【摘 要】 提出一种采用80c196单片机控制的新型全数字式直流调速系统，以80c1单片机构成的最小控制系统为核心，由单片机输出占空比可变的PWM脉冲，作为功率电路的驱动信号，通过改变PWM脉冲的占空比来改变输出功率，从而达到调速的目的
关键词: 单片机，PWM脉冲，数字式，直流调速
The Design that The Total number Direct Current adjusts to equip soon
Student: LiMoru， Instructor: LiYan，QiuDong
Abtract: Put forward a kind of adopt a machine of 80 c196s control of the new total amount word type direct current adjust soon system， Take the minimum control system that a machine of 80 c1s constitute as the core， Output to share from a machine empty compare the variable pulse of PWM， Be the power electric circuit drives the signal， Pass to change the pulse of PWM to share the empty ratio to change the exportation power， thus attain the purpose adjust soon
Keywords: Pulse of PWM， Numerical type， The direct current adjust soon
目 录
第一章 绪论 3
1.1原理 3
1.2目的 4
第二章 总体方案论证 6
第三章 PWM直流调速系统概述 8
3.1 PWM控制技术的应用 8
3.2 PWM在直流调速中的应用 8
3.3 直流脉宽调速系统的优缺点 9
第四章 主电路的设计与参数选择 9
4.1 三相桥式全控整流电路 10
4.2 整流变压器的选择与参数计算 11
4.3 整流器件的选择 12
4.4 电抗器的选择与参数计算 13
4.5 晶闸管的保护 15
第五章 系统模型的建立及调节器参数计算 18
5.1 系统模型建立 18
5.2 数字调节器的设计与参数选择 20
第六章 系统硬件设计 24
6.1 总体控制原理概述 24
6.2 高分辨率数字触发电路 24
6.3 电流检测电路的设计 26
6.4 80c196单片机及系统扩展 27
6.5 电流A/D转换 36
第七章 系统软件设计 39
7.1 控制算法 39
7.2 软件设计 39
结 束 语 48
4 总结 48
参考文献
49致谢 49
第一章 绪论
1.1原理
全数字直流调速装置是一种用于直流电机调速的专门设备，它是直流电机的附属设备，主要用于直流电机的励磁大小调整，全数字直流调速装置也根据直流电机的使用电压不同，它的励磁电压要求也不一样，全数字直流调速装置电流的大小一定要大于直流电机的励磁电流。
1.2目的
全数字直流调速装置其内部采用高速CPU进行运算及控制，适用于任何直流电动机的调速。现简介如下
1.调速器的可编程功能
调速器内部的所有输入信号和参数，均可以通过操作面板显示和修改，直观明了，并提供了多种运算方法来处理数据，如偏移量、变比例、正反向、绝对值、滤波、延时、求和等。调速器的控制程序是模块式相连接的，主要有输入输出模块、给定处理模块、编码器模块、速度调节模块、限幅模块、电流闭环控制模块、信号处理模块、故障记忆模块、通信模块以及常数模块，模块之间可以通过编程重新排列组合，提供了最大限度的灵活应用方式。在参数设置与模块组合的双双帮助下，可以实现相当复杂的控制。
2．多功能的输入输出
这种调速器适用于任何直流电动机的调速，是因为它提供了多种形式的信号输入和输出。
(1)它的输出励磁电压是可调的，通过内部参数的设置，电动机可工作于弱磁状态；励磁的输入电源电压也是可选择的(AC 220V或AC 380V)。
(2)它提供四路的数字输入和两路的数字输出(不含扩展板，以下同)，除两路输入用于启动调速器外，其余的作用要通过编程而定。
(3)它有三路模拟输入，一路固定用于测速发电机，另两路用于设定输入，是可编程的；模拟输出有三路，它们的输出对象是可编程的。我们可以接仪表来监测调速器的任何内部参数(如电压流、转速等)，或者作为其他设备的控制信号。
(4)调速ge提供了多种形式的速度反馈接入法(编码器脉冲或测速发电机)，特别是其测速发机的接入，通过对P083单元的设置，调速器可接DC 8-270V范围内的任何电压规格的测速发电机
(5)调速器还提供了电动机温度监测和通信其他的功能端子。
3．多种的保护设置
这种调速器内部可分辨的故障报警多达70种需要注意的是，一旦出现故障，调速器就会自动机，必须通过操作面板复位确认，才能继续使用调速器，即使重新停电后上电复位也不会消除故障信息这保障了后续设备的安全，但也会引起意想不到问题(见第5点)。因为过多的保护会使控制系变得敏感，容易产生误动作，从而影响到正常生产，而且普通操作人员是不会也不适合来处理这些故障信息。特别是在电源质量不高(幅值或频率不稳定)的地方，要小心使用这种调速器。
4．电动机参数的自整定
调速器提供自整定操作，可以自动测得不同动机的特性参数，如：电枢电阻、电枢电感、励磁电等，并自动设置相应的PID调节参数，使调速器工在最佳状态。此项功能操作起来不是很方便，它求手动操作合闸和运行使能信号，有时还要改动端子接线，但因为只是在更换电动机时才会用到它，而且它也确实实用，所以推荐使用。
5．停电及切换
正常来讲，如果外部电源停电，是不会影。向调速器的工作状态的，再来电时，调速器应该自动恢复运行。在设备调试阶段，通过开、关控制柜总电源的方法测试过，确实如此。但实际上，当外部高压侧失电跳闸时，调速器经常出现F001电子板电源故障报警，时也会因熔断器问题而出现F004电枢电压故障报警，使得来电时，调速器不能自动恢复运行，必须经过面板复位操作，严重影响了正常生产。经分析，认为是厂内低压侧没有安装失压保护断路器而造成的。另外就是和电动机有关。这种电动机剩磁很强，当用电池组供电工作时，在切断直流的过程中，直流接触器触头上拉弧时间长达1s!另一条生产线使用了其他电动机，则没有这种问题。因此，当停电发生时，如果调速器的晶闸管仍在通态，而合上了电池组直流电源，就会导致烧坏晶闸管的严重后果。最后采用加装延时切换电路和设定调速器延时启动功能的办法，才避免了类似情况。这一点望注意。
6．零给定下的停机
调速器在运行模式下，如果将给定调回到零，结果发现电动机仍存在一个极缓慢的转动，也就是说，调速器仍有电压加在电动机上。如何才能使其真正停机呢?这就要用到编程功能，修改调速器内部的控制程序，在其给定值信号中加一个&"施密特&"程序，当给定值小于某个值时(如0．2％)，让调速器的运行使能信号失效，实现停机。如果没有购买西门子扩展功能板的话，则唯一可使用的&"施密特&"程序是&"转速到达状态测量&"(见《SIMOREG DC Master简明手册》，功能图39&"信号处理模块&")。具体做法是，将给定信号参数K0193连接到P592单元，进行判断给定值，将比较结果B0120连接到P661单元，控制运行使能信号。启动给定值可在P373单元设置，回差值在P374单元设置，延时控制在P375单元设置，经过如上改动，就可以实现零给定停机了(此时调速器工作状态显示为ready，01．2)。
7．延时启动的实现
在停电后来电的过程中，由于负荷的冲击会使得电源的电压不稳定，因此往往要延时几秒再启动调速器。这可以在简单改动外部接线的情况下，通过调速器内部的编程，实现延时功能。调速器的启动过程为：调速器上电后，首先检查有无故障报警没有被复位确认，若有则要求复位确认操作；之后，启动主要受两个开关信号的控制，一个是合闸信号，一个是运行使能信号，必须同时有效才能启动调速器。调速器启动后，就会检查电源的电压值、频率值、是否缺相等，电源合格后，就会接通电动机励磁，并判断励磁电流是否正常，最后才输出电枢电压。合闸信号的内部参数是B0012，将其连接到P772单元作为开关量输出，延时时间由P776单元中的值设定，输出端子为48。要将此信号接到运行使能控制上，方法有以下几种，可根据实际情况选用。
(1)延时输出信号直接接到端子38，作为运行使能信号。
(2)如果运行使能端子上已接有其他开关触点，则将此触点串接在48与38端子之间。
(3)如果开关输入端子36或39有空余的话，也可将端子48与其相连，将其信号参数B0010或B0016，连接到P661单元，控制运行使能。
(4)如果运用了前面所述的&"零给定下的停机&"功能，则1)661单元已被占用，这时，可以将上述B001信号接到P706单元，强制给定为零，从而间接控制运行使能。
第二章 总体方案论证
本设计采用单片机控制直流双闭环调速系统。随着现代工业的发展，对电力传动控制自动化装置提出了高速度、高质量、高精度的要求。传统的模拟控制系统存在很多不足之处，而微机控制系统以其独有的优势越来越广泛地被应用在调速系统中。
微机控制调速系统与常规模拟控制系统比较，具有一系列重要优点：
(1)微机控制系统的控制方案是依靠软件来实现的，因而具有极大的灵活性。不仅可以利用数字触发程序和数字PID程序取代常规触发器和常规调节器的选择功能，并能显著提高它们的工作性能，而且更重要的是，在微机控制系统中很容易引入各种先进的控制规律，如非线性控制，前馈控制，最优控制和自适应控制等。
(2)只需要适当修改程序或数据，在完全不改变或稍加改变硬件结构的条件下，即可适应各种不同控制对象和控制规律的要求。因此，机器的通用性很强，易于实现硬件设备标准化。
(3)采用数字给定、数字反馈、数字控制和数字触发，可以把系统的控制精度提高到一个全新的水平。
(4)可用软件实现系统的监控，故障自诊断，故障自复原等多种功能，从而大提高系统的运行的可靠性。
(5)可与上级计算机进行信息交换，以实现生产过程的全局自动化。
(6)可以很方便地对外部或内部信息，实现数字滤波，提高系统的抗干扰能力。
(7) 利用软件取代常规系统中的大量硬件设备，从而简化系统的硬件结构，便于维修并使故障下降。
总之，微机控制系统具有成本低，体积小，功耗少，使用灵活，可靠性高，控制精度高，速度响应快，控制装置简单等优点，而且它还为实现整个系统的多功能和智能化提供了必要条件。
实际上，尽量缩短起制动过程的时间是提高生产率的重要因素。因此，在电机最大电流受限的条件下，希望充分利用电机的允许过载能力，最好是在过渡过程中始终保持电流为允许的最大值，使电力拖动系统尽可能用最大的加速度起动，到达稳态转速后，又让电流立即降下来，使转矩马上与负载相平衡，从而转入稳态运行。而实际上由于主电路电感的作用，电流不能突跳。为实现在允许条件下最快起动，关键是要获得一段使电流保持为最大值Idm的恒流过程，采用电流负反馈能得到近似的恒流过程；到达稳态转速后，又希望只要转速负反馈中。为了实现转速和电流两种负反馈分别起作用，在系统中设置两个调节器，分别是调节转速和电流，两者之间实行串级联接。把转速调节器的输出当作电流调节器的输入，再用电流调节器的输出去控制晶闸管整流器的触发装置。从闭环结构上看，电流调节环在里边，叫内 环转速调节，环在外边叫外环。这样就形成了双闭环调速系统。
其中：
ASR-转速调节器
ACR-电流调节器
TG-测速发电机
TA-电流互感器
GT-触发装置
Un*-转速给电压
Un-转速反馈电压
Ui*-电流给定电压
Ui-电流反馈电压
第三章 PWM直流调速系统概述
3.1 PWM控制技术的应用
调速可分为直流调速和交流调速。尽管直流电机比交流电机结构复杂、成本较高、维修保养贵，但是其调速性能好，所以在调速传动领域中一直占主导地位。然而，近10年来，由于电力电子技术已经很好的解决了交流调速问题。交流调速已得到了广泛的应用。
交流调速是按交流电机转速公式建立的对于同步机、磁阻式电动机，其转速为：
n=60f/p，对于笼型或绕线型转子异步电机，其转速为：n=60f/p(1-s)，原则上讲，改变极对数p、改变转差率s和调节频率f都可以调速。但对于异步电动机以上三种方法虽可采用，但是变极调速是有极调速，而改变转差率的目的是各种调速都是耗能型调速方法，只有变频调速是最为理想的调速方法。但同步电动机，在运行中改变级对数会引起失步，因此只能调频调速。
变频调速是以变频器向交流电动机供电，并构成开环或闭环系统。变频器是把固定电压、固定频率的交流电变为固定电压，可调频率的交流变频器。变频器的种类有很多种，其中电压型PWM方式交&—直&—交变频器发展速度最快。PWM变频器迅速发展的原因：一是变频器所用的半导体开关器件不断发展；二是PWM控制技术的日益完善。电力电子技术不仅促使交流调速迅速发展，同时也促进了直流调速的新发展。
3.2 PWM在直流调速中的应用
PWM广泛应用于直流调速系统，例如，以往普遍应用的晶闸管相控整流&—直流电机调压调速系统，现在也发展了全波步控整流PWM斩波&—直流电压调速系统，开关磁阻电动机也是有直流斩波器供电的。PWM控制技术是利用半导体开关器件的导通与关断把直流电压变成电压脉冲序列，并通过控制电压脉冲宽度或周期以达到变压目的，或者控制电压脉冲宽度和脉冲序列的周期以达到变压变频目的的一种控制技术。直流电动机转速n的表达式为：
n= Ua-Ia&ΣRa∕Ce-&φ（r/min）
式中 Ua&—电枢端电压（V）
Ia&—电枢电流（&Α）
&ΣRa&—电枢电路总电阻（&Ω）
&Φ&—每级磁通量（Wb）
Ce&—与电机结构有关的常数
由式可知，直流电动机转速n的控制方法可分为两类，即励磁控制法与电枢电压控制法。励磁控制法控制励磁通&Φ，其控制功率虽然小，但低速时受到磁极饱和的限制，高速时受到换向火花和换向器结构强度的限制。而且由于励磁线圈电感较大，动态响应较差。所以常用的是电枢电压控制法。Ua=Ud-IaR，虽然调节电阻R即可改变端电压达到调速目的，但这种方法效率很低。随着电力电子技术的进步，可由PWM斩波器进行斩波调压。本文主要介绍PWM实现的直流调速系统。
3.3 直流脉宽调速系统的优缺点
采用门极可关断晶闸管GTO、全控电力晶体管GTR、P&—MOSFT等全挂式电力电子器件组成的直流脉宽调制型的调速系统近年来已发展成熟，用途越来越广，与V&—M系统相比，在很多方面具有较大优越性：
① 主电路线路简单，需用的功率元件少；
② 开关频率高，电流容易连续，谐波少，电机损耗和发热都较小；
③ 低速性能好，稳速精度高，因而调速范围宽；
④ 系统频带宽，快速响应性能好，动态抗扰能力强；
⑤ 全电路元件工作在开关状态，导通损耗小，装置效率较高；
⑥ 电流采用不控三相整流时，电网功率因数高。
PWM调速系统由于受到器件容量的限制，直流PWM调速系统目前只用与中、小功率的系统，同时也存在几个难克服的固有问题：
① 存在电流谐波分量，因而在深调时转矩脉动大，限制了调速范围；
② 深调速时功率因数低，也限制了调速范围；
③ 要克服上述困难，就得加大平波电抗器的电感，但电感大又限制了系统的快速性。
自从全控式电力电子器件问世以后，使得脉宽调速更容易实现，而且性能更好。因此，脉宽调速正在一般工业中有着广阔的应用前景。************************此论文为收费论文，如果有需求请联系电话：13331768797 QQ：21557555 免费http://www.100paper.com为您服务************************************