dq104采用智能控制策略的单片机直流调速系统
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dq104
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单片机
直流
调速
系统
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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： 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！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 + nUvt)/(A(Cosmin-CdkI2/I2H.)在要求不太精确的情况下U2 可以简化为 U2=（1.21.5）UdmaxUdmax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=2.34U2=（1.21.5）220/2.34=112.8V实取120V线电压U2=U2=207.8V整流变压器二次相电流I2一次相电流I1的计算I2=0.86Id=0.868.74=7.137AI1=I2U2/ U1=7.13120/380=2.252A变压器容量计算如下：S2=M2U2I2=31207=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D1Yn113KVA 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 =(23)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=（1.52）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UTMU22U2U2U2U2U2Kfb电阻负荷10.50.50.3740.3680.185电感负荷0.450.450.3680.3680.3680.184根据已知条件和表2-2则有UTN=(23)UTM=U2(23)=588882V 实选UTN=800VITN=(1.52)KfbId=(1.52)0.36828.74=1013A 实选ITN=12A 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=3.90.02120/8.74=1.45mH2） 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=21.45+75=77.9mH3） 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3KVA1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U2U2(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n2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1CPL AINC A SETB 04HAJMP PIN2PIN1: CLR 04HPIN2: Mov R5 ， ACLR CSUBB A ， #JC PIN3JB 04H ， PIN4;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-1Mov A ， R5Mov 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 AINC AMov R3 ， AMov A ， BCPL ACLR CINC AJNC PIN6INC R3PIN6: Mov R2 ， AAJMP PIN7PIN5: Mov R3 ， AMov R2 ， BPIN7: Mov B ， 28HMov A ， 2AHCLR Acc.7Mul A BJB 2AH.7 PIN6CPL AINC APIN8: XCH A ， BCPL AADDC A ， #00HXCH A ， BCLR CADD A ， R2Mov R4 ， AMov A ， R3ADDC A ， BXCH A ， BCLR CADD A ， 2CHINC PIN9INC R4PIN9: Mov R2 ， AMov R3 ， R4Mov A ， R4JNB Acc.7 PIN10XCH A ， R2CPL ACLR CINC AXCH A ， R2CPL AADDC ASETB 05HPIN10: JZ PIN11PIN11: JB 05H PIN12AJMP PIN13PIN12: AJMP PIN14PIN11: Mov A ， R2CLR CSUBB A ， #70HJNC PIN14AJMP PIL电流环PI运算PIL: JB 05H ， PIL1ADD A ， #7FHAJMP PIL2PIL1: Mov R2 ， AMov A ， #7FHSUBB A ， R2PIL2: CLR CSUBB A ， 57H;JNC PIL3CPL ACLR CSET 0FHPIL3: Mov R3 ， A CLR CSUBB 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 PIL5PIL4: SETB 10HPIL5: Mov R2 ， #00HLCALL INTF ;调用定点数转化为浮点数之程序Mov 34H ， 37HMov 35H ， 38HMov 36H ， R3Mov 35H ， R2Mov 34H ， R6Mov R0 ， 40H;工作单元首地址Mov R1 ， 2EH;KIP首地址Mov A ， R1Mov R7 ， AINC R1Mov A ， R1;取出KIP浮点数Mov R5 ， ADEC R1DEC R1LCALL FMULMov R6 ， R4Mov R7 ， 3AHMov R4 ， 3BHMov R5 ， 3CHLCALL FABP ;调用浮点数加法之程序JNB 10H ， PIL6Mov R0 ， R3INC R0Mov R0 ， R2INC R0Mov R0 ， R4Mov R0 ， #34HMov R1 ， 43HLCALL FMLD ;LCALL FMUL ;Mov R6 ， R4 ;Mov R7 ， 40HMov R4 ， 41HMov R5 ， 42HLCALL FABP ;调用浮点加减法之程序PIL6: Mov A ， R4JNB Acc.7 ， PIL7Mov R4 ， #0Mov R2 ， #0Mov R3 ， #0Mov A ， #0RETPIL7: Mov A ， R4ANL A ， 00111111BCLR CSUBB A ， #8JNC PIL8Mov R4 ， #08HMov R3 ， #0FFHMov R2 ， #0Mov 3AH ， R4Mov 3BH ， R2Mov 3CH ， R3Mov A ， #FFHRETPIL8: Mov 3AH ， R4Mov 3BH ， R2Mov 3CH ， R3Mov A ， R3LCALL FINTRET调用定点数转换浮点数子程序INTF: Mov R6 ， #16SETB CCLR F0LCALL FSOTMov A ， R6Mov C ， 0FHMov Acc.7 ， CMov R4 ， ARET中断处理程序：ORG 000BHAJMP ZDZD PUSH PSWPUSH AccPUSH 13PUSH DPLPUSH DPHMov A ， PSWORL A ， 00001000B; 选择寄存器组Mov R1 ， #0Mov R2 ， #0Mov TL0 ， 7FHMov TH0 ， 19HSETB TR0Mov DPTR ， #7FF8HMov DPTR ， AMov R1 ， #0AHDLAY: NOP ; 延时100微妙NOPNOPDJNE R1 ， DLAY ;MovX A ， DPTRMov 57H ， AMov DPTR ， #7FF9HMovX DPTR ， AHE: Mov R2 ， #19HDTN2 R2 ， HEMov 58H ， AJNB 03H ， ZDCLR CSUBB A ， #7FHJNC ZD2CLR 00HMov A ， #7FHSUBB A ， 58HAJMP ZD3ZD2: SETB 00HMov A ， 58HSUBB A ， #7FHZD3: Mov B ， #12 ;将转速反馈乘上12Mul A ， BMov R4 ， AMov R3 ， BCLR A ;双字节二进制转换成BCD送55H,56HMov R5 ， AMov R6 ， AMov R7 ， #11ZD4: CLR CMov A ， R4RLC AMov R4 ， AMov A ， R3RLC AMov R3 ， AMov A ， R6ADDC A ， R6DA A ;对累加器的BCD码加法运算结果进行调整Mov R6 ， AMov A ， R5ADDC A ， R5DA AMov R5 ， ADTN2 R7 ， ZD4Mov 55H ， R6Mov 56H ， R5Mov A ， 55H ;将转换好的BCD码送显示缓冲区ANL A ， #0FHMov 6FH ， AMov A ， 55HANL A ， #0F0HRR ARR ARR ARR AMov 6EH ， AMov A ， 56HANL A ， #0FHMov 60H ， AANL A ， #0F0HRR ARR ARR ARR AMov 6CH， AZD1: INC 68H ;计数器加1Mov A， 68HCJNE A， #6 ZD5LCALL PJ2CXMov 68H， #0ZD5: SETB EASETB ET0POP DPHPOP DPLPOP 13POP AccPOP PSWRETI判键之程序：PJZCX: JNB P1.0 ， PJ1JNB AG1 ， PJ2SETB DZ AJMP PJ10PJ2: SETB AG1PJ1: JB AG1 , PJ3CLR DZAJMP PJ10PJ3: CLR AG1PJ10: JB P1.1 ， PJ4JB AG2 ， PJ5CLR QSJNB YCL2 ， PJ6CLR KCL2AJMP PJ11PJ6: SETB KCL2LCALL JCL2SETB YCL2AJMP PJ12PJ5: CLR AG2CLR YCL2AJMP PJ11PJ4: SETB AG2PJ11: JNB DZ ， PJ12JB P1.2 ， PJ7JB AG3 ， PJ8SETB QS JNB YCL3 ， PJ9CLR KCL3AJMP PJ12PJ9: SETB KCL3LCALL JCL3SETB YCL3AJMP PJ12PJ8: CLR AG3AJMP PJ12PJ7: SETB AG3PJ12: RET响应2键处理程序:JCL2: CLR QSMov DPTR ， #00FEH ;读入高字节BCD码MovX A ， DPTR Mov R0 ， AANL A ， 1FH ;除去符号Mov 5FH ， A ;高两位BCD码送5FH单元Mov A ， R0RL ARL ARL AMov 07H ， C;取出符号送07H位寻址Mov DPTR ， #00FDH;读入低两位BCD码MovX A ， DPTR ;Mov 5EH ， AMov R1 ， AANL A ， #0FH;屏蔽高四位，取出个位数Mov 6FH ， AANL A ， R1 ; ANL A ， #0F0H; 屏蔽低四位RR ARR ARR ARR AMov 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 ， #0F0HRR ARR ARR ARR AMov 6CH ， A;千位送6CH单元Mov R0 ， #6FHMov R2 ， #3Mov R3 ， #0Mov A ， R0; 把显示缓冲区的千位单字节BCD码十进制数转Mov R4 ， A ; 换成二进制整数存放在5DH，5CH单元中 Mov A ， R4Mov B ， #10Mul A BMov R4 ， AMov A ， #10XCH A ， BXCH A ， R3Mul A B ADD A ， R3XCH A ， R4INC R0ADD A ， R0XCH A ， R4ADDC A ， #0Mov R3 ， ADJNZ R2 ， JX2Mov 5DH ， R3Mov 5CH ， R4RET3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7FHR4处理Mov 5AH ， A;RETNDIV1: Mov B ， #7CLR CNDVL1: Mov A ， R5RLC AMov R5 ， AMov A ， R4RLC AMov R4 ， AMov A ， R3RLC AMov R3 ， AXCH A ， R2RLC AXCH A ， R2Mov F0 ， C ;保存移出的最高位CLR CSUBB A ， R7;Mov R1 ， AMov A ， R2SUBB A ， R6JB F0 ， NDVM1JC NDVD1NDVD1: Mov R2 ， AMov A ， R1Mov R3 ， AINC 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 DfiJN2 ZDZCX ;不为0转 Mov A ， 2DH ;取转距极性信号DgiJB 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LCALL LJ3CLR 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;RETLJ3: Mov B ， 0FFH;寄存器设置初值NOP ;延时3毫妙NOPNOPNOPDTN2 B ， LJ4SETB P1.3SETB P1.4Mov #0 ， 1FHLCALL 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 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 ， FA6FA2: JB 47H ， FA8 Mov A ， R3 ADD A ， R5 Mov R3 ， A Mov A ， R2 ADDC A ， R4 Mov R2 ， A JNC FA4 SETB 46HFA3: CLR F0 LCALL FSDTFA4: CJNE R2 ， #0 ， FAA CJNE R3 ， #0 ， FAA Mov R4 ， #41H RETFAA: Mov A ， R6; Mov C ， 45H Mov A.7 ， C XCH A ， R4 Mov R6 ， A RETFA5: CJNE R2 ， #0 ， FA7 CJNE R3 ， #0 ， FA7 Mov A ， R7; Mov R6 ， A SJMP FA2FA6: CPL F0FA7: CLR C LCALL FSDT SJMP FAFA8: Mov A ， R3 CLR C 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 45HFA9: 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 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 RETDMUL: 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
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