计算机控制技术课程设计--数字双闭环直流调速系统设计

计算机控制技术课程设计--数字双闭环直流调速系统设计内容摘要：

Id Ri Ci Ud + + R0 R0 Rn Cn ASR ACR LM GT V RP1 Un U*i LM M TG UPE MTGA/P/ 3ACTAAC RASRA/D_A/DD /A图 13 数模混合控制系统 第一章 数字双闭环直流调速系统总体设计 3 MP LGD /PAC RASRU*n +P/D/ 3ACTAUiUnUcU*i_A/D主电路 微机控制电路 ~ U*n Un Ui U*i Uc 图 14 数字电路控制系统 MP LGD /PAC RASRU*n +P/D/ 3ACTAUiUnUcU*i_A/D ~ U*n Un Ui U*i Uc 数字控制电路 主电路 图 15 微机电路控制系统 第二章 数字双闭环直流调速系统硬件设计 4 第二章 数字双闭环直流调速系统 硬件设计 主电路设计 中小功率的可逆直流调速系统多采用桥式可逆 PWM 变换器，图 41 为调速系统的主电路的原理图，图中的左半部分是由 6 个二极管组成的 整流器，采用不可控整流，把电网提供的交流电整流成直流电；中间部分是大电容滤波；右半部分是桥式 PWM 变换器。 图 21 桥式可逆直流脉宽调速系统主电路的原理图 硬件电路结构图 微机数字控制双闭环直流调速系统硬件结构如图 22 所示，系统由主电路 、检测电路 、 控制电路 、 给定电路 和 显示电路组成。 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 变换器的到可调的直流电压，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，其中 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。 微机控制还具备故障检测功能，对电压、电流、温度等信号进行实时监测和分析比较，若发生故障立即采取措施，避免故障进一步扩大，并同时报警，以便人工处理。 数字控制器是系统的核心，一般选用专为电机控制设计的单片微机，配以显示、第二章 数字双闭环直流调速系统硬件设计 5 键盘等外围电路，通过通信接口与上位机或其他外设交换数据。 这中微机芯片本身都带有 A/D 转换器、通用 I/O 和通信接口，还带有一般微机并不具备的故障保护、数字测速和 PWM 生成功能，可大大简化数字控制系统的硬件电路。 图 22 微机数字控制双闭环直流 PWM 调速系统硬件结构图 控制电路的设计 调节器的设计 图 23 双闭环直流调速系统的动态结构图 U*n  Uc IdL n Ud0 Un +  + Ui WASR(s) WACR(s) Ks Tss+1 1/R Tl s+1 R Tms U*i Id 1/Ce + E 第二章 数字双闭环直流调速系统硬件设计 6 电流调节器的设计 ： 根据设计要求并保证稳态电流无差，可按典型 I型系统设计电流调节器。 电流环控制对象是双惯性型的，因此可用 PI 型电流调节器，其传递函数为 WACR（ S） =Ki（τ is +1） /τ is Ki电流调节器的比例系数； τ i电流调节器的超前时间常数。 转速调节器的设计： 转速环开 环传递函数应共有两个积分环节，所以应该设计成典型 II 系统，系统同时也能满足动态抗扰性能好的要求。 ASR 也应该采用 PI 调节器，其传递函数为： WASR（ s） = Kn（τ ns +1） /τ ns Kn转速调节器的比例系数； τ n转速调节器的超前时间常数。 图 24 电流环 结构 简化图 图 25 转速环结构简化图 第二章 数字双闭环直流调速系统硬件设计 7 计算机控制单元 三相过零检测电路： 为了达到与电源电压同步的目的，除了可以使用锁相同步 电路 外，还可以实时检测 电源电压的过零点和频率，根据过零点和频率就可以跟踪输入的电源电压的相位，实现同步输入。 PWM 信号发生电路设计： 钟电路是用来产生 AT89C51 单片机工作时所必须的时钟信号， AT89C51 本身就是一个复杂的同步时序电路，为保证工作方式的实现， AT89C51 在唯一的时钟信号的控制下严格的按时序执行指令进行工作 ，时钟的频率影响单片机的速度和稳定性。 图 26 三相过零检测电路 图 27 PWM信号发生电路 第二章 数字双闭环直流调速系统硬件设计 8 A/D 转换接口电路 : 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 66～ 73 个脉冲，大约 100～ 110 μ s。 电机驱动接口 电路 : 采用 L298N 驱动器，接受单片机的输入信号并放大，驱动电机运转。 电源电路图： 用 78 系列的芯片产生 5V电压供给单片机使用，给单片机供电。 图 210 A/D 转换接口电路 图 211 电机驱动接口电路 第二章 数字双闭环直流调速系统硬件设计。