《电力拖动自动控制系统》课程设计数字式直流双闭环PWM调速系统设计

电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 1 电力拖动自动控制系统 课程设计 直流双闭环 PWM 调速系统设计 一 设计目的及要求 1 11 1 课程设计的目的课程设计的目的 计算机控制技术的课程设计是一个综合运用知识的过程 它不仅需要微型机控制理论 程序设计方面的基础知识 而且还需要具备一定的生产工艺知识 设计包括确定控制任务 系统总体方案设计 硬件系统设计 控制软件的设计等 以便使学生掌握微型计算机控制系 统设计的总体思路和方法 1 21 2 课程设计的预备知识课程设计的预备知识术基本知识及直流控制系统的有关知识 1 31 3 课程设计要求课程设计要求 完成直流电机转 熟悉计算机控制技速 电流控制系统设计 1 设计控制系统主机 过程通道模板电路 包括元器件选择 2 画出系统控制图 3 控制系统软件设计 转速 电流控制采用 PI 控制算法 设计增量式 PI 控制算法 绘 出程序流程图 设计算法程序 1 41 4 设计内容及要求设计内容及要求 为某生产机械设计一个调速范围宽 起制动性能好的直流双闭环系统 且拟定该系统由 大功率晶体管调制放大器给电动机供电 已知系统中直流电动机主要数据如下 1 直流电机型号 Z2 41 型 额定功率 Pe 18kW 额定电压 Ue 220V 额定电流 Ie 94A 额定转速 ne 1000r min 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 2 电枢回路总电阻 R 0 45 电磁时间常数 Tl 0 0297s 机电时间常数 Tm 0 427s 电动势系数 C 0 2059 r min 1 晶体管 PWM 功率放大器 工作频率 2kHz 工作方式 H 型双极性 直流电源电压 264V 2 主要技术指标 调速范围 0 1000 r min 电流过载倍数 1 5 倍 速度控制精度 0 1 额定转速时 3 主要要求 电动机控制电源采用晶体管 PWM 功率放大器 其占空比变化为 0 0 5 1 时 对应输出 电压为 264V 0 264V 为电机最大提供 25A 电流 速度检测采用光电编码器 光电脉冲信 号发生器 且其输出的 A B 两相脉冲经光电隔离辩相后获得每转 1024 个脉冲角度分辨力 和方向信号 电流传感器采用霍尔电流传感器 其原副边电流比为 1000 1 额定电流 50A 采用双闭环 电流环和速度环 控制方式 二 系统总体方案设计 2 12 1 直流双闭环直流双闭环 PWMPWM 调速系统原理调速系统原理 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 3 图 1 直流双闭环 PWM 调速系统原理图 根据设计任务要求整个系统原理如图 1 所示 采用了转速 电流双闭环控制结构 在系 统中设置两个调节器 分别调节转速和电流 二者之间实行串级连接 即以转速调节器的输 出作为电流调节器的输入 再用电流调节器的输出作为 PWM 的控制电压 从闭环反馈结构上 看 电流调节环在里面 是内环 按典型 型系统设计 转速调节环在外面 成为外环 按 典型 型系统设计 为了获得良好的动 静态品质 调节器均采用 PI 调节器并对系统进行了 校正 检测部分中 采用了霍尔片式电流检测装置 TA 对电流环进行检测 转速环则是采 用了光电码盘进行检测 达到了比较理想的检测效果 PWM 采用 8051 单片机以及 4858 4040 共同实现 驱动电路采用了 IR2110 集成芯片 具有较强的驱动能力和保护功能 2 22 2 直流双闭环直流双闭环 PWMPWM 调速系统硬件结构调速系统硬件结构 根据系统原理我们设计了直流双闭环 PWM 调速系统硬件结构 如图 2 所示 系统的特点 双闭环系统结构 采用微机控制 全数字电路 实现脉冲触发 转速给定和检测 采用数字 PI 算法 由软件实现转速 电流调节系统由主电路 检测电路 控制电路 给定电路 显示 电路组成 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 4 主电路 三相交流电源经不可控整流器变换为电压恒定的直流电源 再经过直流 PWM 变换 器得到可调的直流电压 给直流电动机供电 检测回路 包括电压 电流 温度和转速检测 电压 电流和温度检测由 A D 转换通道 变为数字量送入微机 转速检测用数字测速 光电码盘 故障综合 利用微机拥有强大的逻辑判断功能 对电压 电流 温度等信号进行分析比较 若发生故障立即进行故障诊断 以便及时处理 避免故障进一步扩大 这也是采用微机控制 的优势所在 图 2 微机直流双闭环 PWM 调速系统硬件结构图 三 主电路设计 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 5 3 13 1主电路主电路 主电路由二极管整流器UR PWM逆变器UI和中间直流电路三部分组成 一般都是电压源型 的 采用大电容C滤波 同时兼有无功功率交换的作用 3 1 13 1 1限流电阻限流电阻 为了避免大电容C在通电瞬间产生过大的充电电流 在整流器和滤波电容间的直流回路上 串入限流电阻 或电抗 通上电源时 先限制充电电流 再延时用开关K将短路 以免长期 接入时影响整流电路的正常工作 并产生附加损耗 3 1 23 1 2泵升电压限制泵升电压限制 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 6 3 23 2主电路参数计算和元件选择主电路参数计算和元件选择 主电路参数计算包括整流二极管计算 滤波电容计算 功率开关管IGBT的选择及各种保护 装置的计算和选择等 3 2 13 2 1整流二极管的选择整流二极管的选择 根据二极管的最大整流平均IF 和最高反向工作电压UR分别应满足 IF 1 1 IO AV 2 1 1 99 2 54 5 A 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 7 UR 1 1 U2 1 1 220 340 2 V 22 选用2ZC系列的大功率硅整流二极管 型号和参数如下所示 型号 额定正向平 均电流IF A 额定反向峰 值电压URM V 正向平均压 降 UF V 反向平均漏 电流IR MA 散热器型号 ZP100100100 16000 5 0 76SL18 在设计主电路时 滤波电容是根据负载的情况来选择电容C值 使RC 3 5 T 2 且有 Udmax 0 9 220 0 95 188 V 2 C 1 5 0 02 即C 15000uF 故此 选用型号为CD15的铝电解电容 其额定直流电压为400v 标称容量为22000 uF 3 2 23 2 2绝缘栅双极晶体管的选择绝缘栅双极晶体管的选择 最大工作电流 Imax 2Us R 440 0 45 978 A 集电极 发射极反向击穿电压 BVCEO BVCEO 2 3 Us 440 660v 3 33 3调节器参数设计调节器参数设计 3 3 13 3 1 系统设计的一般原则系统设计的一般原则 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 8 按照 先内环后外环 的设计原则 从内环开始 逐步向外扩展 在这里 首先设计电流 调节器 然后把整个电流环看作是转速调节系统中的一个环节 再设计转速调节器 直流双闭环调速原理图直流双闭环调速原理图 3 3 23 3 2电流环的参数设计电流环的参数设计 电流环结构图电流环结构图 最大允许电流 Idm 1 5 94 141 A 电枢电流范围为 A D 转换为 8 位二进制数码 电流反馈回路反馈系数为 则 255 141 141 255 282 0 904 A 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 9 已知晶体管 PWM 功率放大器的工作频率为 2kHz 工作方式为 H 型双极性 直流电源电压 为 264V 设定用来直接生成 PWM 信号的计数器的时钟脉冲频率为 4MHz 则转换得到的 PWM 信 号的分辨率为 1 2000 即计数值为 2000 时 对应的 PWM 信号占空比为 1 PWM 功率放大器的 输出电压为 200V 计数值为 1000 时 对应 PWM 信号的占空比为 0 5 PWM 功率放大器的输出 电压为 计数值为 时 对应 PWM 信号占空比为 PWM 功率放大器的输出电压为 200V 则 PWM 控制信号和 PWM 波形生成之间的数字控制量到模拟电压输出量之间的增益为 0 0 2 9 7 s 0 0005s 1 2000 0 0005s 0 0005 T T i i 0 001s 0 001s 0 5 T i 0 5 0 001 500 R 500 0 0297 0 45 0 264 0 904 28 校验近似条件 电流环截止频率 wci KI 500 脉宽调制变换器传递函数近似条件 wci 1 3Ts 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 10 1 3Ts 1 3 0 00025 666 67 500 wci 可见 满足近似条件 小时间常数近似条件 wci 654 03 500 TsToi 1 3 1 0005 0 0 0005 1 3 1 满足近似条件 忽略反电势对电流环影响的条件 wci 2 96 500 1 TmT 1 3 1 0297 0 4270 1 3 1 满足近似条件 3 3 33 3 3 转速环的参数设计转速环的参数设计 转速环结构图转速环结构图 速度反馈回路的滞后时间约为 1ms 机电时间常数 0 427s 速度环的小时间常数为 1 1 500 0 001 0 003s 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 11 按跟随性能和抗干扰性能要求 取中频宽 h 5 则积分时间常数为 h 1 2h 5 1 2 5 5 0 003 13333 333 速度调节器比例系数 00 Umax 则跳转 MOV A Ui CJNE A 7AH LOOP3 Ui Umin 转移 LOOP3 JNC LP2 若 UiB 输出端保持为低电平 而当计数值大于单片机 P1 端口输出值 X 时 图中 U2 的 A B 输出端为高电平 随着计数值的增加 Q2 Q9 由全 1 变为全 0 时 图中 U2 的 A B 输出端又变为低电平 这样就在 U2 的 A B 端得到了 PWM 的信号 它的占空 比为 255 X 255 100 那么只要改变 X 的数值 就可以相应的改变 PWM 信号的占空比 从而进行直流电机的转速控制 使用这个方法时 单片机只需要根据调整量输出 X 的值 而 PWM 信号由三片通用数字电 路生成 这样可以使得软件大大简化 同时也有利于单片机系统的正常工作 由于单片机上 电复位时 P1 端口输出全为 1 使用数值比较器 4585 的 B 组与 P1 端口相连 升速时 P0 端 口输出 X 按一定规律减少 而降速时按一定规律增大 4 24 2 PWMPWM 功率放大驱动电路设计功率放大驱动电路设计 该驱动电路采用了 IR2110 集成芯片 该集成电路具有较强的驱动能力和保护功能 4 2 14 2 1 芯片芯片 IR2110IR2110 性能及特点性能及特点 IR2110 是美国国际整流器公司利用自身独有的高压集成电路以及无闩锁 CMOS 技术 于 1990 年前后开发并且投放市场的 IR2110 是一种双通道高压 高速的功率器件栅极驱动的单 片式集成驱动器 它把驱动高压侧和低压侧 MOSFET 或 IGBT 所需的绝大部分功能集成在一个 高性能的封装内 外接很少的分立元件就能提供极快的功耗 它的特点在于 将输入逻辑信 号转换成同相低阻输出驱动信号 可以驱动同一桥臂的两路输出 驱动能力强 响应速度快 工作电压比较高 可以达到 600V 其内设欠压封锁 成本低 易于调试 高压侧驱动采用外 部自举电容上电 与其他驱动电路相比 它在设计上大大减少了驱动变压器和电容的数目 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 21 使得 MOSFET 和 IGBT 的驱动电路设计大为简化 而且它可以实现对 MOSFET 和 IGBT 的最优驱 动 还具有快速完整的保护功能 与此同时 IR2110 的研制成功并且投入应用可以极大地提 高控制系统的可靠性 降低了产品成本和减少体积 4 2 24 2 2 IR2110IR2110 的引脚图以及功能的引脚图以及功能 引脚 1 LO 与引脚 7 HO 对应引脚 12 以及引脚 10 的两路驱动信号输出端 使用中 分别通过一电阻接主电路中下上通道 MOSFET 的栅极 为了防止干扰 通常分别在引脚 1 与引 脚 2 以及引脚 7 与引脚 5 之间并接一个 10K 的电阻 引脚 2 COM 下通道 MOSFET 驱动输出参考地端 使用中 与引脚 13 Vss 直接相连 同时接主电路桥臂下通道 MOSFET 的源极 引脚 3 Vcc 直接接用户提供的输出极电源正极 并且通过一个较高品质的电容接引 脚 2 引脚 5 Vs 上通道 MOSFET 驱动信号输出参考地端 使用中 与主电路中上下通道被 驱动 MOSFET 的源极相通 与引脚 6 VB 通过一阴极连接到该端阳极连接到引脚 3 的高反压快恢复二极管 与用 户提供的输出极电源相连 对 Vcc 的参数要求为大于或等于 0 5V 而小于或等于 20V 引脚 9 VDD 芯片输入级工作电源端 使用中 接用户为该芯片工作提供的高性能电源 为抗干扰 该端应通过一高性能去耦网络接地 该端可与引脚 3 Vcc 使用同一电源 也可 以分开使用两个独立的电源 引脚 10 HIN 与引脚 12 LIN 驱动逆变桥中同桥臂上下两个功率 MOS 器件的驱动脉 冲信号输入端 应用中 接用户脉冲形成部分的对应两路输出 对此两个信号的限制为 Vss 0 5V 至 Vcc 0 5V 这里 Vss 与 Vcc分别为连接到 IR2110 的引脚 13 Vss 与引脚 9 VDD 端 的电压值 引脚 11 SD 保护信号输入端 当该引脚为高电平时 IR2110 的输出信号全部被封锁 其对应的输出端恒为低电平 而当该端接低电平时 则 IR2110 的输出跟随引脚 10 与 12 而变 化 引脚 13 Vss 芯片工作参考地端 使用中 直接与供电电源地端相连 所有去耦电容 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 22 的一端应接该端 同时与引脚 2 直接相连 引脚 8 引脚 14 引脚 4 为空引脚 图 驱动集成芯片 IR2110 芯片引脚 4 2 34 2 3 延时保护电路延时保护电路 利用 IR2110 芯片的完善设计可以实现延时保护电路 IR2110 使它自身可对输入的两个通道信号之间产生合适的延时 保证了加到被驱动的逆 变桥中同桥臂上的两个功率 MOS 器件的驱动信号之间有一互琐时间间隔 因而防止了被驱动 的逆变桥中两个功率 MOS 器件同时导通而发生直流电源直通路的危险 4 34 3 PWMPWM 控制控制 H H 桥双极性主电路桥双极性主电路 从上面的原理可以看出 产生高压侧门极驱动电压的前提是低压侧必须有开关的动作 在高压侧截止期间低压侧必须导通 才能够给自举电容提供充电的通路 因此在这个电路中 Q1 Q4 或者 Q2 Q3 是不可能持续 不间断的导通的 我们可以采取双 PWM 信号来控制直流 电机的正转以及它的速度 将 IC1 的 HIN 端与 IC2 的 LIN 端相连 而把 IC1 的 LIN 端与 IC2 的 HIN 端相连 这样就 使得两片芯片所输出的信号恰好相反 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 23 在 HIN 为高电平期间 Q1 Q4 导通 在直流电机上加正向的工作电压 其具体的操作步 骤如下 当 IC1 的 LO 为低电平而 HO 为高电平的时候 Q2 截止 C1 上的电压经过 VB IC 内部电 路和 HO 端加在 Q1 的栅极上 从而使得 Q1 导通 同理 此时 IC2 的 HO 为低电平而 LO 为高电 平 Q3 截止 C3 上的电压经过 VB IC 内部电路和 HO 端加在 Q4 的栅极上 从而使得 Q4 导通 电源经 Q1 至电动机的正极经过整个直流电机后再通过 Q4 到达零电位 完成整个的回路 此时直流电机正转 在 HIN 为低电平期间 LIN 端输入高电平 Q2 Q3 导通 在直流电机上加反向工作电压 其具体的操作步骤如下 当 IC1 的 LO 为高电平而 HO 为低电平的时候 Q2 导通且 Q1 截止 此时 Q2 的漏极近乎于 零电平 Vcc 通过 D1 向 C1 充电 为 Q1 的又一次导通作准备 同理可知 IC2 的 HO 为高电平 而 LO 为低电平 Q3 导通且 Q4 截止 Q3 的漏极近乎于零电平 此时 Vcc 通过 D2 向 C3 充电 为 Q4 的又一次导通作准备 电源经 Q3 至电动机的负极经过整个直流电机后再通过 Q2 到达零电位 完成整个的回路 此时 直流电机反转 因此电枢上的工作电压是双极性矩形脉冲波形 由于存在着机械惯性的缘故 电动机转 向和转速是由矩形脉冲电压的平均值来决定的 设 PWM 波的周期为 T HIN 为高电平的时间为 t1 这里忽略死区时间 那么 LIN 为高电平 的时间就为 T t1 HIN 信号的占空比为 D t1 T 设电源电压为 V 那么电枢电压的平均值为 Vout t1 T t1 V T 2 t1 T V T 2D 1 V 定义负载电压系数为 Vout V 那么 2D 1 当 T 为常数时 改变 HIN 为高电平的时间 t1 也就改变了占空比 D 从而达到了改变 Vout的目的 D 在 0 1 之间变化 因此 在 1 之间变化 如果我们联系改变 那么便可以实现电机正向的无级调速 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 24 当 0 5 时 Vout 0 此时电机的转速为 0 当 0 5 1 时 Vout为正 电机正转 当 1 时 Vout V 电机正转全速运行 4 3 14 3 1 输出电压波形输出电压波形 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 25 五 单片机小系统设计 5 15 1 主要芯片选择主要芯片选择 5 15 1 1 1 单片机的选择单片机的选择 在详细的系统分析 实用性 经济性分析的基础上 选用了 MCS 51 系列的 8051 单片机 其结构框图如下图所示 5 15 1 2 2 82538253 可编程定时器可编程定时器 计数器芯片计数器芯片 MCS 51 内部只有两个 16 位定时器 计数器 在数字测速电路中需要计数器 选用了一 个可扩展 8253 芯片 其逻辑结构如下图所示 8253 内部具有 3 个独立的 16 位定时 计数器 每个计数器有三根 I O 线 CLK 为时钟输入线 为计数脉冲输入端 OUT 为计数器输出端 当计数器减为零时 OUT 输出 相应信号 GATE 为门控信号 用于启动或禁止计数器操作 控制寄存器用来寄存操作方式控制字 每个计数器都有一个单独的控制寄存器 只能写 入不能读出 8253 与单片机的接口控制逻辑简单 D0 D7 为双向 三态数据线 是单片机与 8253 之间 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 26 的数据传输线 RD WR 为数据读 写控制线 A0 A1 是地址选择线 CS 是片选线 在单片 机应用系统中 由 CS A0 A1 给出 16 位地址码 5 1 35 1 3 82798279 可编程键盘 显示接口芯片可编程键盘 显示接口芯片 8279 是一种通用的可编程键盘 显示器接口芯片 它能接收和识别来自键盘阵列的输 入数据并完成预处理 还能显示数据和对数码显示器件进行自动扫描控制 是实现 CPU 与 键盘 LED 数码显示器之间进行信息交换的一种专用芯片 8279 与 MCS 51 单片机的接口 非常简单 因而在单片机应用系统中得到了广泛的应用 8279 芯片有 40 条引脚 由单一 5V 供电 主要由以下几个部分组成 1 I O 控制和数据缓冲器 2 控制和定时寄存器及定时控制部分 3 扫描计数器 4 回送缓冲器与键盘去抖动控制电路 5 FIFO 先进先出 寄存器和状态电路 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 27 6 显示器地址寄存器和显示 RAM 5 1 45 1 4 A DA D 转换芯片转换芯片 ADC0809ADC0809 ADC0809 是 8 位逐次逼近性 A D 转换器 带 8 个模拟量输入通道 有通道地 址译码锁存器 输出带三态数据锁存器 启动信号为脉冲启动形式 ADC0809 内部设有时钟 电路 故 CLK 时钟需外部输入 允许范围 500KHz 1MHz 典型值为 640KHZ 每一通道的转换 需 66 73 个脉冲 大约 100 110 s 5 25 2 高精度数字测速电路高精度数字测速电路 5 2 15 2 1 光电编码盘光电编码盘 光电编码盘是将测得的角位移转换成为相应的电脉冲信号输出的数字传感器 本设计采 用增量式光电编码器来采样转速信号 增量式编码器是专门了用来测量转动角位移的累计量 这里以三相编码器为例来介绍增量式编码器的工作原理及其结构 增量式光电编码器在圆盘上有规则地刻有透光和不透光的线条 在圆盘两侧安放发光元 件和光敏元件 当圆盘随电机旋转时 光敏元件接受的光增量随透光线条同步变化 光敏元 件输出波形经过整形后变成脉冲 码盘上有向标志 每转一圈 z 相输出一个脉冲 此外 为 判断旋转方向 码盘还提供相位相差 90 的两路脉冲信号 将 A B 两相脉冲中任何一相输 入计数器中 均可使计数器进行计数 编码盘输出的 z 相脉冲用于复位计数器 每转一圈复 位一次计数器 编码盘的旋转方向可以通过 D 触发器的输出信号 Q 来判断 整形后的 A B 两相输出信号 分别接到 D 触发器的时钟端和 D 输入端 D 触发器的 CLK 端在 A 相脉冲的上升沿触发 由于 A B 两相的脉冲相位相差 90 当电机正转时 B 相脉冲超前 A 相脉冲 90 触发器总是在 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 28 B 脉冲为高电平时触发 这时 D 触发器的输出端 Q 输出为高电平 当电机反转时 A 相脉冲超 前 B 相脉冲 90 则 D 触发器总是在 B 脉冲为低电平时触发 这时 Q 输出端输出为低电平 由此确定电机的转动方向 转速检测的精度和快速性对电机调速系统的静 动态性能影响极大 为了在较宽的速度 范围内获得高精度和快速的数字测速 本设计使用每转 1024 线的光电编码器作为转速传感 器 它产生的测速脉冲频率与电机转速有固定的比列关系 微机对该频率信号采用 M T 法 测速处理 5 2 25 2 2 M TM T 法测速原理法测速原理 M T 法测速原理是在对光电编码器输出的测速脉冲数 m1 进行计数的同时对时钟脉冲的个 数 m2 也进行计数 原理图如下 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 29 在本系统中 由于 所以转速计算公式有 5 2 35 2 3 数字测速硬件电路数字测速硬件电路 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 30 数字测速硬件电路如图所示 图中 8253 的 0 号 1 号计数器分别对 m1m2 进行计数 D 触发器 F1 用来使 m2 的计数与测速脉冲计数同步 由于 8253 为下降沿计数 故使用反向器 G 启动测速和停止测速信号有 89C52 单片机的软件向 P1 2 口输出 P1 3 口用于测速电路 软件输出复位脉冲信号 为实现 m1 和 m2 同步计数 8253 的 0 号和 1 号计数器使用方式 2 工作 上电初始化进入 这种方式后 可用 GATE 电平对计数过程进行监控 当 8051 单片机在原理图上 s 点时刻向 P1 2 口输出高电平 发出启动测速信号 即置 GATE0 为高电平 0 号测速脉冲计数器立即 从初始值开始计数直至在原理图上 b 点时刻向 P1 2 口输出低电平 即发出停止测速信号 迫使计数过程停止 这样从测速启动点 s 到停止点 b 时间间隔内 GATE0 为高电平 则输入 8253 CLK0 端口的测速脉冲计数值即为 m1 在上图中 时钟计数器的 GATE1 与 D 触发器输出的 Q 端相接 当 P1 2 口输出高电平开 始测速后 要等随后的第一个输入测速脉冲上升沿进入 D 触发器的触发脉冲 CP 端 Q 才变 为高电平 此后 4MHZ 时钟脉冲开始计数 相当于原理图中 a 点时刻 同样当 P1 2 口输出 低电平停止测速 时钟脉冲要等到图中 c 点才停止计数 此时时钟的计数值 m2 刚好是整 m1 个测速脉冲的时间间隔 5 35 3 电流检测电路电流检测电路 电流检测电路有霍尔电流传感器 TA 两级运算放大器和 A D 转换器组成 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 31 若电枢回路的两匝穿过霍尔元件 则电动机的电枢电流与霍尔元件的输出电流之比是 1000 1 在本设计中我们选用 8 位单极性 A D 将电流模拟反馈信号转换为数字量 输入微 型计算机 而直流调速系统是双极性的 霍尔元件的输出信号是和电枢电流线性对应的双 极性弱电流信号 因此需要对霍尔元件输出的信号进行转换 滤波 放大 电路原理图电路原理图 微型计算机控制技术微型计算机控制技术 P184 P184 图图 6 166 16 图中R1 50 霍尔元件所允许的负载电阻 R2 10k 则霍尔元件输出的电流信号Im线 性地转换为电压信号Um Um再经过两级运放放大和滤波后到达A D转换器的输入端口 电枢电 流是双极性的 变化范围在A之内 设电枢电流Ia 20A时 对应A D转换器模拟输入电 压为5V 当Ia 20A 时 对应A D转换器模拟输入电压为0V 当Ia 0时 对应A D模拟输入电 压为2 5V A D转换结果为8位二进制数码 当参考电压为5V时 若输入电压为5V A D转换结 果为255 输入电压为0V时 A D转换结果为0 输入为2 5V时 A D转换结果为128 电流反馈 系数为 则 255 141 141 255 282 0 904 A 图中C1 C2为滤波电容 整个反馈通道滤波时间常数为0 5ms 5 45 4 键盘键盘 显示接口显示接口 8279 是一种通用的可编程键盘 显示器接口芯片 它能接收和识别来自键盘 阵列的输入数据并完成预处理 还能显示数据和对数码显示器进行自动扫描控 制 是实现 CPU 与键盘 LED 数码显示器之间进行信息交换的一种专用接口芯片 8279 与 MCS 51 单片机的接口非常简单 因而在微机应用系统中得到了广泛的应用 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 32 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 33 注 本文用 注 本文用 80518051 故在誊写时上述文字中 故在誊写时上述文字中 89C5289C52 应全部改成应全部改成 80518051 六 调速系统的软件设计 6 6 1 1 调速系统总体设计模块调速系统总体设计模块 为了使微机控制系统各种硬件设备能够正常运行 有效实现各个控制环节的实时控制和 管理 除了要设计合理的硬件电路 还必须要有高质量的软件支持 因此 用汇编或其他高 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 34 级语言编写电机微机实时控制系统的应用程序 是整个系统设计中十分重要的内容 本系统 采用 8051 单片机生成 PWM 信号 同时用 8051 代替了直流电动机双环调速装置中的电流和 转速控制器 整个控制程序由主程序 外中断服务程序 PI 运算程序及各种辅助程序组成 程序总长小于 4K 字节 运行一遍的时间小于 3 33ms 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 35 电力拖动自动控制系统 课程设计 中国矿业大学信电学院电气06 1班 第二小组 36 直流电机数字式双闭环总体流程图直流电机数字式双闭环总体流程图 6 26 2 主程序及系统初始化模块主程序及系统初始化