計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程設(shè)計(jì)---數(shù)字雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　計(jì) 算 機(jī) 控 制 技 術(shù)</p><p><b>　　課 程 論 文.</b></p><p>　　題目：數(shù)字雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)要求：</b><

2、;/p><p>　　1、該調(diào)速系統(tǒng)能平滑調(diào)速，調(diào)速范圍，系統(tǒng)在工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作。</p><p><b>　　2、系統(tǒng)靜差率%。</b></p><p>　　3、實(shí)現(xiàn)無偏差調(diào)節(jié)。</p><p>　　4、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)：轉(zhuǎn)速超調(diào)量Sn<10%，電流超調(diào)量</p><p><b>　　

3、二、時(shí)間安排：</b></p><p>　　1、確定題目：12月24日 </p><p>　　2、查閱資料：12月25日 </p><p>　　3、設(shè)計(jì)電路：12月26日 &

4、lt;/p><p>　　4、撰寫設(shè)計(jì)報(bào)告：12月27日~12月29日 </p><p>　　5、修訂設(shè)計(jì)報(bào)告：12月30日</p><p>　　數(shù)字雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　摘要：本文主要研究了數(shù)字雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該直流調(diào)速系統(tǒng)具有兩個(gè)反饋—

5、—轉(zhuǎn)速反饋和電流反饋，轉(zhuǎn)速反饋主要實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)速的精確控制，使電機(jī)具有良好的穩(wěn)態(tài)性能；電流反饋主要實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的控制，減少電機(jī)過渡過程的過渡時(shí)間，使電機(jī)具有良好的動(dòng)態(tài)性能。本系統(tǒng)以80C51系列單片機(jī)為控制芯片，控制PWM信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)轉(zhuǎn)速和電流進(jìn)行控制的方法。本系統(tǒng)為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速和電流無靜差調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器都使用數(shù)字PI調(diào)節(jié)器。</p><p>　　關(guān)鍵字：雙閉環(huán) 單片機(jī) PI調(diào)節(jié)器 </

6、p><p>　　數(shù)字雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)</p><p>　　雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)是由單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)發(fā)展而來的，它繼承了單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的諸多優(yōu)點(diǎn)，并克服了單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的一些缺點(diǎn)。采用轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和PI調(diào)節(jié)器的單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)可以在保證系統(tǒng)穩(wěn)定的條件下實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差，使系統(tǒng)具有很好的穩(wěn)態(tài)性能，但單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)只能對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，不能對(duì)電流和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行調(diào)節(jié)，所以無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能最優(yōu)

7、化。如果對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高，例如要求快速起、制動(dòng)、突加負(fù)載動(dòng)態(tài)速降小等等，單閉環(huán)系統(tǒng)難以滿足要求，所以在一些對(duì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能要求較高的場(chǎng)合，要用雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)。</p><p>　　為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的控制，可以在系統(tǒng)中引入電流負(fù)反饋，再在系統(tǒng)中增加一個(gè)電流調(diào)節(jié)器，讓電流環(huán)處于轉(zhuǎn)速環(huán)之內(nèi)，作為內(nèi)環(huán)，和轉(zhuǎn)速環(huán)實(shí)現(xiàn)串極連接。用轉(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PWM裝置。其中脈寬調(diào)

8、制變換器的作用是：用脈沖寬度調(diào)制的方法，把恒定的直流電源電壓調(diào)制成頻率一定、寬度可變的脈沖電壓序列，從而可以改變平均輸出電壓的大小，以調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速為了獲得良好的動(dòng)態(tài)性能，雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的電流調(diào)節(jié)器一般都采用PI調(diào)節(jié)器，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR的輸出限幅電壓是Unmax，它決定了電流調(diào)節(jié)器給定電壓的最大值；電流調(diào)節(jié)器ACR的輸出限幅電壓是Uimax，它限制了晶閘管整流器輸出電壓的最大值。其具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和電路原理圖分別如下圖1和圖2所示：<

9、/p><p>　　單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)和雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)起動(dòng)時(shí)的電流和轉(zhuǎn)速波形分別如圖3-a和3-b所示。由圖3-a可知單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在啟動(dòng)過程中，電流先增大后減少，由此導(dǎo)致啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，當(dāng)電流從最大值降低下來以后，電機(jī)轉(zhuǎn)矩也隨之減小，因而加速過程必然拖長(zhǎng)，動(dòng)態(tài)性能必然變差。由圖3-b可知雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)在過渡過程中始終保持電流為允許的最大值，使電力拖動(dòng)系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動(dòng)，到達(dá)穩(wěn)態(tài)后，又讓電流立即降低下來，使轉(zhuǎn)速馬

10、上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行。因此雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)能在電機(jī)最大電流(轉(zhuǎn)矩)受限的條件下,充分地利用電機(jī)的過載能力，最大限度地提高生產(chǎn)效率。實(shí)際上，由于主電路電感的作用，電流不能突變，圖3-b所示的理想波形只能得到近似的逼近，不能完全的實(shí)現(xiàn)。但電機(jī)的電流慣性遠(yuǎn)比機(jī)械慣性小得多，啟動(dòng)后電機(jī)電流很快就能到達(dá)最大值，所以對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行控制對(duì)改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能有著重大的意義。</p><p>　　a)

11、 b) </p><p>　　圖3 調(diào)速系統(tǒng)啟動(dòng)過程的電流和轉(zhuǎn)速波形</p><p>　　第二章 數(shù)字雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1主電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　主電路由整流器、濾波電容、中間直流電路和PWM 逆變器組成，其原理圖如圖2

12、-1所示。整流器由6個(gè)二極管組成，屬于不可控整流，整流后的輸出電壓為定值，作用是把電網(wǎng)提供的交流電整流成直流電；濾波電容的作用是將整流器輸出的直流電壓濾平；中間直流電路由電阻R2和開關(guān)器件Q1組成，作用是保護(hù)電路。當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入制動(dòng)狀態(tài)時(shí)，PWM 逆變器向直流側(cè)回饋電能，但由于二極管整流器單向?qū)щ娦裕娔懿荒鼙凰突仉娋W(wǎng)，因此只能給濾波電容充電，使電容兩端電壓升高。如果沒有中間直流電路，電容電壓會(huì)無限增加，會(huì)威脅到整個(gè)電路的。如果有中間直流電

13、路，當(dāng)PWM控制器檢測(cè)到電容電壓高于規(guī)定值時(shí)，PWM控制器輸出一個(gè)高電平，使開關(guān)器件Q1導(dǎo)通，使電容通過電阻R2和開關(guān)器件Q1這條支路放電，從而使電容兩端電壓降低。</p><p>　　圖2-1 橋式可逆直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)主電路的原理圖</p><p>　　可逆PWM變換器主電路有多種形式，最常用的是橋式（亦稱H形）電路，如圖2-2為橋式可逆PWM變換器。這時(shí)電動(dòng)機(jī)M兩端電壓Uab的極性隨

14、開關(guān)器件驅(qū)動(dòng)電壓極性的變化而變化，其控制方式有雙極式、單極式、受限單極式等多種，本設(shè)計(jì)用的是雙極性控制的可逆PWM變換器。雙極性控制的橋式可逆PWM變換器有電流一定連續(xù)、可使電動(dòng)機(jī)在四象限運(yùn)行、電動(dòng)機(jī)停止時(shí)有微振電流可消除靜摩擦死區(qū)、低速平穩(wěn)性好等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　圖2-2 橋式可逆PWM變換器</p><p>　　PWM（脈沖寬度調(diào)制）是指在直流電源電壓基本不變的情況下通過

15、電子開關(guān)的通斷，改變施加到電機(jī)電樞兩端得直流電壓脈沖寬度（即所謂的占空比），以調(diào)節(jié)輸入電機(jī)電樞的電壓平均值的調(diào)速方式。雖然加在電機(jī)電樞兩端的電壓是斷續(xù)的電壓脈沖，但由于電機(jī)電樞含有電流不可瞬變的大電感，所以電路電流還是連續(xù)的。在PWM驅(qū)動(dòng)控制的調(diào)整系統(tǒng)中，當(dāng)按一個(gè)固定的頻率來接通和斷開電子開關(guān)，那么電機(jī)電樞的電壓平均值就為一個(gè)固定在。這也就是說，當(dāng)我們改變電子開關(guān)接通和斷開的頻率，就能改變直流電機(jī)電樞上電壓的“占空比”來達(dá)到改變平均電壓

16、大小的目的，從而來控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。PWM可以應(yīng)用在許多方面，比如：電機(jī)調(diào)速、溫度控制、壓力控制等等。</p><p>　　在一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)，當(dāng)0≤t≤ton時(shí)，Ub1和Ub4為正，晶體管VT1和VT4飽和導(dǎo)通;而Ub2和Ub3為負(fù)，VT2和VT3截止。這是，+U5加在電樞AB兩端，Uab = Us電樞電流id沿回路1流通。ton<t<T時(shí)，Ub1和Ub4變負(fù)，VT1和VT4截止；Ub2、Ub3變正，

17、但VT2、VT3 并不能立即導(dǎo)通，因?yàn)樵陔姌须姼嗅尫艃?chǔ)能的作用下，id沿回路2經(jīng)VD2、VD3 續(xù)流，在VD2、VD3 上的壓降使VT2、VT3c-e極承受反壓，這時(shí)，UAB= -US。UAB在一個(gè)周期內(nèi)正負(fù)相間，這是雙極式PWM變換器的特征。</p><p>　　雙極式控制可逆PWM變換器的輸出平均電壓為</p><p><b>　　（1-1）</b></p&

18、gt;<p>　　如果定義占空比，電壓系數(shù)</p><p>　　則在雙極式可逆變換器中</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　調(diào)速時(shí)，的可調(diào)范圍為0～1相應(yīng)的。當(dāng)時(shí)，為正，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)時(shí)，為負(fù)，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)時(shí)，，電動(dòng)機(jī)停止。電樞兩端的瞬時(shí)電壓和瞬時(shí)電流都不是零，而是交變的。這個(gè)交變電流平均值為零，

19、不產(chǎn)生平均轉(zhuǎn)矩，陡然增大電機(jī)的損耗。但它的好處是使電機(jī)帶有高頻的微振，起著所謂“動(dòng)力潤(rùn)滑”的作用，消除正、反向的靜摩擦死區(qū)。</p><p>　　2.3控制電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　2.3.1 調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　1、電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)：</p><p>　　雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖如圖2.3.1-1所示：</

20、p><p>　　圖2.3.1-1 雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　由圖2.3.1-1可知，反電動(dòng)勢(shì)和電流反饋相互影響，給雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖的分析帶來麻煩，需要對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化。因?yàn)椋谝话闱闆r下，系統(tǒng)的機(jī)械慣性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電流慣性，即速度變化的時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于電流變化時(shí)間，而反電動(dòng)勢(shì)又正比于速度，則反電動(dòng)勢(shì)變化速度遠(yuǎn)小于電流。所以，反電動(dòng)勢(shì)的變化是很緩慢的，對(duì)電流環(huán)的影響

21、也是很小的。對(duì)于電流環(huán)來說，反電動(dòng)勢(shì)是一個(gè)變化較慢的擾動(dòng)，因此在設(shè)計(jì)電流環(huán)時(shí)可以簡(jiǎn)化計(jì)算略去反電動(dòng)勢(shì)E對(duì)內(nèi)環(huán)地影響，將電流閉環(huán)的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為電流環(huán)近似結(jié)構(gòu)圖，如圖2.3.1-2所示：</p><p>　　圖2.3.1-2 電流環(huán)近似結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　把給定濾波和反饋濾波同時(shí)等效地移到環(huán)內(nèi)前向通道上，并將時(shí)間常數(shù)為Ts和Toi的兩個(gè)小慣性環(huán)節(jié)合成一個(gè)大慣性環(huán)節(jié)，該慣性環(huán)節(jié)

22、的時(shí)間常數(shù)為：T∑i=Ts+Toi，可將電流環(huán)近似結(jié)構(gòu)圖最終簡(jiǎn)化成圖2.3.1-3。</p><p><b>　　圖2.3.1-3</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求σ%≤5%，并保證穩(wěn)態(tài)電流無差，可按典型1型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器。電流環(huán)控制對(duì)象是雙慣性型的，因此可用PI型電流調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：WACR（S）=Ki（τis +1）/τis</p>

23、<p>　　加入電流調(diào)節(jié)器后電流環(huán)的開環(huán)傳遞函數(shù)為：</p><p>　　因?yàn)門∑i<<Tl，為了用PI型電流調(diào)節(jié)器的零點(diǎn)消去控制對(duì)象中大的時(shí)間常數(shù)的極點(diǎn)，以便較正成典型1型系統(tǒng)，所以令ri=Tl。則：</p><p><b>　　式中</b></p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)要求σ%≤5%和表2.3.1-1，得，得<

24、/p><p>　　表2.3.1-1 典型I型系統(tǒng)動(dòng)態(tài)跟隨性能指標(biāo)和頻域指標(biāo)與參數(shù)的關(guān)系</p><p>　　2、轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　按跟隨和抗擾性能都能較好的原則,在負(fù)載擾動(dòng)點(diǎn)后已經(jīng)有了一個(gè)積分環(huán)節(jié),為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速無靜差,還必須在擾動(dòng)作用點(diǎn)以前設(shè)置一個(gè)積分環(huán)節(jié),因此需要Ⅱ由設(shè)計(jì)要求，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器必須含有積分環(huán)節(jié)，故按典型Ⅱ型系統(tǒng)—選用設(shè)計(jì)PI調(diào)節(jié)器，其

25、傳遞函數(shù)為</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)條件：空載啟動(dòng)到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速超調(diào)量σ%≤10%和表2.3.1-2得h=5。則ASR超前時(shí)間常數(shù)為</p><p><b>　　轉(zhuǎn)速開環(huán)增益：</b></p><p><b>　　ASR的比例系數(shù)：</b></p><p>　　2.3.2 計(jì)算機(jī)控制單元&l

26、t;/p><p>　　1、PWM信號(hào)發(fā)生電路設(shè)計(jì)：</p><p>　　多功能波形信號(hào)發(fā)生模塊程序設(shè)計(jì)，89C51單片機(jī)工作在PWM方式下時(shí)，可以產(chǎn)生寬度和周期均可編程決定的PWM波形。89C51單片機(jī)通過一定連接方式和PWM信號(hào)發(fā)生電路連接，當(dāng)它工作在PWM方式下時(shí)，具有兩個(gè)脈沖寬度調(diào)制輸 出通道。</p><p>　　當(dāng)89C51單片機(jī)工作在PWM方式下時(shí)，P1引腳

27、上可以輸出分辨率為10bit或51 Obit的PWM波形，此時(shí)必須將 R0寄存器中的bit2清0，以設(shè)置P1引腳為輸出狀態(tài)。</p><p>　　PWM模式的結(jié)構(gòu)框圖如圖2.3.2-1所示：</p><p>　　圖2.3.2-1 PWM模式的結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　2、A/D 轉(zhuǎn)換電路:</p><p>　　ADC0809是帶有8

28、位A/D轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)以及微處理機(jī)兼容的控制邏輯的CMOS組件。它是逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，可以和單片機(jī)直接接口。ADC0809由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存與譯碼器、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8路模擬量分時(shí)輸入，共用A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量，當(dāng)OE端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。</p><p>

29、　　單片機(jī)控制ADC0809的工作過程是：首先用指令選擇0809的一個(gè)模擬輸入通道，當(dāng)執(zhí)行MOVX @DPTR，A時(shí)，單片機(jī)的信號(hào)有效，因此產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)，給START引腳送入脈沖，開始對(duì)已選中的通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這就是前面所說的第一個(gè)問題：8路模擬通道的選擇問題。</p><p>　　轉(zhuǎn)換結(jié)束后，0809發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束EOC信號(hào)，即通過檢查EOC引腳的電平即可，高電平時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)束。此信號(hào)供單片機(jī)查詢，也可以反向后作

30、為向單片機(jī)發(fā)出的中斷請(qǐng)求信號(hào)。當(dāng)在執(zhí)行MOVX A，@DPTR時(shí)，單片機(jī)發(fā)出讀控制信號(hào)，OE端為高電平，允許輸出，把轉(zhuǎn)換完的數(shù)字量讀到累加器A中。</p><p>　　圖2.3.2-2 ADC0809與89C51的接口電路</p><p><b>　　3、鍵盤電路設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　為了節(jié)省硬件資源，本系統(tǒng)采用矩陣式鍵盤

31、，如圖2.3.2-3所示:</p><p>　　圖2.3.2-3 矩陣式鍵盤</p><p>　　矩陣式鍵盤有行線和列線組成，按鍵跨接在行線和列線的交叉點(diǎn)上，其特點(diǎn)是占用I/O點(diǎn)數(shù)少，軟件復(fù)雜。按鍵識(shí)別過程：先給P1.0~P1.3置1，給P1.4~P1.7置0。當(dāng)無鍵按下時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有一個(gè)鍵按下時(shí)，該鍵所連的行、列線將導(dǎo)通，此時(shí)，行線電平的電平就會(huì)被列線拉低，這樣通過讀取

32、行線和列線的電平就能判斷哪個(gè)鍵被按下了。本系統(tǒng)采用實(shí)時(shí)查詢掃描方式來查詢單片機(jī)的按鍵輸入，即在極短的時(shí)間間隔內(nèi)循環(huán)反復(fù)執(zhí)行查詢掃描程序，這樣就可以提高系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，保證已有按鍵按下，單片機(jī)就可以馬上知道。</p><p>　　4、轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本系統(tǒng)用測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)量電動(dòng)機(jī)的速度，通過電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)測(cè)速發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)測(cè)速發(fā)電機(jī)獲得與轉(zhuǎn)速成正比的輸出電壓，再把該電壓加在一個(gè)可

33、調(diào)電阻上，最后通過可調(diào)電阻中間抽頭和轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器相連以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋。具體的轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路如圖2.3.2-4所示。因?yàn)檗D(zhuǎn)速檢測(cè)電路中的電阻是可變的，所以可以過改變滑動(dòng)變阻器的電阻值來獲得相應(yīng)大小的反饋信號(hào)，即通過改變可變電阻的電阻值來改變轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)。</p><p>　　圖2.3.2-4 轉(zhuǎn)速檢測(cè)電路 圖2.3.2-5 轉(zhuǎn)速給定電路</p><p>　　5

34、、轉(zhuǎn)速給定電路設(shè)計(jì)：</p><p>　　轉(zhuǎn)速給定電路主要由通過改變滑動(dòng)變阻器的電阻值來獲得相應(yīng)大小的給定信號(hào)。轉(zhuǎn)速給定電路可以產(chǎn)生幅值可調(diào)和極性可變的階躍給定電壓或可平滑調(diào)節(jié)的給定電壓。具體電路如圖2.3.2-5所示。</p><p>　　第三章 數(shù)字雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 PWM調(diào)速程序 </p><p>

35、　　假設(shè)在硬件電路已經(jīng)連接好后，要控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過在電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的使能端輸入一PWM波形。改變PWM波的脈寬（占空比）即可改變加在電機(jī)兩端的有效電壓，從而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。注意，此處的PWM波只是相當(dāng)于電機(jī)供電電路開關(guān)的作用：高電平對(duì)應(yīng)接通，低電平對(duì)應(yīng)斷開。 </p><p>　　對(duì)于Atmega 16單片機(jī)，這里利用T/C1定時(shí)器中斷來產(chǎn)生PWM波形。在ICC AVR編譯環(huán)境下，利用tool 菜

36、單中的application builder生成一個(gè)簡(jiǎn)單的PWM波程序。這段程序以PA0作為PWM波的輸出端口。利用T/C1定時(shí)器比較匹配和溢出產(chǎn)生兩次中斷來改變PA0的輸出電平。具體過程為：計(jì)數(shù)器TCNT1從初始值開始不斷計(jì)數(shù)，當(dāng)發(fā)生比較匹配時(shí)，把PA0置為低電平，計(jì)數(shù)器繼續(xù)計(jì)數(shù)，當(dāng)發(fā)生溢出中斷時(shí)，計(jì)數(shù)器回到初始設(shè)定值，并把PA0置為高電平。從而在PA0端口獲得一穩(wěn)定持續(xù)的PWM波形，在主程序中改變比較值，即可改變波形占空比，而頻率不

37、變。</p><p><b>　　PWM調(diào)速程序：</b></p><p>　　/************************************************ 用1個(gè)定時(shí)器的話就要用一個(gè)變量count1 來控制周期和占空比 </p><p>　　#include <iom16.h> </p>&l

38、t;p>　　#define uint unsigned int </p><p>　　#define uchar unsigned char </p><p>　　uchar PWM_PA0=PA0</p><p>　　uint count=0; </p><p>　　void port_init(void) </p>

39、<p><b>　　{ </b></p><p>　　PORTA|=(1<<PA0); </p><p>　　DDRA|=(1<<PA0); </p><p><b>　　} </b></p><p>　　void timer0_init

40、(void) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　SREG=0x80; </p><p>　　TIMSK|=(1<<TOIE0); </p><p>　　TCCR0|=(0<<CS02)|(0<<CS01)|(1<<CS00);

41、 </p><p>　　TCNT0=0x91; </p><p><b>　　} </b></p><p>　　void main(void) </p><p><b>　　{ </b></p><p>　　port_init(); </

42、p><p>　　timer0_init(); </p><p>　　while(1); </p><p><b>　　}</b></p><p>　　3.2 數(shù)字PI調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p><p>　　在連續(xù)控制系統(tǒng)中，PI控制算法可表示為:</p><p>　　---比

43、例系數(shù); ---時(shí)刻偏差，為測(cè)量值和給定值之差;</p><p>　　---積分時(shí)間常數(shù);</p><p>　　在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中使用的是數(shù)字PI控制器，所以要把上述連續(xù)系統(tǒng)PI控制規(guī)律離散化。為了用計(jì)算機(jī)軟件程序?qū)崿F(xiàn)PI控制規(guī)律，但采用周期足夠小時(shí)，可以用求和代替積分、用向后差分代替微分。令：</p><p>　　將上式代入式3.2-1得位置式PI：<

44、/p><p><b>　　由式3.2-2得：</b></p><p>　　式3.2-3—式3.2-2得增量式PI：</p><p><b>　　式中</b></p><p>　　---第n次輸出的地量; ---第n次采樣后偏差值;</p><p>　　---第n-1次

45、采樣后偏差值; ---積分系數(shù):</p><p>　　在位置式算式中，由于采用全量輸出，每次輸出均與原來位置有關(guān)，會(huì)使輸出產(chǎn)生較大變化。在增量式中，每次只輸出控制增量，對(duì)系統(tǒng)影響較小，且具有以下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?、儆捎谠隽枯敵?，出現(xiàn)誤動(dòng)作時(shí)影響小，必要時(shí)可以用限幅辦法去掉。</p><p>　　②手動(dòng)/自動(dòng)切換時(shí)沖擊較小。</p><

46、p>　?、鄄粫?huì)產(chǎn)生積分失控，易于獲得較好的積分效果。</p><p>　　根據(jù)式3.2-4寫數(shù)字PI控制算法的程序：</p><p><b>　　//定義變量</b></p><p>　　float Kp; //PI調(diào)節(jié)的比例常數(shù) </p><p>　　float Ti; //P

47、I調(diào)節(jié)的積分常數(shù) </p><p>　　float Td; //采樣周期 </p><p>　　float T; //采樣周期</p><p><b>　　float Ki;</b></p><p><b>　　float Kd;</b></p>

48、<p>　　float e; //偏差e[k]</p><p>　　float e1; //偏差e[k-1]</p><p>　　float ek; //偏差e[k] </p><p>　　float ek1; //偏差e[k-1] </p><p>　　flo

49、at ek2; //偏差e[k-2]</p><p>　　float u; //u[k] </p><p>　　float uk; //u[k] </p><p>　　float uk1; //u[k-1]</p><p>　　float rk; //r[

50、k] </p><p>　　float yk; //y[k] </p><p>　　//變量初始化 </p><p>　　Kp=4; </p><p>　　Ti=0.005; </p><p>　　Td=0.001; </p><p><b

51、>　　Ki=KpT/Ti</b></p><p><b>　　Kd=KpTd/T</b></p><p><b>　　ek=0; </b></p><p>　　ek1=0; </p><p>　　ek2=0; </p><p>　　uk=

52、0; </p><p>　　uk1=0; </p><p>　　float pid(float rk,float yk) </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　ek=rk-yk;</b></p><p><b>　　e

53、=ek-ek1;</b></p><p>　　e1=ek1-ek2;</p><p>　　u= Kp*e+ Ki*ek;</p><p><b>　　if(i==1)</b></p><p><b>　　{ </b></p><p><b>　　uk=u

54、k1+u;</b></p><p><b>　　uk1=uk;</b></p><p>　　ruturn uk;</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　ek2=ek1;</b></p><p><b>

55、　　ek1=ek;</b></p><p><b>　　return u;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　心得體會(huì)</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)是針對(duì)雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要工作有雙閉環(huán)直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)

56、主電路設(shè)計(jì)、硬件電路設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)，是一次綜合性強(qiáng)，難度大的一次設(shè)計(jì)。通過本次的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了設(shè)計(jì)數(shù)字雙閉環(huán)直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)，學(xué)會(huì)了如何選擇硬件和如何根據(jù)硬件來編寫軟件，也進(jìn)一步熟悉了雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式、工作原理及各個(gè)器件的作用和設(shè)計(jì)。這次設(shè)計(jì)是我大學(xué)第一次系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)，以前都是設(shè)計(jì)一個(gè)小電路，而這次是設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)，難度相對(duì)比以前大了很多，為了完成這次設(shè)計(jì)，我看了很多書，并和同學(xué)討論了很多問題，并在設(shè)計(jì)過程中遇到了很多問

57、題，最后都憑著自己的努力解決了問題。這次設(shè)計(jì)鍛煉了我的動(dòng)手能力、獨(dú)立解決問題的能力。</p><p><b>　　參考書目</b></p><p>　　[1] 陳　錕　危立輝，基于單片機(jī)的直流電機(jī)調(diào)速器控制電路[J]，中南民族大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2003.9.</p><p>　　[2] 曲學(xué)基 于明揚(yáng)。電力電子整流技術(shù)與應(yīng)用 電子工業(yè)

58、出版社 2008.4．</p><p>　　[3] 阮毅, 陳伯時(shí). 電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)——運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)（第4版）. 機(jī)械工業(yè)出版社.</p><p>　　[4] 王建華. 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)（第2版）. 高等教育出版社.</p><p>　　[5] 羅金成,智能全.數(shù)字直流調(diào)速系統(tǒng)理論研究與設(shè)計(jì).2006 .</p><p>　　[6] 譚

59、浩強(qiáng). C程序設(shè)計(jì)（第二版）[M]. 北京: 清華大學(xué)出版社</p><p>　　[7] 陳渝光．電氣自動(dòng)控制原理與系統(tǒng)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000：141-146．</p><p>　　[8]王兆安，黃俊主編。電力電子技術(shù)。第4版。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.</p><p>　　[9]萬福君 潘松峰 單片微機(jī)原理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 第二版， 2004.