基于单片机控制双闭环直流电机

基于单片机控制双闭环直流电机内容摘要：

电力拖动系统时间常数 Tm Tm=40ms＝ 6) Ks=Uc(Uc)/fpwm=2*(100*1000)= 电流调节器结构的选择 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 微分 时间常数。 检查对电源电压的抗干扰性能： 由于 Tl /T∑ I =≤ 10,参照教材中表 23 的典型型系统动态抗扰性能， 各项指标都是可以接受的。 基于单片机的双闭环直流调速系统 14 图 电流环等效近似处理后校正成为典型 I 系统框图 电 流调节器参数 计算 电流调节器超前时间常数： τ i=Tl= 电流环开环增益： 要求σ i≤ 5％时 ,查表得 KIT∑ i=,因此 KI=于是， ACR 的比例系数为 ： Ki=KIτ iR/Ksβ = ( )＝ 电流环采样角频率 ： Wsi=10Wci=2273 电流环采样时间 ： Ti=1/(Wsi/2pi)= 确定转速调节器时间常数 1）电流环等效时间常数 1/KI 已知 KIT∑ i=，则 1/KI＝ 2T∑ i＝ 2 ＝ 2）转速时间常数 Ton。 取 Ton= 3）转速小时间常数 T∑ n。 按小时间常数近似处理，取 T∑ n＝ 1/KI＋ Ton＝ 转速调节器结构的选择 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。 基于单片机的双闭环直流调速系统 15 图 转速环等效近似处理后校正成为典型 II 系统框图 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。 转速调节器参数 计算 按跟随和抗扰性能都较好的原则，取 h=5，则 ASR 的超前时间常数为 τ n=hT∑ n=5 = 转速开环增益 ： KN=(h+1)/2h2T∑ n2=6/(2 52 )= ASR 的比例系数为 ： Kn=(h+1)β CeTm/2hα RT∑ n=6 /( 2 5 1 )= 转 速环采样角频率 ： Wsn=10W= 电流环采样时间 ： Tn=1/(Wsn/2pi)= 信号发生电路设计 PWM 的基本原理 PWM（脉冲宽度调制）是通过控制固定电压的直流电源开关频率，改变负基于单片机的双闭环直流调速系统 16 载两端的电压，从而达到控制要求的一种电压调整方法。 PWM 可以应用在许多方面，比如：电机调速、温度控制、压力控制等等。 在 PWM 驱动控制的调整系统中，按一个固定的频率来接通和断开电源，并且根据需要改变一个周期内“接通”和“断开”时间的长短。 通过改变直流电机电枢上电压的“占 空比”来达到改变平均电压大小的目的，从而来控制电动机的转速。 也正因为如此， PWM 又被称为“开关驱动装置”。 如下图所示： 图 PWM 原理波形 设电机始终接通电源时，电机转速最大为 Vmax，设占空比为 D= t1 / T，则电机的平均速度为 Va = Vmax * D，其中 Va指的是电机的平均速度； Vmax 是指电机在全通电时的最大速度； D = t1 / T 是指占空比。 由上面的公式可见，当我们改变占空比 D = t1 / T 时，就可以得到不同的电机平均速度 Vd，从而达到调速的目的。 严格来说，平均速 度 Vd 与占空比 D 并非严格的线性关系，但是在一般的应用中，我们可以将其近似地看成是线性关系。 计 双极式控制方式 U g4M+ U g3VD 1VD 2VD 3VD 4U g1U g2VT 1VT 2 VT4VT 3132A B42g2 g4 双极式 H 形可逆 PWM 变换器 基于单片机的双闭环直流调速系统 17 （ 1）正向运行： 第 1阶段，在 0 ≤ t ≤ ton 期间， Ug1 、 Ug4为正， VT1 、 VT4导通， Ug2 、 Ug3为负， VT2 、 VT3截止，电流 id 沿回路 1流通，电动机 M两端电压 UAB = +Us ； 第 2阶段，在 ton ≤ t ≤ T期间， Ug1 、 Ug4为负， VT1 、 VT4截止， VD2 、 VD3续流， 并钳位使 VT2 、 VT3保持截止，电流 id 沿回路 2流通，电动机 M两端电压 UAB = –Us ； （ 2）反向运行： 第 1阶段，在 0 ≤ t ≤ ton 期间， Ug2 、 Ug3为负， VT2 、 VT3截止， VD1 、 VD4 续流，并钳位使 VT1 、 VT4截止，电流 –id 沿回路 4流通，电动机 M两端电压 UAB = +Us ； 第 2阶段，在 ton ≤ t ≤ T 期间， Ug2 、 Ug3 为正， VT2 、 VT3导通， Ug1 、 Ug4为负，使 VT1 、 VT4保持截止，电流 – id 沿回路 3流通，电动机M两端电压 UAB = – Us ； 及光耦隔离 设计 IGBT 门极驱动光耦合器 HCPL316J 电路中驱动采用的是 HCPL316J 芯片， HCPL316J 是由 Agilent 公司生产的一种 IGBT 门极驱动光耦合器 ,其内部集成集电极发射极电压欠饱和检测电路及故障状态反馈电路 ,为驱动电路的可靠工作提供了保障 .其特性为 :兼容CMOS/TYL 电平。 光隔离 ,故障状态反馈。 开关时间最大 500ns。 “软” IGBT 关断。 欠饱和检测及欠压锁定保护。 过流 保护功能。 宽工作电压范围 (15~30V)。 用户可配置自动复位、自动关闭 . 芯片 与该耦合器结合实现 IGBT 的驱动 ,使得 IGBT VCE 欠饱和检测结构紧凑 ,低成本且易于实现 ,同时满足了宽范围的安全与调节需要 . 基于单片机的双闭环直流调速系统 18 图 HCPL316J 的引脚排列 HCPL316J 驱动 IGBT 工作过程 ： 当 HCPL316J 输出端 VOUT 输出为高电平时，推挽电路上管 NPN 导通，下管PNP 截止， 三端稳压块 LM7915 输出端加在 IGBT 门极 (VG1)上， IGBT VCE 为 15V，IGBT 导通。 当 HCPL316J 输出端 VOUT 输出为低电平时，上管 NPN 截止，下管 PNP导通， VCE 为 9V， IGBT 关断。 以上就是 IGBT 的开通关断过程。 稳压 块 LM7915 LM7915 的输入电压为 ~35V，输出电流为 1A,可以稳定输出值。 图 LM7915 稳压 块 基于单片机的双闭环直流调速系统 19 芯片 ADC0809 介绍 ADC0809 是 8 位、逐次比较式 A/D 转换芯片，具有地址锁存控制的 8 路模拟开关，应用单一的 +5V 电源，其模拟量输入电压的范围为 0V+5V，其对应的数字量输出为 00HFFH，转换时间为 100μ s，无须调零或者调整满量程。 ADC0809 的引脚及其功能 ADC0809 有 28 个引脚，其中 IN0IN7接 8 路模拟量输入。 ALE 是地址锁存允许， REFV 、 REFV 接基准电源，在精度要求不太高的情况下，供电电源就可以作为基准电源。 START 是芯片的启动引脚，其上脉冲的下降沿起动一次新的 A/D转换。 EOC 是转换结束信号，可以用于向单片机申请中断或者供单片机查询。 OE 是输出允许端。 CLK 是时钟端。 DB0DB7是数字量的输出。 ADDA、 ADDB、ADDC 接地址线用以选定 8 路输入中的一路，详见下图。 ADDC ADDB ADDA 选通输入通道 EOC：转换结束信号 ADD:选择输入端口 ALE：地址锁存允许信号 ENABLE（ OE） ：输出允许信号 START：复位信号 基于单片机的双闭环直流调速系统 20 0 0 0 IN0 0 0 1 IN1 0 1 0 IN2 0 1 1 IN3 1 0 0 IN4 1 0 1 IN5 1 1 0 IN6 1 1 1 IN7 图 ADC0809 引脚图及功能表 和 测速发电机是一种检测机械转速的电磁装置。 它能把机械转速变成电压信号 ,其输出电压与输入电压的转速成正比关系。 在转速反馈系统中 ,测速发电机是一个关键的装置 ,它的输出电压的幅值正比于转速 ,极性反映电机的 转向。 测速精度、线性度、波型的系数以及测量的小滞后性是它的主要性能指标。 现有测速发电机的性能指标一般能满足大多数调速系统的需要。 电流负反馈用的是霍尔电流传感器来感应主电路的电流值，其有一下优点： 1. 测量范围广：它可以测。