单片机在糖厂直流调速系统中的应用毕业设计(编辑修改稿)

单片机在糖厂直流调速系统中的应用毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

使调 节 器的输出变化 (增 大 )， 则  也变化 （ 变小 )， 最后 使整流器输出 电压 又恢复 (增加 )致电原来的数值，这就抑制了 主回 路电流的 变化。 也就是说，在电网电压变化时，在电动机转速变化之前，电流的变化首先被抑制了。 同样， 如 果机械负载或电枢电流突然发生很 大 的变化，由 于 采用了频率响 应较好的快速电流负反馈，当整流器直流侧发生类似短路的严 重故障 时，电流负反馈也及时地把电流故障反馈到电流控制 回 路 中 去，以便迅速减 小 输出电 压 ，从 而 保护 晶 闸管和 直 流电动机 不 致 因 电流过大而损坏。 其 中 电 流调节 器的 作 用 ： 1） 对电 网 电压波动起抗干扰作 用 2） 启动 时保证获 得允许的最大电流了 Idm 3） 在转速 调节 过程中，使电枢电流跟随给定电压变化 4）当 电机过载甚至堵转时， 可 以 限制电枢电流的最 大 值，从 而 起到快速的过流安全保护，如 故障消失 ，系统能 自 动恢复 工 作。 三、 PID调 节 器 PID调节 器是 Proportional(比 例 )， Integral(积分 )， Differential(微分 )三 者缩 写 ， 是连 续系统中成熟、 广 泛应用的调 节 方式。 PID调节器 的实质就是根据 输 入的偏 差值 ，按比例、积分、微分的函 数 关系进 行运算， 其 运 算结 果用以输出控制。 在实际应用中，根据被控对象的特性和控制要求，可 灵活地改变 PID 的结构。 取其中的一部分环 节 构成 控 制规定。 在 TF1350型调速系统中，速度 调节 器和电流 调 节 器均采 用比 例积 分调节。 在模拟系统中， PID算法的表达式为 : 广西大学毕业设计 单片机在糖厂直流调速系统中的应用 15   ]/)()(/1)([)( dttdeTdtteTteKtP Dp  32 式中 IpI TKK / DpD TKK  P(t) — 调节器的输出信号 Kp— 调节器的比例系数 TI — 调节器的积分时间 TD— 调节器的微分时间 PID 中 ， KI, KP , KD系数作用如 下： (1)比例系数 KP越大 ， 则过渡过程 越 快 ， 控制结果的稳态偏差也越小，但KP越大，也容易产生振荡。 故而，比例系数 Kp必须选择适当，才能取得过渡时间少、静差小而又稳定的效果。 (2)从积分系数部分可知，如 KI小 (积分时间大 )，积分作用较弱，积分速度慢。 这时，系统的过渡时间不会产生振荡，但消除偏差所需时间也就较长，使过渡时间加长，不能较快达到稳定状态。 当 KI较 大 ，积分作用强，这时系统过渡时间中也可能产生振荡，且会使动态性能变差，不过消除偏差所需的时间较短。 (3) KD越 大 ，则它抑制偏差 e(t)变化 的作用越强， KD越小，它反映偏并e(t)变化的作用越弱，微分部分显然对系统稳定有很 大 作用。 第三节 直流调速系统装置分析 直流调速系统双闭环调 节 装置包含速度环 (外环 )，电流环及检测装置。 下面 ， 主 要就速度环和电流环进行详细的分析。 一、 速度环分析 速度环是双闭环 直 流调速系统的外环 ， 它 主 要包括测速装置、速 度 调 节器 直 流 电动 机。 速度反馈环节把测速发电机输出电压变换为适合控制系统的电压信号。 测速 装 置 直流调速系统采用与动力电动机同轴旋转的 直 流发电机做为测速电机。 直 流发电机输出电 压 与 电动机转速成线性关系，可用发 电机输出 电压 代表电动机转速。 其通过双同轴 电缆 将其连 接 到调 节 板 上 做为速度反馈信 号。 速度 PI调 节 器 PI调 节 器的原理电路图 ， 如图 32所 示 调 节 器的传递函数 sTsTKUUUsW nfnn 222* /)1()/()(  33 广西大学毕业设计 单片机在糖厂直流调速系统中的应用 16 当我们调 节 R2， C2，的值，可得到不同的积分时间常数，即 T2值 T2 = C2〔微法 〕 * R2（千欧） *103 34 当调整 RI， C2的值可得到调节的传递系数 KI )(/)( 12  kRkRK I 35 在 TF– 1350型糖分离机 中， R2=390k ， C2=10μ F 在电路的输入端还反并联了一对二极管 D D2， 使调节器输入到运算放大器的最 大 差值电压不超过二极管的压降值即 ，从而可起到保护作用。 542312AU A 7 4 1D2D1R1R2R3C1UnGNDU n *U n fR?R E S 2 图 32 速度调节器原理图 二、电流环分析 电流环包括电流检测电路、电流调 节 器、电动机部分，这样也构成了一个闭环反馈系统。 电流反馈环节由霍尔器件及运算放大器组成，用以检测可控硅直流侧的电流信号，以获得与变流器电流成正比的直流电压信号和过流信号。 下 面 主 要分析电流检测电路及电流调 节 器。 电流检测电路 电流检测电路如图 33所 示： 广西大学毕业设计 单片机在糖厂直流调速系统中的应用 17 D1 D3 D5D2 D4 D6D7R1C1 C2R2R3T1T R A N S 3321411U 2 AL M 3 2 4GNDGNDOUTA B CR?R E S 2R?R E S 2 图 33 电流检测电路 电流检测电压是通过一个 400:1的电流互感器从 主 电源上获取。 经过整流桥进行整流经过 C1， D7， C2滤波， R R3分压后，经过运算器放 大， 可送入电流调 节 器 作 为系统的反馈电流检测值。 电流 PI调节器 电流 调节器 传递函数为 ： )/(/)1()( 21 nfnkI UUUSTSTKsW  36 调整 R C2值 能 调 整电流调 节 器的传递函数。 此电流 调节 器采 用 限幅形式，在 +10V ( = 0o)以 上 和 0V( =180o)以 下 限幅，输出不变化。 在 TF– 1350型糖分离机 中： R2=39k C2=1μ F 542312AU A 7 4 1D2D1R1R2R3 C1UnGNDU n *U n fD1 D3 D5D2 D4 D6D7R1C1 C2R2R3T1T R A N S 3321411U 2 AL M 3 2 4GNDGNDOUTA B C321411AU A 74 1OUTGNDR1R2R3 C1UnU i fR1R2R3R4321411U 1 AL M 32 4 D1UiV C CV C CU0 图 34 电流调节器原理图 第四节 晶闸管触发 装置 调 速系统采 用 逻辑无环流 调 速系统 ， 用 2组 12只 400A晶闸管 作 为整流逆变 元 件。 晶闸 管触发装置是根据电流调 节 器输出的 Uk值来决定桥式晶 闸 管输出或逆变的平均电压，根据给定的控制信号的极性和主电路的情况来决定哪广西大学毕业设计 单片机在糖厂直流调速系统中的应用 18 一组 SCR导通、哪一组 SCR封锁，以及 什么 时候进行切换。 直 流调速系 统晶闸管触发装置可分为：电平检测电 路，逻 辑控制器。 电平检测电路又可分为 ： 零电流检测器和转矩极性鉴别器。 逻辑控制器又包括 ：逻辑判断电路、延时电路、连锁保护。 一、触发器原理 根据三相桥式全控整流电路对触发电路的要求，采用同步信号为锯齿波的触发电路，电路原理图如图 35 所示。 设计时采用恒流源充电，输出为双窄脉冲 (也可 为单窄脉冲 )，脉冲宽度在 8176。 左右。 本触发电路分成三个基本环节：同步电压形成、移相控制、脉冲形成和输出。 此外，还有双窄脉冲形成环节。 同 步 信 号A T m e g a 1 6单 片 机A T m e g a 8amp。 000amp。 000amp。 000W DDRCDDCRRV C CJKW DDDDCRV C CJW DDDDCRV C CJ中 断 图 35 触发器原理图 (1) 同步信号与主回路的相位关系 同步问题是指触发脉冲与主回路电源同步。 为了使主电路三项全控桥的各相触发脉冲与晶闸管阳极电路保持严格的相位关系，控制系统有专门的同步脉冲产生电路。 同步脉冲产生电路作用是： 1）检测电源电压过零状态，供单片机分配脉冲和控制用； 2）产生同步中断脉冲，即在电源每相电压 过零时向单片机申请中断，使单片机的触发操作与电源同步，单片机中断后，改变定时器初值，然后再根据控制角的分区和电源状态，定时定相触发脉冲。 同步变压器 BT 和主回路整流变压器接在同一交流电源上，具有相同频率。 主回路整流变压器为 Yo/Y12 联接组，同步变压器为 Y/Y6， Y/Y12 联广西大学毕业设计 单片机在糖厂直流调速系统中的应用 19 接组。 选择 T1 的同步电压为 uTa，其余 T2～ T6的同步电压见表 1。 表 1 晶闸管三相全控桥中晶闸管的同步信号电压 被触发的晶闸管 T1 T2 T3 T4 T5 T6 主回路电压 +Ua Uc +Ub Ua +Uc Ub 同步信号电压 uTa +uTc uTb +uTa uTc +uTb 同步电压经过电压比较器变成 180176。 宽的方波 S1,S2,S3送到单片机，S1,S2,S3分别组成 6个状态，即 001， 101， 100， 110， 011， 010单片机就可以根据读入的状态判断当前应该触发的相应主电路晶闸管的组号。 (3) 移相控制环节 控制信号 ku 经 R偏移信号 up经 R锯齿波同步信号经 R6在 T4基极进行叠加，并对锯齿波同步信号进行垂直控制。 当合成电压 Ub4＞ ， T4由截止转为导通， T4集电极电位由正跳变到近似为 0，并通过脉冲形成环节产生触发脉冲。 所以，在偏移电压 up一定的情况下，改变控制电压 ku 即能改变控制角α 的大小，达到触发移相的目的。 (4) 脉冲形成和放大 当 T4由截止变为导通时，电容 C3放电产生负脉冲，使 T5管截止，从而使 T6导通产生触发脉冲，经脉冲变压器输出。 为满足三相全控桥整流电路提出的双窄脉冲要求，在线路中引入了补入、补出的线路，此时，只要把触发器 X端接至前面触发器 Y端，把触发器 Y端接到后面触发器 X端即可。 这样每个触发单元一个周期内输出两个窄脉冲(相互间隔 60176。 ) ，只供给相对应的晶闸管元件。 以 T1元件的触发电路而言， Y端应该接至 T2元件触发电路的 X端，因为 T2元件比 T1元件滞后 60176。 导通，当 T2元件触发电路输出一个脉冲时，也给 T1补送一个脉冲。 同理， T1元件 X端应该接至 T6元件触发电路的 Y端，因为 T6元件比 T1元件超前 60176。 导通，当 T1元件触发电路输出一个脉冲，同时给 T6补送一个脉冲。 二 、电平检测电路 它的主要任务是将速度调节器和电流检测器来的模拟量转为数字量，然后输入到逻辑装置中进行运算，以决定开 放哪一组 SCR，封锁哪一组 SCR。 系统中采用带正反馈的运算放大器做为电平检测电路，如图 36所示 ： 广西大学毕业设计 单片机在糖厂直流调速系统中的应用 20 R1R2R3R432。