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器實(shí)物 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 27 鎖存器的選擇 因本設(shè)計有四路顯示驅(qū)動電路，共需發(fā)光二級管 LED（采用共陰級類型）個數(shù)為： 3（顯示效率用）＋ 3（顯示時間用）＋ 3（顯示轉(zhuǎn)矩用）＋ 4（顯示轉(zhuǎn)速用）＝ 13。 圖中， OE（即 OUT ENLABLE）為輸出使能端， XD 為輸入端， GND 為地端， XQ 為輸出端， VCC 為電源端， LE 為鎖存端，圖 為 74HC573 的真值表，根據(jù)真值表可知 。 當(dāng) OE 為低時，若 LE 為高，則輸出 Q 與輸入 D直通， 若 LE 為低，則輸出 Q 為上一次的輸出值。 RS232C 是 EIA（美國電子工業(yè)協(xié)會） 1969 年修訂 RS232C 標(biāo)準(zhǔn)。 上位機(jī)的串口為 DB9 的 9 針串口，各引腳號見圖 ，各引腳功能見表 。 TTL/CMOS INPUTS 端：這個端口是的作用是輸入 TLL 或 CMOS 信號的，一般為 05V， 低電平為零 ,高電平為 VCC。 RS232 OUTPUTS 端口：是把 TTL 或 CMOS 的信號轉(zhuǎn)為 RS232 的信號輸出，輸出為正負(fù) 12V 到電腦。 圖 DB9 的引腳號 表 RS－ 232C 標(biāo)準(zhǔn)接口主要引腳定義 插針序號 信號名稱 功能 信號方向 3 TXD 發(fā)送數(shù)據(jù)（串行輸出） DTE→ DCE 2 RXD 接收數(shù)據(jù)（串行輸入） DTE← DCE 7 RTS 請求發(fā)送 DTE→ DCE 8 CTS 允許發(fā)送 DTE← DCE 6 DSR DCE 就緒（數(shù)據(jù)建立就緒） DTE← DCE 5 SGND 信號接地 1 DCD 載波檢測 DTE← DCE 4 DTR DTE 就緒（數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備就緒） DTE→ DCE 9 RI 振鈴指示 DTE← DCE MAX232 內(nèi)部有二組 232 轉(zhuǎn)換電路，使用的時候，一般是 11── 14 13──12 為一組 .10── 7 8── 9為一組。 4 光電隔離器的選擇 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 29 JN338 轉(zhuǎn)矩傳感器輸出的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速信號經(jīng)光電隔離后送入單片機(jī)系統(tǒng)；通過光電隔離既能將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速信號電平轉(zhuǎn)換成 TTL 電平信號，又能提高單片機(jī)的抗干擾能力。 硬件的連接及參數(shù)的確定 RS232 的 DB9 與 MAX232 的連接 根據(jù)圖 和表 可知， DB9 與 MAX232 的連接如圖 。 104PF,VCC 為電源正，為＋ 5V。其中晶振為，故電容就選擇 30PF，發(fā)光二級管的上拉電阻值選擇如下：如圖 。＝ 1KΩ，現(xiàn)選擇電阻為 500Ω，則發(fā)光二極管中通電電流為： 247。 JN338 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器與單片機(jī)的連接 JN338 的管腳見圖 。 圖 JN338 與單片機(jī)的連接 本章小結(jié) 本章在閉式功率流變速器實(shí)驗(yàn)臺控制系統(tǒng)設(shè)計的原理基礎(chǔ)上，選擇了此實(shí)驗(yàn)臺的硬件部分，包括電動機(jī)的選擇，單片機(jī)的選擇，變頻器的選擇，鎖存器的選擇，傳感器的選擇以及通信硬件 RS232 的 DB9 以及電平轉(zhuǎn)換芯片 MAX232 的選擇。 JN338 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩傳感器 4 腳 5 腳 轉(zhuǎn)速輸出 轉(zhuǎn)矩輸出 光電隔離 光電隔離 單片機(jī)的 T0 單片機(jī)的 T1 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 32 第 4 章 變速器試驗(yàn)臺控制系統(tǒng)軟件部分設(shè)計 VB 軟件設(shè)計 VB 程序設(shè)計框圖如圖 。根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康?，設(shè)計 VB 界面如圖 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 34 圖 參數(shù)輸入界面 其中， timer 圖標(biāo) 在程序運(yùn)行時不顯示， 控件為串行通信控件 MSCOMM，用于串行通信，程序運(yùn)行時也不顯示。實(shí)驗(yàn)進(jìn)程如圖 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 35 同理，要是在電機(jī)的轉(zhuǎn)動時間框中輸入了不適當(dāng)?shù)臄?shù)時，也會彈出出錯提示框，如圖 。 潤滑試驗(yàn)，耐久性試驗(yàn)和齒輪磨損試驗(yàn)都是在圖 的參數(shù)輸入界面，和機(jī)械效率實(shí)驗(yàn)唯一不同的是在實(shí)驗(yàn)進(jìn)程中，不用顯示效率和轉(zhuǎn)矩，只顯示時間和轉(zhuǎn)速，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后由人工打開變速器用肉眼觀察。 圖 硬件連接好測試 圖 中藍(lán)色條為發(fā)送的數(shù)據(jù)，黃色條為接收的數(shù)據(jù)， 1500 表示設(shè)定的轉(zhuǎn)速為1500r/min， 30 表示設(shè)定的運(yùn)轉(zhuǎn)時間為 30min， 1 表示設(shè)定的轉(zhuǎn)向?yàn)榉聪蜣D(zhuǎn)動， 2 表示選擇的是實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目代號為 2，即為潤滑實(shí)驗(yàn)。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 37 圖 程序運(yùn)行時串口中的數(shù)據(jù)流動圖 單片機(jī)軟件設(shè)計 單片機(jī)程序框圖如圖 系統(tǒng)初始化： 系統(tǒng)時鐘初始化 系統(tǒng)串口初始化 定時器初始化 系統(tǒng) I/O 口初始化 D/A 初始化 PCA 模塊初始化 開始 開中斷 關(guān)看門狗 掃描串口 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 38 圖 單片機(jī)程序框圖 單片機(jī)軟件采用 C語言編寫，由 Silicon Laboratories IDE 編譯器編譯，本設(shè)計需購買 cygnal(新華龍 )公司的 C8051F060 開發(fā)板，開發(fā)板如圖 ，目標(biāo)板上的資料如圖 。 J1 連接 SW2 t 至 腳。 J4 連接 JTAG 在片調(diào)試器。 J6 連接至 UART0 的發(fā)送引腳 () J8 連接至 UART0 RTS()。 按串口中所設(shè)定的數(shù)值使電機(jī)進(jìn)入所要求的工作狀態(tài)即所要求的轉(zhuǎn)速 按串口決定工作模式 機(jī)械效率實(shí)驗(yàn) 潤滑實(shí)驗(yàn) 耐久性實(shí)驗(yàn) 齒輪磨損實(shí)驗(yàn) 采樣時間到？ N Y 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計 39 圖 C8051F060 目標(biāo)板 圖 C8051F060 目標(biāo)板資料 J9 連接至 UART0 接收引腳 ()。 J11, J14 外部數(shù)據(jù)存儲器（ XRAM）接口端。 J16, J18 端口 2 3 connectors。 J17, J28 模擬電壓輸入口。 J22 VREF 接線端。 J24 擴(kuò)展的 96 針輸入輸出接口。 AIN_0,1 迷你型 BNC 為模擬電