dq104采用智能控制策略的单片机直流调速系统
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毕业设计
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dq104采用智能控制策略的单片机直流调速系统,毕业设计
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- 1 - 第一章 直流电机可逆调速控制的要求 在工业，农业，交通运输和国防上，广泛应用电动机来拖动工作机械，较先进的工作机械和生产工艺，普遍要求对电动机的转速实行自动控制。晶闸管元件的出现，开辟了自动调速系统的新纪元，晶闸管自动调速系统具有效率高，体积小，寿命长反应快，控制特性好，消耗钢铁材料少等显著优点，因而获得了强大的生命力，随着电子计算机和微处理机的推广应用又出现了由计算机或微处理机控制的自动调速系统。晶体管直流调速系统具有调速比大，精度高，动态性能好，效率高，易控制等优点。目前已比较成熟。本设计课题 -采用智能控制策略利用单片机控制直流电动机是实现电动机调速的一种方法，由于要求实现直流电动机的正反转，且要求调速系统的性能要高。我们决定采用逻辑控制的无环流可逆系统。这是因为双闭环调速系统有具有良好的静特性（接近理想的“挖土机特性”）具有良好的动态特性，启动时间短（动态响应快，超调量小）系统抗干扰能力强，电流环能较好的克服电网电压波动的影响，并最后消除转速偏差由两个调节器分别调节电流和转速，这样可以分别进行设计，分别调整，调整方便等特点。所以我们选择采用双闭环调速系统。由于在可逆系统中环流会消耗功率加 重晶闸管和变压器的负担。并使功率因数变差，因此我们采用逻辑控制的无环流可逆调速系统其系统原理图如下所示： nts - 2 - 逻辑控制无环流可逆系统原理图 DLC-无环流系统控制器 图中 DLC是必须加入的。它的作用就是送出两个控制信号 Uc1和 Uc2分别送往正，反两组触发电路的“脉冲封锁”控制端。这两个控制信号的特点是：当其中是“ 1”信号是，则另外一个必定是“ 0”封锁信号于是在其中一组在工作时，另一组触发脉冲即 被封锁。从而保证了在正反两组晶闸管整流装置中只可能有一组进行工作，不会产生环流。逻辑无环流可逆系统的优点是：不需要环流电抗器，没有附加的环流损失。节省变压器和晶闸管整流装置的容量因为换流而造成的事故率比有环流系统低，可靠性高。为满足以上这些直流电动机可逆调速系统要求。以后几个章节着重讨论采用微机的实现过程即它的控制回路。这也是本次设计的主要思想，对主回路及其他附属部分只简单的论述！ nts - 3 - 第二章 主回路 一 .三相可控整流电路的选择 当整流容量较大或要求直流电压的脉动要求小，易滤波或要求快速控制时 应采用对电网来说是平衡的三相零式电路结构简单，控制容易但是电路输出的电压不高脉动又比较大，使用功率有限，对于电压较高容量比较大，或者性能要求高的装置，多采用三相桥式全控整流电路 二系统主电路参数计算和保护 系统主电路参数计算包括整流变压器，晶闸管元件，电抗器和各种保护装置的计算和选择。 主电路装置的计算与确定 整流变压器参数计算 三相 380V 电源经空气开关送至三相变压器 IB（采用整流变压器主要是为了使整形输出电压与工作电压相适应）为了减少高次谐波对电网的不良影响，变压器采用 /Y 接法（整流变压器接成 /Y 可以有效地抑制晶闸管整流时产生的奇次谐波对电网的不良影响，此外还对三相交流电压起隔离作用有利于人身安全，若直接接电网后，整流输出电压能符合电机要求也可以改为采用在进线处串接交流电抗器来抑制整流谐波对电网的影响）避免在变压器每一相绕组中产生尖顶波电动势，这个电动势有时将超过正常值时的 50%对变压器绝缘不利。在本次系统中我们采用/Y-11。 整流变压器二次相电压 U2的计算如下： U2=(Udmax +RIa + n Uvt)/(A (Cos min-Cdk I2/I2H.) 在要求不太精确的情况下 U2 可以简化为 U2=（ 1.2 1.5） Udmax Udmax 为变流装置的最大整流输出电压 A 为 =0 是 Ud 与 U2 之比通过查表知道A=2.34 U2=（ 1.2 1.5） 220/2.34=112.8V 实取 120V 线电压 U2 = 3 U2=207.8V nts - 4 - 整流变压器二次相电流 I2一次相电流 I1的计算 I2=0.86 Id=0.86 8.74=7.13 7A I1=I2 U2/ U1=7.13 120/380=2.25 2A 变压器容量计算如下： S2=M2U2I2=3 120 7=2520VA 对于三相桥式全控整流电路有 S=S1=S2=2520 VA 实取 S=3KVA 整流变压器数据如下： 相数 接线 容量 一次电压 (V)/电流(A) 二次电压 (V)/电流 (A) 三相 D1Yn11 3KVA 380/3 120/7 晶闸管元件的选择 1） 晶闸管的额定电压 UTN按下式计算： UTN =(2 3)UTM 式中 UTN 为晶闸管元件的额定电压（ V）； UTM 为晶闸管元件在电路中实际承受的最大电压，对于不同 型式整流电路的 UTM 示于表（ 2-2）中表中U2 为整流变压器二次侧相电压有效值 2） 整流元件额定电流 ITN=（ 1.5 2） KfbId 式中 ITN为晶闸管额定电流（ A）Kfb为计算系数示于表（ 2-2） Id 为最大负载电流（ A） 表 2-2 整流元件的最大峰值电压 UTM和额定电流计算系数 KFB 整流主电路 单相半波 单相双半波 单相桥式 三相半波 三相桥式 带平衡电抗器的双反星形 UTM 2 U2 2 2 U2 2 U2 6 U2 6 U2 6 U2 Kfb 电阻负荷 1 0.5 0.5 0.374 0.368 0.185 电感负荷 0.45 0.45 0.368 0.368 0.368 0.184 根据已知条件和表 2-2则有 UTN=(2 3)UTM= 6 U2(2 3)=588 882V 实选 UTN=800V ITN=(1.5 2)KfbId=(1.5 2) 0.368 2 8.74=10 13A 实选 ITN=12A nts - 5 - 晶闸管选取 KP-12-8 计 12只 电抗器计算 在电枢回路串联平波电抗器 L，可以输出电流连续，限制电流脉动抑制电流上升率以改善晶闸管与电动机的利用率和系统调节特性。 根据不同的要求所计算的电感值是不相等的，其中为使主回路电流连续条件计算的电感值较大，故本设计按电流连续条件 计算电感这样亦可实现其他功能。 用公式计算出所需电感量，要减去变压器漏感和电动机电枢电感才是平波电抗器的电感量 Lcr1计算过程如下： 1） 变压器漏感量 L =kUkU2/Id=3.9 0.02 120/8.74=1.45mH 2） 电动机电枢电感 由以至可得 Ld=75mH 对于三相桥式电路，主电路导通时，变压器漏电感与电枢电敢量之和计算值： 2L+Ld=2 1.45+75=77.9mH 3） 平波电抗器电感量 Lcr1= Lcr-(2L+Ld)=53mH Icr1=1.11In=9.6 所以实取 Lcr1=53mH I=10A （ 2）整流装置的保护 晶闸管承受过电流和过电压的能力较差，短时间过电流和过电压就会把器件损坏但不能完全根据装置运行可能出现暂时的过电流和过电压的数值来确定器件参数，还要充分发挥器件应有能 力因此保护就成为提高电力装置运行可靠性不可少的环节。 过电压保护 产生过电压原因： a.外部：雷击，电网中产生浪涌电压 b.内部：合闸，拉闸，熔断器 熔断 根据晶闸管装置产生过电压部位不同，分别设置交流侧过电压保护，直流侧过电压保护，元件保护环节。 A 交流侧过电压保护 阻容保护。由于整流变压器容量 3KVA 1时，直接限幅值输出；否则经 PI运算后输出。 电流环的控制算法 U2 U2(K-1)+2.13e2(K)-1.98E2(K-1) 由于 KZP 和 KZZ为混合小数形式，故采用浮点数运算把最后的结果转化成定点数输出。电流环的上限 幅值为F7H，下限幅值为 00H，并采用积分分离算法，当 n 2不计入积分值，当 n0转移，符号位寻址 04清零 JNC PIN ; 否则求补，符号位寻址 04 置 1 CPL A INC A SETB 04H AJMP PIN2 PIN1: CLR 04H PIN2: Mov R5 ， A CLR C SUBB A ， # JC PIN3 JB 04H ， PIN4; nts - 39 - PIN12: Mov A ， #70H; 正限幅输出 AJMP PIL ; PIN4: Mov A ， #F0H; 负限幅输出 PIN3: Mov 2AH ， 2BH;更新 En-1 Mov A ， R5 Mov C ， 04H;送符号位 Mov Acc.7 ， C; Mov 2BH ， A; Mov C ， Acc.7;取符号位，送 04H 位寻址单 元 Mov 04H ， C; CLR Acc.7 ， ;除去符号位 Mov B ， 29H; Mul AB ， ;计算 JB 04H ， PIN5 ;正转速 CPL A INC A Mov R3 ， A Mov A ， B CPL A CLR C INC A JNC PIN6 INC R3 PIN6: Mov R2 ， A AJMP PIN7 PIN5: Mov R3 ， A nts - 40 - Mov R2 ， B PIN7: Mov B ， 28H Mov A ， 2AH CLR Acc.7 Mul A B JB 2AH.7 PIN6 CPL A INC A PIN8: XCH A ， B CPL A ADDC A ， #00H XCH A ， B CLR C ADD A ， R2 Mov R4 ， A Mov A ， R3 ADDC A ， B XCH A ， B CLR C ADD A ， 2CH INC PIN9 INC R4 PIN9: Mov R2 ， A Mov R3 ， R4 Mov A ， R4 JNB Acc.7 PIN10 nts - 41 - XCH A ， R2 CPL A CLR C INC A XCH A ， R2 CPL A ADDC A SETB 05H PIN10: JZ PIN11 PIN11: JB 05H PIN12 AJMP PIN13 PIN12: AJMP PIN14 PIN11: Mov A ， R2 CLR C SUBB A ， #70H JNC PIN14 AJMP PIL 电流环 PI运算 PIL: JB 05H ， PIL1 ADD A ， #7FH AJMP PIL2 PIL1: Mov R2 ， A Mov A ， #7FH SUBB A ， R2 PIL2: CLR C SUBB A ， 57H; nts - 42 - JNC PIL3 CPL A CLR C SET 0FH PIL3: Mov R3 ， A CLR C SUBB A ， # 2 ;偏差与； 2比较 JC PIL4 ;有错位，置积分标志 CLR 10H ;否则清积分标志 AJMP PIL5 PIL4: SETB 10H PIL5: Mov R2 ， #00H LCALL INTF ;调用定点数转化为浮点数之程序 Mov 34H ， 37H Mov 35H ， 38H Mov 36H ， R3 Mov 35H ， R2 Mov 34H ， R6 Mov R0 ， 40H;工作单元首地址 Mov R1 ， 2EH;KIP首地址 Mov A ， R1 Mov R7 ， A INC R1 Mov A ， R1;取出 KIP浮点数 Mov R5 ， A DEC R1 nts - 43 - DEC R1 LCALL FMUL Mov R6 ， R4 Mov R7 ， 3AH Mov R4 ， 3BH Mov R5 ， 3CH LCALL FABP ;调用浮点数加法之程序 JNB 10H ， PIL6 Mov R0 ， R3 INC R0 Mov R0 ， R2 INC R0 Mov R0 ， R4 Mov R0 ， #34H Mov R1 ， 43H LCALL FMLD ; LCALL FMUL ; Mov R6 ， R4 ; Mov R7 ， 40H Mov R4 ， 41H Mov R5 ， 42H LCALL FABP ;调用浮点加减法之程序 PIL6: Mov A ， R4 JNB Acc.7 ， PIL7 Mov R4 ， #0 Mov R2 ， #0 nts - 44 - Mov R3 ， #0 Mov A ， #0 RET PIL7: Mov A ， R4 ANL A ， 00111111B CLR C SUBB A ， #8 JNC PIL8 Mov R4 ， #08H Mov R3 ， #0FFH Mov R2 ， #0 Mov 3AH ， R4 Mov 3BH ， R2 Mov 3CH ， R3 Mov A ， #FFH RET PIL8: Mov 3AH ， R4 Mov 3BH ， R2 Mov 3CH ， R3 Mov A ， R3 LCALL FINT RET 调用定点数转换浮点数子程序 INTF: Mov R6 ， #16 SETB C CLR F0 nts - 45 - LCALL FSOT Mov A ， R6 Mov C ， 0FH Mov Acc.7 ， C Mov R4 ， A RET 中断处理程序： ORG 000BH AJMP ZD ZD PUSH PSW PUSH Acc PUSH 13 PUSH DPL PUSH DPH Mov A ， PSW ORL A ， 00001000B; 选择寄存器组 Mov R1 ， #0 Mov R2 ， #0 Mov TL0 ， 7FH Mov TH0 ， 19H SETB TR0 Mov DPTR ， #7FF8H Mov DPTR ， A Mov R1 ， #0AH DLAY: NOP ; 延时 100微妙 NOP nts - 46 - NOP DJNE R1 ， DLAY ; MovX A ， DPTR Mov 57H ， A Mov DPTR ， #7FF9H MovX DPTR ， A HE: Mov R2 ， #19H DTN2 R2 ， HE Mov 58H ， A JNB 03H ， ZD CLR C SUBB A ， #7FH JNC ZD2 CLR 00H Mov A ， #7FH SUBB A ， 58H AJMP ZD3 ZD2: SETB 00H Mov A ， 58H SUBB A ， #7FH ZD3: Mov B ， #12 ;将转速反馈乘上 12 Mul A ， B Mov R4 ， A Mov R3 ， B CLR A ;双字节二进制转换成 BCD 送 55H,56H Mov R5 ， A nts - 47 - Mov R6 ， A Mov R7 ， #11 ZD4: CLR C Mov A ， R4 RLC A Mov R4 ， A Mov A ， R3 RLC A Mov R3 ， A Mov A ， R6 ADDC A ， R6 DA A ;对累加器的 BCD 码加法运算结果进行调整 Mov R6 ， A Mov A ， R5 ADDC A ， R5 DA A Mov R5 ， A DTN2 R7 ， ZD4 Mov 55H ， R6 Mov 56H ， R5 Mov A ， 55H ;将转换好的 BCD 码送显示缓冲区 ANL A ， #0FH Mov 6FH ， A Mov A ， 55H ANL A ， #0F0H nts - 48 - RR A RR A RR A RR A Mov 6EH ， A Mov A ， 56H ANL A ， #0FH Mov 60H ， A ANL A ， #0F0H RR A RR A RR A RR A Mov 6CH， A ZD1: INC 68H ;计数器加 1 Mov A， 68H CJNE A， #6 ZD5 LCALL PJ2CX Mov 68H， #0 ZD5: SETB EA SETB ET0 POP DPH POP DPL POP 13 POP Acc POP PSW nts - 49 - RETI 判键之程序： PJZCX: JNB P1.0 ， PJ1 JNB AG1 ， PJ2 SETB DZ AJMP PJ10 PJ2: SETB AG1 PJ1: JB AG1 , PJ3 CLR DZ AJMP PJ10 PJ3: CLR AG1 PJ10: JB P1.1 ， PJ4 JB AG2 ， PJ5 CLR QS JNB YCL2 ， PJ6 CLR KCL2 AJMP PJ11 PJ6: SETB KCL2 LCALL JCL2 SETB YCL2 AJMP PJ12 PJ5: CLR AG2 CLR YCL2 AJMP PJ11 PJ4: SETB AG2 PJ11: JNB DZ ， PJ12 nts - 50 - JB P1.2 ， PJ7 JB AG3 ， PJ8 SETB QS JNB YCL3 ， PJ9 CLR KCL3 AJMP PJ12 PJ9: SETB KCL3 LCALL JCL3 SETB YCL3 AJMP PJ12 PJ8: CLR AG3 AJMP PJ12 PJ7: SETB AG3 PJ12: RET 响应 2 键处理程序 : JCL2: CLR QS Mov DPTR ， #00FEH ;读入高字节 BCD码 MovX A ， DPTR Mov R0 ， A ANL A ， 1FH ;除去符号 Mov 5FH ， A ;高两位 BCD码送 5FH单元 Mov A ， R0 RL A RL A RL A Mov 07H ， C;取出符号送 07H位寻址 nts - 51 - Mov DPTR ， #00FDH;读入低两位 BCD码 MovX A ， DPTR ; Mov 5EH ， A Mov R1 ， A ANL A ， #0FH;屏蔽高四位，取出个位数 Mov 6FH ， A ANL A ， R1 ; ANL A ， #0F0H; 屏蔽低四位 RR A RR A RR A RR A Mov 6EH A;取出十位数送 6EH单元 Mov A 5FH ; ANL A ， #0FH; Mov 60H ， A ;百位送 6DH单元 ANL A ， #0F0H RR A RR A RR A RR A Mov 6CH ， A;千位送 6CH单元 Mov R0 ， #6FH Mov R2 ， #3 Mov R3 ， #0 Mov A ， R0; 把显示缓冲区的千位单字节 BCD 码nts - 52 - 十进制数转 Mov R4 ， A ; 换成二进制整数存放在 5DH， 5CH单元中 Mov A ， R4 Mov B ， #10 Mul A B Mov R4 ， A Mov A ， #10 XCH A ， B XCH A ， R3 Mul A B ADD A ， R3 XCH A ， R4 INC R0 ADD A ， R0 XCH A ， R4 ADDC A ， #0 Mov R3 ， A DJNZ R2 ， JX2 Mov 5DH ， R3 Mov 5CH ， R4 RET 3 处理程序： JCL3: Mov C ， 07H; 把当前转向标志放到 02H中 Mov 02H ， C; SETB QS ; 置可以显示实际值标志 nts - 53 - Mov R2 ， #0; Mov R3 ， #0; Mov R4 ， 5DH; Mov R5 ， 5CH; Mov R6 ， #0; Mov R7 ， #12; LCALL NDIV1 ; 调用除法子程序 Mov 5BH ， R5; 将结果存放在 5BH单元中 JB 07H ， JX3; 转向标志为 1（正 转）时转移 Mov A ， #7FH; 反转时作 7FH-R5处理 SUBB A ， R5; Mov 5AH ， A; 将处理结果存放在 5AH中 JX3: Mov A ， #7FH; 正转时作 7FH R4 处理 Mov 5AH ， A; RET NDIV1: Mov B ， #7 CLR C NDVL1: Mov A ， R5 RLC A Mov R5 ， A Mov A ， R4 RLC A Mov R4 ， A Mov A ， R3 RLC A Mov R3 ， A nts - 54 - XCH A ， R2 RLC A XCH A ， R2 Mov F0 ， C ;保存移出的最高位 CLR C SUBB A ， R7; Mov R1 ， A Mov A ， R2 SUBB A ， R6 JB F0 ， NDVM1 JC NDVD1 NDVD1: Mov R2 ， A Mov A ， R1 Mov R3 ， A INC R5; NDVL1: DJN2 B ， NDVL1; CLR F0; RET 电机控制模块程序： LJ1: Mov A ， 57H ;取电流控制信号 Dfi JN2 ZDZCX ;不为 0转 Mov A ， 2DH ;取转距极性信号 Dgi JB Acc.7 ， LJ2 ;Dgi为负转 Mov R0 ， 1FH ; Mov A ， R0 ;从记忆单元取桥信号 JB Acc.0 ， ZDZCX ;I桥开放转速度环程序 nts - 55 - LCALL LJ3 CLR P1.3 ;开 I桥 Mov 01H ， 1FH ZDZCX ;选桥信号送记忆单元 LJ2: Mov R0 ， 1FH ; Mov A ， R0 ; JB Acc.1 ， ZDZCX; LCALL JT3; CLR P1.4 ， ;开 II桥 Mov 10H ， 1FH ZDZCX; RET LJ3: Mov B ， 0FFH;寄存器设置初值 NOP ;延时 3毫妙 NOP NOP NOP DTN2 B ， LJ4 SETB P1.3 SETB P1.4 Mov #0 ， 1FH LCALL DIRB ;调用显示程序（延时 7毫秒） RET 以下程序为主程序中调用的 子程序清单： 浮点加减法处理子程序： FABP: Mov A ， R6 Mov C ， A.7 Mov 45H ， C nts - 56 - XRL A ， R7 JNB A.7 ， FA1 CPL 37H FA1: Mov A ， R6 Mov C ， A.6 Mov A.7 ， C Mov R6 ， A Mov A ， R7 Mov C ， A.6 Mov A.7 ， C Mov R7 ， A CLR C Mov A R6 SUBB A ， R7 JZ FA2 CLR F0 CLR 46H JB A.7 ， FA5 CJNE R4 ， #0 ， FA6 CJNE R5 ， #0 ， FA6 FA2: JB 47H ， FA8 Mov A ， R3 ADD A ， R5 Mov R3 ， A Mov A ， R2 ADDC A ， R4 nts - 57 - Mov R2 ， A JNC FA4 SETB 46H FA3: CLR F0 LCALL FSDT FA4: CJNE R2 ， #0 ， FAA CJNE R3 ， #0 ， FAA Mov R4 ， #41H RET FAA: Mov A ， R6; Mov C ， 45H Mov A.7 ， C XCH A ， R4 Mov R6 ， A RET FA5: CJNE R2 ， #0 ， FA7 CJNE R3 ， #0 ， FA7 Mov A ， R7; Mov R6 ， A SJMP FA2 FA6: CPL F0 FA7: CLR C LCALL FSDT SJMP FA FA8: Mov A ， R3 CLR C nts - 58 - SUBB A ， R5 Mov R3 ， A Mov A ， R2 SUBB A ， R4 Mov R2 ， A JNC FA9 CLR A CLR C SUBB A ， R3 Mov R3 ， A CLR A SUBB A ， R2 Mov R2 ， A CPL 45H FA9: SETB C SJMP FA3 浮点乘法子程序： FMUL: Mov A ， R6 XRL A ， R7 Mov C ， A.7 LCALL 45H ， C Mov A ， R7 Mov C ， A.7 Mov F0 ， C Mov A ， R0 ADD A ， R1 nts - 59 - Mov R6 ， A SETB C LCALL FSDT Mov A ， R6 Mov C ， 45H; 回送积的符号 Mov A.7 ， C Mov R4 ， A RET DMUL: Mov A ， R3; 定点无符号双符号乘法子程序 Mov B ， R5; Mul A B Mov R7 ， B Mov A ， R3 Mov B ， R4 Mul A B ADD A ， R7 Mov R7 ， A CLR A ADDC A ， B Mov R3 ， A Mov A ， R2 Mov B ， R5 Mul A B ADD A ， R7 Mov R7 ， A nts - 60 - Mov A ， R3 ADDC A ， B Mov F3 ， A Mov F0 ， C Mov A ， R2 Mov B ， R4 Mul A ， B ADD A ， R3 Mov R3 ， A CLR A ADDC A ， B Mov C ， F0 ADDC A ， #0 Mov R2 ， A RET 调用浮点取数子程序： TMLD : Mov A ， R0 Mov R0 ， A INC R0 Mov A ， R0 Mov R2 ， A INC R0 Mov A ， R0 Mov R3 ， A DEC R0 ， ;恢复 R0 Mov A ， R1 nts - 61 - Mov R7 ， A INC R1 Mov A ， R1 Mov R4 ， A INC R1 Mov A ， R1 Mov R5 ， A DEC R1 ;恢复 R1 DEC R1 RET 浮点数取整程序： FINT: CLR F0 INC R0 Mov A ， R0 Mov R2 ， A INC R0 Mov A ， R0 Mov R3 ， A DEC R0 DEC R0 Mov A ， R0 Mov C ， A.7 Mov 4AH ， C;取出符号位 CLR A.7 JNB A.6 ， FINT Mov R2 ， #0 nts - 62 - Mov R3 ， #0 RET FIN1: CJNE A ， #17 ， FIN2 FIN2: JC FIN3 SETB F0 ; Mov R2 ， #0FFH Mov R3 ， #0FFH RET FIN3: CJNE A ， #16 ， FIN4 RET FIN4: CLR C ;阶码大于 0小于 16 XCH A ， R2;尾数右移一位 RRC A XCH A ， R2 XCH A ， R3 RRC A XCH A ， R3 INC A ;阶码加 1 SJMP FIN3 nts - 63 - 参考资料 1潘新民，微型计算机控制，人民邮电出版社 2夏德钤，自动控制理论，机械工业出版社 3张刚毅， MCS-51 单片机 应用设计，哈尔滨工业大学出版社 4计算机控制系统原理及设计 5黄俊，电力电子变流技术，机械工业出版社 6刘竞成，交流调速系统，机械工业出版社 7何立民，实用单片机应用文集，北京航空航天大学出版社 8陈汝全，林水生，实用微机与单片机控制技术，电子科技大学出版社 nts目 录 第一章 直流电机可逆调速控制的要求 1 第二章 主电路 一 . 三相可控整流电路的选择 3 二系统主电路参数计算和保护 3 主电路装置的计算与确定 整流变压器参数计算 3 晶闸管元件的选择 4 电抗器计算 5 (2)整流装置的保护 过电压保护 5 过电流保护 7 第三章 控制回路 第一节 系统硬件设计 7 一 . 硬件设计要点 7 二 . 最小控制系统 8 三 . 输入接口 12 四 . 输出接口 16 五同步信号电源 22 六系统硬件图 (详见大图纸 ) 第二节 系统软硬件参数整定 一 电流环地动态参数计算 23 二 速度环的动态参数计算 27 第三节 系统软件设计 一 软件设计特点 二 控制系统对软件的要求 三 模块设计 30 四 8031 内部 RAM 128Bytes 布局 31 五 初 始 化 模块 31 六 转速显示程序模块 31 七 中断子程序模块 31 八 判键以及键处理 32 九 微机控制模块 初始化程序 33 nts显示模块程序 36 速度环 PI 运算程序 37 电流环 PI 运算 38 中断处理程序 44 判键程序 48 响应 2 键处理程序 49 响应 3 处理程序 52 电机控制模块程序 54 主程序中调用的子程序清单 浮点加减法处理子程序 55 浮点乘法子程序 58 调用浮点取数子程序 59 浮点数取整程序 60 十 程序流程图 (详见图纸 ) 参考资料 62 nts - 1 - 第一章 直流电机可逆调速控制的要求 在工业，农业，交通运输和国防上，广泛应用电动机来拖动工作机械，较先进的工作机械和生产工艺，普遍要求对电动机的转速实行自动控制。晶闸管元件的出现，开辟了自动调速系统的新纪元，晶闸管自动调速系统具有效率高，体积小，寿命长反应快，控制特性好，消耗钢铁材料少等显著优点，因而获得了强大的生命里，随着电子计算机和微处理机的推广应用又出现了由计算机或微处理机控制的自动调速系统。晶体管直流调速系统具有调速比大，精度高，动态性能好，效率高，易控制等优点。目前已比较成熟。本设计课题 -采用智能控制策略利用单片机控制直流电动机是实现电动机调速的一种方法，由于要求实现直流电动机的正反转，且要求调速系统的性能要高。我们决定采用逻辑控制的无环流可逆系统。这是因为双闭环调速系统有具有良好的静特性（接近理想的“挖土机特性”）具有良好的动态特性，启动时间短（动态响应快，超调量小）系统抗干扰能力强，电流环能较好的克服电网电压波动的影响，并最后消除转速偏差由两个调节器分别调节电流和转速，这样可以分别进行设计，分别调整，调整方便等特点。所以我们选择采用双闭环调速系统。由于在可逆系统中环流会消耗功率加 重晶闸管和变压器的负担。并使功率因数变差，因此我们采用逻辑控制的无环流可逆调速系统其系统原理图如下所示： nts - 2 - 逻辑控制无环流可逆系统原理图 DLC-无环流系统控制器 图中 DLC是必须加入的。它的作用就是送出两个控制信号 Uc1和 Uc2分别送往正，反两组触发电路的“脉冲封锁”控制端。这两个控制信号的特点是：当其中是“ 1”信号是，则另外一个必定是“ 0”封锁信号于是在其中一组在工作时，另一组触发脉冲即 被封锁。从而保证了在正反两组晶闸管整流装置中只可能有一组进行工作，不会产生环流。逻辑无环流可逆系统的优点是：不需要环流电抗器，没有附加的环流损失。节省变压器和晶闸管整流装置的容量因为换流而造成的事故率比有环流系统低，可靠性高。为满足以上这些直流电动机可逆调速系统要求。以后几个章节着重讨论采用微机的实现过程即它的控制回路。这也是本次设计的主要思想，对主回路及其他附属部分只简单的论述！ nts - 3 - 第二章 主回路 一 .三相可控整流电路的选择 当整流容量较大或要求直流电压的脉动要求小，易滤波或要求快速控制时 应采用对电网来说是平衡的三相零式电路结构简单，控制容易但是电路输出的电压不高脉动又比较大，使用功率有限，对于电压较高容量比较大，或者性能要求高的装置，多采用三相桥式全控整流电路 二系统主电路参数计算和保护 系统主电路参数计算包括整流变压器，晶闸管元件，电抗器和各种保护装置的计算和选择。 主电路装置的计算与确定 整流变压器参数计算 三相 380V 电源经空气开关送至三相变压器 IB（采用整流变压器主要是为了使整形输出电压与工作电压相适应）为了减少高次谐波对电网的不良影响，变压器采用 /Y 接法（整流变压器接成 /Y 可以有效地抑制晶闸管整流时产生的奇次谐波对电网的不良影响，此外还对三相交流电压起隔离作用有利于人身安全，若直接接电网后，整流输出电压能符合电机要求也可以改为采用在进线处串接交流电抗器来抑制整流谐波对电网的影响）避免在变压器每一相绕组中产生尖顶波电动势，这个电动势有时将超过正常值时的 50%对变压器绝缘不利。在本次系统中我们采用/Y-11。 整流变压器二次相电压 U2的计算如下： U2=(Udmax +RIa + n Uvt)/(A (Cos min-Cdk I2/I2H.) 在要求不太精确的情况下 U2 可以简化为 U2=（ 1.2 1.5） Udmax Udmax 为变流装置的最大整流输出电压 A 为 =0 是 Ud 与 U2 之比通过查表知道A=2.34 U2=（ 1.2 1.5） 220/2.34=112.8V 实取 120V 线电压 U2 = 3 U2=207.8V nts - 4 - 整流变压器二次相电流 I2一次相电流 I1的计算 I2=0.86 Id=0.86 8.74=7.13 7A I1=I2 U2/ U1=7.13 120/380=2.25 2A 变压器容量计算如下： S2=M2U2I2=3 120 7=2520VA 对于三相桥式全控整流电路有 S=S1=S2=2520 VA 实取 S=3KVA 整流变压器数据如下： 相数 接线 容量 一次电压 (V)/电流(A) 二次电压 (V)/电流 (A) 三相 D1Yn11 3KVA 380/3 120/7 晶闸管元件的选择 1） 晶闸管的额定电压 UTN按下式计算： UTN =(2 3)UTM 式中 UTN 为晶闸管元件的额定电压（ V）； UTM 为晶闸管元件在电路中实际承受的最大电压，对于不同 型式整流电路的 UTM 示于表（ 2-2）中表中U2 为整流变压器二次侧相电压有效值 2） 整流元件额定电流 ITN=（ 1.5 2） KfbId 式中 ITN为晶闸管额定电流（ A）Kfb为计算系数示于表（ 2-2） Id 为最大负载电流（ A） 表 2-2 整流元件的最大峰值电压 UTM和额定电流计算系数 KFB 整流主电路 单相半波 单相双半波 单相桥式 三相半波 三相桥式 带平衡电抗器的双反星形 UTM 2 U2 2 2 U2 2 U2 6 U2 6 U2 6 U2 Kfb 电阻负荷 1 0.5 0.5 0.374 0.368 0.185 电感负荷 0.45 0.45 0.368 0.368 0.368 0.184 根据已知条件和表 2-2则有 UTN=(2 3)UTM= 6 U2(2 3)=588 882V 实选 UTN=800V ITN=(1.5 2)KfbId=(1.5 2) 0.368 2 8.74=10 13A 实选 ITN=12A nts - 5 - 晶闸管选取 KP-12-8 计 12只 电抗器计算 在电枢回路串联平波电抗器 L，可以输出电流连续，限制电流脉动抑制电流上升率以改善晶闸管与电动机的利用率和系统调节特性。 根据不同的要求所计算的电感值是不相等的，其中为使主回路电流连续条件计算的电感值较大，故本设计按电流连续条件 计算电感这样亦可实现其他功能。 用公式计算出所需电感量，要减去变压器漏感和电动机电枢电感才是平波电抗器的电感量 Lcr1计算过程如下： 1） 变压器漏感量 L =kUkU2/Id=3.9 0.02 120/8.74=1.45mH 2） 电动机电枢电感 由以至可得 Ld=75mH 对于三相桥式电路，主电路导通时，变压器漏电感与电枢电敢量之和计算值： 2L+Ld=2 1.45+75=77.9mH 3） 平波电抗器电感量 Lcr1= Lcr-(2L+Ld)=53mH Icr1=1.11In=9.6 所以实取 Lcr1=53mH I=10A （ 2）整流装置的保护 晶闸管承受过电流和过电压的能力较差，短时间过电流和过电压就会把器件损坏但不能完全根据装置运行可能出现暂时的过电流和过电压的数值来确定器件参数，还要充分发挥器件应有能 力因此保护就成为提高电力装置运行可靠性不可少的环节。 过电压保护 产生过电压原因： a.外部：雷击，电网中产生浪涌电压 b.内部：合闸，拉闸，熔断器 熔断 根据晶闸管装置产生过电压部位不同，分别设置交流侧过电压保护，直流侧过电压保护，元件保护环节。 A 交流侧过电压保护 阻容保护。由于整流变压器容量 3KVA 1时，直接限幅值输出；否则经 PI运算后输出。 电流环的控制算法 U2 U2(K-1)+2.13e2(K)-1.98E2(K-1) 由于 KZP 和 KZZ为混合小数形式，故采用浮点数运算把最后的结果转化成定点数输出。电流环的上限 幅值为F7H，下限幅值为 00H，并采用积分分离算法，当 n 2不计入积分值，当 n0转移，符号位寻址 04清零 JNC PIN ; 否则求补，符号位寻址 04 置 1 CPL A INC A SETB 04H AJMP PIN2 PIN1: CLR 04H PIN2: Mov R5 ， A CLR C SUBB A ， # JC PIN3 JB 04H ， PIN4; nts - 39 - PIN12: Mov A ， #70H; 正限幅输出 AJMP PIL ; PIN4: Mov A ， #F0H; 负限幅输出 PIN3: Mov 2AH ， 2BH;更新 En-1 Mov A ， R5 Mov C ， 04H;送符号位 Mov Acc.7 ， C; Mov 2BH ， A; Mov C ， Acc.7;取符号位，送 04H 位寻址单 元 Mov 04H ， C; CLR Acc.7 ， ;除去符号位 Mov B ， 29H; Mul AB ， ;计算 JB 04H ， PIN5 ;正转速 CPL A INC A Mov R3 ， A Mov A ， B CPL A CLR C INC A JNC PIN6 INC R3 PIN6: Mov R2 ， A AJMP PIN7 PIN5: Mov R3 ， A nts - 40 - Mov R2 ， B PIN7: Mov B ， 28H Mov A ， 2AH CLR Acc.7 Mul A B JB 2AH.7 PIN6 CPL A INC A PIN8: XCH A ， B CPL A ADDC A ， #00H XCH A ， B CLR C ADD A ， R2 Mov R4 ， A Mov A ， R3 ADDC A ， B XCH A ， B CLR C ADD A ， 2CH INC PIN9 INC R4 PIN9: Mov R2 ， A Mov R3 ， R4 Mov A ， R4 JNB Acc.7 PIN10 nts - 41 - XCH A ， R2 CPL A CLR C INC A XCH A ， R2 CPL A ADDC A SETB 05H PIN10: JZ PIN11 PIN11: JB 05H PIN12 AJMP PIN13 PIN12: AJMP PIN14 PIN11: Mov A ， R2 CLR C SUBB A ， #70H JNC PIN14 AJMP PIL 电流环 PI运算 PIL: JB 05H ， PIL1 ADD A ， #7FH AJMP PIL2 PIL1: Mov R2 ， A Mov A ， #7FH SUBB A ， R2 PIL2: CLR C SUBB A ， 57H; nts - 42 - JNC PIL3 CPL A CLR C SET 0FH PIL3: Mov R3 ， A CLR C SUBB A ， # 2 ;偏差与； 2比较 JC PIL4 ;有错位，置积分标志 CLR 10H ;否则清积分标志 AJMP PIL5 PIL4: SETB 10H PIL5: Mov R2 ， #00H LCALL INTF ;调用定点数转化为浮点数之程序 Mov 34H ， 37H Mov 35H ， 38H Mov 36H ， R3 Mov 35H ， R2 Mov 34H ， R6 Mov R0 ， 40H;工作单元首地址 Mov R1 ， 2EH;KIP首地址 Mov A ， R1 Mov R7 ， A INC R1 Mov A ， R1;取出 KIP浮点数 Mov R5 ， A DEC R1 nts - 43 - DEC R1 LCALL FMUL Mov R6 ， R4 Mov R7 ， 3AH Mov R4 ， 3BH Mov R5 ， 3CH LCALL FABP ;调用浮点数加法之程序 JNB 10H ， PIL6 Mov R0 ， R3 INC R0 Mov R0 ， R2 INC R0 Mov R0 ， R4 Mov R0 ， #34H Mov R1 ， 43H LCALL FMLD ; LCALL FMUL ; Mov R6 ， R4 ; Mov R7 ， 40H Mov R4 ， 41H Mov R5 ， 42H LCALL FABP ;调用浮点加减法之程序 PIL6: Mov A ， R4 JNB Acc.7 ， PIL7 Mov R4 ， #0 Mov R2 ， #0 nts - 44 - Mov R3 ， #0 Mov A ， #0 RET PIL7: Mov A ， R4 ANL A ， 00111111B CLR C SUBB A ， #8 JNC PIL8 Mov R4 ， #08H Mov R3 ， #0FFH Mov R2 ， #0 Mov 3AH ， R4 Mov 3BH ， R2 Mov 3CH ， R3 Mov A ， #FFH RET PIL8: Mov 3AH ， R4 Mov 3BH ， R2 Mov 3CH ， R3 Mov A ， R3 LCALL FINT RET 调用定点数转换浮点数子程序 INTF: Mov R6 ， #16 SETB C CLR F0 nts - 45 - LCALL FSOT Mov A ， R6 Mov C ， 0FH Mov Acc.7 ， C Mov R4 ， A RET 中断处理程序： ORG 000BH AJMP ZD ZD PUSH PSW PUSH Acc PUSH 13 PUSH DPL PUSH DPH Mov A ， PSW ORL A ， 00001000B; 选择寄存器组 Mov R1 ， #0 Mov R2 ， #0 Mov TL0 ， 7FH Mov TH0 ， 19H SETB TR0 Mov DPTR ， #7FF8H Mov DPTR ， A Mov R1 ， #0AH DLAY: NOP ; 延时 100微妙 NOP nts - 46 - NOP DJNE R1 ， DLAY ; MovX A ， DPTR Mov 57H ， A Mov DPTR ， #7FF9H MovX DPTR ， A HE: Mov R2 ， #19H DTN2 R2 ， HE Mov 58H ， A JNB 03H ， ZD CLR C SUBB A ， #7FH JNC ZD2 CLR 00H Mov A ， #7FH SUBB A ， 58H AJMP ZD3 ZD2: SETB 00H Mov A ， 58H SUBB A ， #7FH ZD3: Mov B ， #12 ;将转速反馈乘上 12 Mul A ， B Mov R4 ， A Mov R3 ， B CLR A ;双字节二进制转换成 BCD 送 55H,56H Mov R5 ， A nts - 47 - Mov R6 ， A Mov R7 ， #11 ZD4: CLR C Mov A ， R4 RLC A Mov R4 ， A Mov A ， R3 RLC A Mov R3 ， A Mov A ， R6 ADDC A ， R6 DA A ;对累加器的 BCD 码加法运算结果进行调整 Mov R6 ， A Mov A ， R5 ADDC A ， R5 DA A Mov R5 ， A DTN2 R7 ， ZD4 Mov 55H ， R6 Mov 56H ， R5 Mov A ， 55H ;将转换好的 BCD 码送显示缓冲区 ANL A ， #0FH Mov 6FH ， A Mov A ， 55H ANL A ， #0F0H nts - 48 - RR A RR A RR A RR A Mov 6EH ， A Mov A ， 56H ANL A ， #0FH Mov 60H ， A ANL A ， #0F0H RR A RR A RR A RR A Mov 6CH， A ZD1: INC 68H ;计数器加 1 Mov A， 68H CJNE A， #6 ZD5 LCALL PJ2CX Mov 68H， #0 ZD5: SETB EA SETB ET0 POP DPH POP DPL POP 13 POP Acc POP PSW nts - 49 - RETI 判键之程序： PJZCX: JNB P1.0 ， PJ1 JNB AG1 ， PJ2 SETB DZ AJMP PJ10 PJ2: SETB AG1 PJ1: JB AG1 , PJ3 CLR DZ AJMP PJ10 PJ3: CLR AG1 PJ10: JB P1.1 ， PJ4 JB AG2 ， PJ5 CLR QS JNB YCL2 ， PJ6 CLR KCL2 AJMP PJ11 PJ6: SETB KCL2 LCALL JCL2 SETB YCL2 AJMP PJ12 PJ5: CLR AG2 CLR YCL2 AJMP PJ11 PJ4: SETB AG2 PJ11: JNB DZ ， PJ12 nts - 50 - JB P1.2 ， PJ7 JB AG3 ， PJ8 SETB QS JNB YCL3 ， PJ9 CLR KCL3 AJMP PJ12 PJ9: SETB KCL3 LCALL JCL3 SETB YCL3 AJMP PJ12 PJ8: CLR AG3 AJMP PJ12 PJ7: SETB AG3 PJ12: RET 响应 2 键处理程序 : JCL2: CLR QS Mov DPTR ， #00FEH ;读入高字节 BCD码 MovX A ， DPTR Mov R0 ， A ANL A ， 1FH ;除去符号 Mov 5FH ， A ;高两位 BCD码送 5FH单元 Mov A ， R0 RL A RL A RL A Mov 07H ， C;取出符号送 07H位寻址 nts - 51 - Mov DPTR ， #00FDH;读入低两位 BCD码 MovX A ， DPTR ; Mov 5EH ， A Mov R1 ， A ANL A ， #0FH;屏蔽高四位，取出个位数 Mov 6FH ， A ANL A ， R1 ; ANL A ， #0F0H; 屏蔽低四位 RR A RR A RR A RR A Mov 6EH A;取出十位数送 6EH单元 Mov A 5FH ; ANL A ， #0FH; Mov 60H ， A ;百位送 6DH单元 ANL A ， #0F0H RR A RR A RR A RR A Mov 6CH ， A;千位送 6CH单元 Mov R0 ， #6FH Mov R2 ， #3 Mov R3 ， #0 Mov A ， R0; 把显示缓冲区的千位单字节 BCD 码nts - 52 - 十进制数转 Mov R4 ， A ; 换成二进制整数存放在 5DH， 5CH单元中 Mov A ， R4 Mov B ， #10 Mul A B Mov R4 ， A Mov A ， #10 XCH A ， B XCH A ， R3 Mul A B ADD A ， R3 XCH A ， R4 INC R0 ADD A ， R0 XCH A ， R4 ADDC A ， #0 Mov R3 ， A DJNZ R2 ， JX2 Mov 5DH ， R3 Mov 5CH ， R4 RET 3 处理程序： JCL3: Mov C ， 07H; 把当前转向标志放到 02H中 Mov 02H ， C; SETB QS ; 置可以显示实际值标志 nts - 53 - Mov R2 ， #0; Mov R3 ， #0; Mov R4 ， 5DH; Mov R5 ， 5CH; Mov R6 ， #0; Mov R7 ， #12; LCALL NDIV1 ; 调用除法子程序 Mov 5BH ， R5; 将结果存放在 5BH单元中 JB 07H ， JX3; 转向标志为 1（正 转）时转移 Mov A ， #7FH; 反转时作 7FH-R5处理 SUBB A ， R5; Mov 5AH ， A; 将处理结果存放在 5AH中 JX3: Mov A ， #7FH; 正转时作 7FH R4 处理 Mov 5AH ， A; RET NDIV1: Mov B ， #7 CLR C NDVL1: Mov A ， R5 RLC A Mov R5 ， A Mov A ， R4 RLC A Mov R4 ， A Mov A ， R3 RLC A Mov R3 ， A nts - 54 - XCH A ， R2 RLC A XCH A ， R2 Mov F0 ， C ;保存移出的最高位 CLR C SUBB A ， R7; Mov R1 ， A Mov A ， R2 SUBB A ， R6 JB F0 ， NDVM1 JC NDVD1 NDVD1: Mov R2 ， A Mov A ， R1 Mov R3 ， A INC R5; NDVL1: DJN2 B ， NDVL1; CLR F0; RET 电机控制模块程序： LJ1: Mov A ， 57H ;取电流控制信号 Dfi JN2 ZDZCX ;不为 0转 Mov A ， 2DH ;取转距极性信号 Dgi JB Acc.7 ， LJ2 ;Dgi为负转 Mov R0 ， 1FH ; Mov A ， R0 ;从记忆单元取桥信号 JB Acc.0 ， ZDZCX ;I桥开放转速度环程序 nts - 55 - LCALL LJ3 CLR P1.3 ;开 I桥 Mov 01H ， 1FH ZDZCX ;选桥信号送记忆单元 LJ2: Mov R0 ， 1FH ; Mov A ， R0 ; JB Acc.1 ， ZDZCX; LCALL JT3; CLR P1.4 ， ;开 II桥 Mov 10H ， 1FH ZDZCX; RET LJ3: Mov B ， 0FFH;寄存器设置初值 NOP ;延时 3毫妙 NOP NOP NOP DTN2 B ， LJ4 SETB P1.3 SETB P1.4 Mov #0 ， 1F
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