数字控制系统

数字式直流调速系统-单片机控制

随着电力电子技术、单片机和DSP技术的发展，全数字化直流电机PWM调速是新的发展趋势[2]。本文提出了一种基于单片机芯片的数字控制系统，取代传统的模拟PI调速系统，以提升调速系统的性能.1引言

12系统的工作原理

2设计中采用图2所示的直流电机H型双极性可逆PWM调速系统，PWM由单片机控制。343控制系统的硬件设计

3.1系统总体设计

直流电机PWM调速系统主要包括上位机、速度给定、速度检测、速度显示、电流检测、温度检测、主电路和驱动电路等。系统硬件结构图如图3所示。53.2主电路设计

采用典型的H桥功率变换电路，功率开关器件选用IGBT，通过控制开关管的开通和关断，在电动机的电枢两端得到可变的直流平均电压。H桥电路PWM开关频率典型值1～5KHz，这里选为2KHz。63.3驱动隔离电路设计

73.4保护电路设计

83.5反馈回路设计

电流检测、转速检测分别采用霍尔电流检测装置和测速发电机实现。温度检测采用DS18B20传感器检测温度，监控系统运行。为尽量满足系统精度要求，采用ADC0809将模拟采集量转化数字采集量送单片机处理。ADC0809的时种脉冲选用单片机的ALE端输出的2MHz脉冲信号。93.6键盘/显示电路设计

键盘/显示电路主要通过LCD液晶显示屏显示转速反馈值，通过设定5个独立按键进行电机的控制。5个按钮开关分别控制直流电机的启动、停止、转向、加速和减速的5个状态，键盘控制电路用单片机的P2口来完成。液晶显示器利用单片机的P0口来完成显示控制。104单片机数字PI控制的实现

115系统电机控制软件设计

通过控制总中断使能EA控制电机的开关。采用定时器T0对PWM脉冲的宽度定时，对脉冲宽度的调整是通过改变高电平的定时长度12数字式直流调速系统-DSP控制

1.系统组成132.直流调速系统内模控制

转速外环主要用于增强系统抗负载扰动的能力和抑制转速波动，是系统的主要控制环节。为进一步提高系统的动静态性能，转速环调节器采用内模控制器，电流环仍然采用PI调节器，其参数采用工程设计方法设计，将其校正为典型I型系统。143系统硬件设计154.系统调试

PWM测试波形，测出波形频率为10KHZ，两路波形的死区时间为2us。

165.仿真试验研究17仿真试验结果PI控制IMC控制18设计的内模控制器Q(s)是一种超前型控制器。当系统启动突加给定时，其输出很快处于饱和限幅状态，从而使电动机在最大电流下实现恒流升速，加快了起动过程，这与采用PI调节器的系统是一致的。但由于这时内模控制器Q(s)没有积分累加作用，当电动机转速接近给定转速时，它就退出饱和限幅状态，因而也就不会产生退饱和超调。基于内模控制的转速环分析

19数字式交流调速系统（张力控制系统）-PLC控制

1.两电机张力伺服控制系统的硬件模型

20这是一个钢带卷绕系统的最简设置，电机1为从电机执行张力控制，电机2为主电机执行系统的速度控制。不计转辊与皮带之间的粘磨系数和滑磨力，两电机与转辊间的齿轮比是15：1，卷绕系统的数学模型如式(1)-(3)所示。在本论文中，张力的数学模型如式(3)所示，系统中两电机之间带状加工物张力大小与两电机的速度差大小成正比21在多电机同步传动系统中，第一台电机为主电机，它决定系统的转速，其他电机为从电机，从电机的速度向主电机看齐。为了保证生产设备正常运转，要求各台电动机之间必须协调运行，使各台电机之间转速始终保持一定的比例关系，这就是多电机同步传动控制问题。实际系统实现时，有时并不一定要求各台电机之间的转速完全相等，而更一般的情况是要求各台电机之间必须协调地运行，达到张力控制的要求，通过控制从电机的转速，使系统张力保持而能够协调地运行，从而实现多电机传动系统的同步。多电机同步传动系统22常规PID控制2.控制策略23神经网络控制243.系统的硬件组成2526（1）机械部分实验装置的机械部分由四套轧辊、三套鼠笼式交流异步电机及机械减速装置、三套带张力和位移检测的浮辊、聚酯织物皮带和两套传动辊等组成。电机轴与轧辊之间使用行星摆线针轮减速机实现15:1的减速比，使用螺栓分别将电机轴与轧辊进行刚性连接，可以灵活的组成单机、双机、三机实验系统。

27（2）负载部分考虑到多电机同步系统的负载不均衡，应使每一台电机所加的负载都可以独立调节，以实现模拟实际工况下负载的多样性，所以在3个滚轴上分别安装了磁粉制动器，磁粉制动器根据电磁原理和利用磁粉传递转矩，使用直流电作为励磁电源，它具有励磁电流和传递转矩基本成线性关系的特点，在与滑差无关的情况下能够传递一定的转矩，响应速度快，结构简单。这里磁粉制动器选用的型号为CZK10，其参数为：额定转矩为10Nm、滑差功率为3KW、激励电流为3.2A。28参数检测部分电机速度信号检测速度采样时使用西门子公司的高速计数模块FM350-1对光电编码器发出的脉冲进行计数。FM350-1模块是用于简单计数任务的单通道智能计数模块，直接连接增量式编码器。实验中选用型号为YGM-615的增量式圆光栅编码器对电机速度信号进行采集，其工作电压5V、每转2048个脉冲。实验中选择M法实现计数：即计数器计取规定时间内光电编码器发出的脉冲数，由此测得的速度为：2930皮带张力检测对两台电机间皮带张力的检测，采用了两套合肥森特传感器公司生产的SL100型传感器，其工作电压为直流12V，输出电压为0~5V，量程为50㎏，其标定资料如下：31电气部分①研华工控机：采用一台工控机作为上位机运行西门子监控软件WinCC6.0和编译组态软件STEP7。②可编程控制器PLC：采用一台西门子S7-300PLC作为下位机控制器，控制两台变频器。选用CPU型号为315-2DP,该CPU具有MPI通讯口支持MPI通讯和DP通讯口支持PROFIBUS-DP通讯；它具有中、大规模的程序存储容量和数据结构，并且对二进制和浮点数运算具有较高的处理能力，可以满足神经网络控制算法中有大量浮点运算的要求。另外配置一个电源模块PS30710A，该模块为交流