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基于51單片機的直流雙閉環調速系統(編輯修改稿)

2026-07-15 21:33 本頁面

　

【文章內容簡介】 50A,轉換比例為1000：1。霍爾元件檢測得到的弱電流信號經轉換、濾波、放大后,變成與電樞電流成比例的0~5V的直流電壓信號,再經A/D轉換電路,將模擬電壓轉換成數字量,輸入微型計算機。本系統選用光電脈沖信號發生器作為速度反饋的測量元件,光電脈沖信號發生器將電動機轉子的角位移量轉換成脈沖序列,通過計數器定時計數即可得到電動機轉速的數字式反饋量。本系統由微型計算機來實現整個系統的控制,用全數字方式來取代傳統的模擬控制方式,不僅提高了系統的可靠性、靈活性,而且還為整個系統的多功能、智能化提供了必要條件。經上述考慮,。數字式位置控制器數字式速度控制器數字式電流控制器數字式PWM信號發生器PWM功率放大器M信號轉換濾波放大A/D轉換.PG光電隔離倍頻變向位置可逆計數器數字式速度測量計數器位置給定+霍爾元件+ 數字式雙閉環直流調速系統方框圖數字式雙閉環直流調速系統硬件結構圖 8051單片機簡介本系統要求微型計算機完成電流環、速度環和位置環的控制算法運算以及相應的反饋信號數字化測量和采樣,接收和處理上位微型計算機送給伺服系統的指令,采集伺服系統的有關信息并反饋到上位微型計算機等。其中,電流環控制要求微型計算機有很快的響應速度,其采樣頻率比較高。另外,為了保證足夠的控制精度和運算速度,對微型計算機字長和指令功能也有更高的要求。本系統選用我們比較熟悉的8051作為微型計算機。 8051單片機的基本組成8051單片機由CPU和8個部件組成，它們都通過片內單一總線連接，其基本結構依然是通用CPU加上外圍芯片的結構模式，但在功能單元的控制上采用了特殊功能寄存器的集中控制方法。其基本組成如下圖所示： 8051單片機基本組成 CPU及8個部件的作用功能介紹如下中央處理器CPU：它是單片機的核心，完成運算和控制功能。內部數據存儲器：8051芯片中共有256個RAM單元，能作為存儲器使用的只是前128個單元，其地址為00H—7FH。通常說的內部數據存儲器就是指這前128個單元，簡稱內部RAM。特殊功能寄存器：是用來對片內各部件進行管理、控制、監視的控制寄存器和狀態寄存器，是一個特殊功能的RAM區，位于內部RAM的高128個單元，其地址為80H—FFH。內部程序存儲器：8051芯片內部共有4K個單元，用于存儲程序、原始數據或表格，簡稱內部ROM。并行I/O口：8051芯片內部有4個8位的I/O口（P0，P1，P2，P3），以實現數據的并行輸入輸出。串行口：它是用來實現單片機和其他設備之間的串行數據傳送。定時器：8051片內有2個16位的定時器，用來實現定時或者計數功能，并且以其定時或計數結果對計算機進行控制。中斷控制系統：該芯片共有5個中斷源，即外部中斷2個，定時/計數中斷2個和串行中斷1個。振蕩電路：它外接石英晶體和微調電容即可構成8051單片機產生時鐘脈沖序列的時鐘電路。系統允許的最高晶振頻率為12MHz。 8051單片機引腳圖 8051單片機引腳圖變電壓調速是直流調速系統用的主要方法，調節電樞供電電壓所需的可控制電源通常有3種：旋轉電流機組，靜止可控整流器，直流斬波器和脈寬調制變換器。旋轉變流機組簡稱GM系統，用交流電動機和直流發電機組成機組，以獲得可調的直流電壓。適用于調速要求不高，要求可逆運行的系統，但其設備多、體積大、費用高、效率低、維護不便。用靜止的可控整流器，例如，晶閘管可控整流器，以獲得可調直流靜止可控整流器又稱VM系電壓。通過調節觸發裝置GT的控制電壓來移動觸發脈沖的相位，即可改變Ud，從而實現平滑調速，且控制作用快速性能好，提高系統動態性能。直流斬波器和脈寬調制交換器采用PWM，用恒定直流或不可控整流電源供電，利用直流斬波器或脈寬調制變換器產生可變的平均電壓。與V—M系統相比，PWM系統在很多方面有較大的優越性：一、主電路線路簡單，需要的功率器件少；二、開端頻率高，電流容易連續，諧波少，電機損耗及發熱都較小：三、低速性能好，穩速精度該，調速范圍寬，可達1：10000左右；四、若與快速響應的電動機配合，則系統頻帶寬，動態響應快，動態抗擾能力強；五、功率開關器件工作在開關狀態，道通損耗小，當開關頻率適當時，開關損耗也不大，因而裝置效率高；六、直流電源采用不控整流時，電網功率因數比相控整流高。本設計應脈寬調速要求，采用直流PWM調速系統。雙極性調制方式的特點是4個功率管都工作在較高頻率(載波頻率)，雙極性控制的橋式可逆PWM變換器有以下優點：1）電流一定連續；2）可使電機在四象限運行；3）電機停止時有微振電流，可以消除靜摩擦死區；4）低速平穩性好，系統的調速范圍可達1：20000左右；5）低速時，每個開關器件的驅動脈沖仍較寬，有利于器件的可靠導。故本設計選用雙極性控制的橋式可逆PWM變換器。主電路的設計及參數計算確定時間常數①整流滯后時間常數。經查表，三相橋式電路的平均失控時間=。②電流濾波時間常數。，為了基本濾平波頭，應有（1—2）=,因此取=2ms=。③電流環小時間常數之和。按小時間常數近似處理，取=+=。選擇調節器結構根據設計要求=10％，并保證穩態電流無差，可按典型I型系統設計電流調節器。電流環控制對象是雙慣性型的，因此可用PI型電流調節器，其傳遞函數為 Ki — 電流調節器的比例系數； ti＝R1C — 電流調節器的超前時間常數。檢查對電源電壓的抗擾性能：=,參考典型I型系統動態抗擾性能，各項指標都是可以接受的。計算電流調節器參數：電流調節器超前時間常數：= 電流環開環增益：要求％時，查表，取因此 =于是，ACR的比例系數為校驗近似條件電流環截止頻率：① 校驗晶閘管整流裝置傳遞函數的近似條件滿足近似條件。② 校驗忽略反電動勢變化對電流環動態影像的條件滿足近似條件。③校驗電流環小時間常數近似處理條件：滿足近似條件。圖6 轉速環的動態結構圖及其簡化①電流環等效時間常數。前面已取，則② 轉速濾波時間常數。根據所用測速發電機紋波情況，取=。③ 轉速環小時間常數。按小時間常數近似處理，取選擇調節器結構按照設計要求，選用PI調節器，其傳遞函數為Kn — 轉速調節器的比例系數；tn — 轉速調節器的超前時間常數。計算轉速調節器參數按跟隨和抗擾性能都較好的原則，取h=5，則ASR的超前時間常數為s可求得轉速環開環

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