微机控制的V-M不可逆直流调速系统

微机控制V－M直流调速系统设计——不可逆摘要80年代以来，关于数字直流调速系统的研究已经取得了很大的进展。目前，单片机被广泛用于数字调速系统中，用于建立数字触发器、实现采样控制算法、定时触发脉冲形成等等。本文讨论了微机控制直流调速系统的设计与实现。该数字调速系统主要有两部分组成：主回路和单片机部分。主回路部分主要用晶闸管和电机等部分组成；单片机部分主要为单片机实现数字触发器及数据采样、滤波及控制算法的实现。本文第一章介绍了主回路部分；第二章讨论了系统硬件设计和计算；第三章给出了系统软件设计及流程图；第五章讨论了系统的电磁兼容;最后一章对该调速系统的优缺点进行了总结。；关键字：微机控制，直流调速，数字触发器ABSTRACTSince1980theresearchondigitalcurrenttuning-speedsystemhasdevelopedgreatly.CurrentlySingle-chipcomputersareadoptedwildlyinthetuning-speedsystemforbuildingthedigital-triggers,realizesamplingcontrolalgorithmandformingtrigger-timingpulseect…Thethesisdiscussthedesignandimplementationofdirectcurrenttuning-speedsystemcontrolledbycomputer.Therearetwopartsinthisdigitaltuning-speedsystemmainly:themaincircuitandsingle-chipcomputerunit.TherearemanypartsathemaincircuitmainlyThyristoroftwooppositeparallelconnectionelectricmachine(Motor)andcontrolalgorthmrealizingarecompletedinthesingle-chipcomputerunit.Thegeneraldevelopmentondirectcurrenttuning-speedsystemisintroducedinthefirstchapterbriefly;themaincircuitunitaregiveninchapter2;fromchapter3tochapter5,thehardwaredesignandcalculationofthesystemarediscussedindetail.Thesoftwaredesignandflowchartsaregiveninchapter6;andthelastchaptersummarizesstrongandweakpointsofthetuning-speedsystem.Keywords:computercontrol,directcurrenttuningsystem,digitaltrigger.微机控制V－M直流调速系统设计——不可逆.............................1....................................................................2第一章主回路.......................................................41.1V-M系统主回路..............................................41.2转速控制...................................................71.3主回路的保护................................................8第二章硬件部分....................................................102.1单片机控制技术概述..........................................102.1.1单片机的发展状况概述..................................102.1.2单片机控制技术概述....................................112.2其他硬件...................................................122.2.18031引脚介绍.........................................122.2.1A/D转换.............................................152.2.374LS373的特性功能和引脚介绍..........................172.2.4功率放大电路..........................................172.2.5数字触发器............................................182.2.6数字PI调节器.........................................19第三章软件部分....................................................193.1采样周期的选择.............................................203.2程序.......................................................203.2.1系统框图.................................................203.2.2同步中断程序框图......................................21第四章微机控制直流调速系统电磁兼容设计几个要点....................234.1注意器件和电路的选择和分类布置...........................234.2妥善布置地线............................................234.3正确安装屏蔽..............................................234.4利用滤波技术.............................................23结论..............................................................24致谢..............................................................25参考文献...........................................................27第一章主回路1.1V-M系统主回路1V-M系统图1-1是V-M系统的简单原理图，图中VT是晶闸管可控整流器。通过调节触发装置GT的控制电压cU来移动触发脉冲的相位，即可改变整流电压dU，从而实现平滑调速图1-1V-M系统晶闸管可控整流器的功率放大倍数在104以上，在控制的快速性上，变流机组是秒级，而晶闸管整流器是毫秒级，这将会大大提高系统的动态性能。由于晶闸管的单向导电性，给系统的可逆运行造成困难。必须进行四象限运行时，只好采用正、反两组全控整流电路，所用变流设备也要增多一倍。晶闸管对过电压、过电流和过高的dtdV与dtdi都十分敏感，其中任一指标超过允许值都可能在很短的时间内损坏器件，因此必须有可靠的保护电路和符合要求的散热条件，而且在选择器件时还应留有适当的余量。最后，谐波与无功功率造成的“电力公害”是晶闸管可控整流装置进一步普及的障碍。图1-2V-M系统主电路的等效电路图对于一般的全控整流电路，当电流波形连续时，理想空载整流电压平均值)(0fUd，cossin0mUmUmd式中—从自然换相点算起的触发脉冲控制角；mU—=0时的整流电压波形峰值；m—交流电源一周内的整流电压脉波数；对于不同的整流电路，它们的数值也不同。当20时，00dU，晶闸管装置处于整流状态，电功率从交流侧输送到直流侧；当max2时，00dU，装置处于有源逆变状态，电功率反向传送。2.电流脉动及其波形的连续与断续整流电路输出电压波形不可能象直流发电机那样平直。除非主电路电感L，否则输出电流总是脉动的。由于电流波形的脉动，可能出现电流连续和断续两种情况。当V-M系统主电路有足够大的电感量，而且电动机的负载也足够大时，整流电流便具有连续的脉动波形，当电感量较小或负载较轻时，电感中的储能较少；等到电流下降而下一相尚未被触发以前，电流已经衰减到零，于是，便造成电流波形断续的情况。3.抑制电流脉动的措施脉动电流会增加电机的发热，产生脉动转矩，为了避免或减轻这种影响，须采用抑制电流脉动的措施，主要是：（1）增加整流电路相数，或采用多重化技术；（2）设置平波电抗器。（平波电抗器的电感量一般厂低速轻载时保证电流连续的条件来选择）4.晶闸管-电动机系统的机械特性当电流连续时，V-M系统的机械特性方程式为)cossin(1)(10RImUmCRIUCndmedde式中，NeeKC——电机在额定磁通下的电动势系数。图1-3电流连续时V-M系统的机械特性，改变控制角，得一族平行直线，只要电流连续，晶闸管可控整流器就可以看成是一个线性的可控电压源。图1-3电流连续时V-M系统的机械特性5.晶闸管触发和整流装置的放大系数和传递函数用实验方法测出该环节的输入-输出特性)(cdUfU曲线，图1-4是采用锯齿波触发器移相时的特性。图1-4移相特性晶闸管触发和整流装置的放大系数sK可由工作范围内的特性斜率决定，计算方法是：cdsUUK如果不可能实测特性，只好根据装置的参数估算。在动态过程中，可把晶闸管触发与整流装置看成是一个纯滞后环节，其滞后效应是由晶闸管的失控时间引起的。晶闸管触发与整流装置的失控时间，失控时间sT是随机的，最大可能的失控时间就是两个相邻自然换相点之间的时间，与交流电源频率和整流电路形式有关，由下式确定：mfTs1max式中f—交流电源频率；m—一周内整流电压的脉波数。1.2转速控制转速控制由转速环和电流环共同控制，电流环是以供给电机的电流作为调整量，通过控制电机的给电量，控制电机的转速。转速环是将电机转速与所要求转速相比，通过负反馈完成控制。1转速控制的要求（1）分档地（有级）或平滑地（无级）调节转速；（2）稳速运行；（3）要求加、减速尽量快2开环系统及其存在的问题以及闭环系统的优点1）开环调速系统调节控制电压cU就可以改变电动机的转速，实现一定范围内的无级调速，但开环调速系统静差率不高，往往不能满足生产机械的要求。2）闭环调速系统的优点（1）闭环系统静特性可以比开环系统机械特性硬得多（2）闭环系统的静差率要比开环系统小得多（3）如果所要求的静差率一定，则闭环系统可以大大提高调速范围（4）要取得上述三项优势，闭环系统必须设置放大器，且K足够大。可得下述结论：闭环调速系统可以获得比开环调速系统硬得多的稳态特性，本设计采用闭环系统。转速环和电流环的双闭环系统可以实现更复杂的功能，但如果是不可逆系统，使用单闭环系统也可以。1.3主回路的保护主回路的反并联晶闸管的保护主要包括交流侧过电压保护、直流侧过电压保护、过电流保护、晶闸管关断过电压保护。1）交流侧过电压保护本系统采用压敏电阻作为交流侧过电压保护。压敏电阻选择主要根据额定电压和通流电流。如图1-52）直流