綜合課程設(shè)計(jì)--- 十機(jī)架連軋機(jī)分部傳動直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告書</b></p><p>　　課程名稱： 綜合課程設(shè)計(jì) </p><p>　　系 （院）： 電子工程學(xué)院 </p><p>　　學(xué) 期： 2011~2012 第一學(xué)期 <

2、/p><p>　　專業(yè)班級： 電氣082班 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p><b>　　緒論</b

3、></p><p>　　綜合課程設(shè)計(jì)是根據(jù)“電氣工程及其自動化專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃”而制定的，是電氣工程及其自動化教學(xué)計(jì)劃中的時(shí)間教訓(xùn)環(huán)節(jié)，也是《可編程控制器及其應(yīng)用》、《電力電子技術(shù)》、《電氣控制裝備與設(shè)備》、《工廠供電》、《交直流調(diào)速系統(tǒng)》、《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》等專業(yè)理論學(xué)完之后的一次綜合實(shí)踐教學(xué)。培養(yǎng)獨(dú)立分析問題，解決問題的能力；嚴(yán)肅、認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度。</p><p>　　綜合課程設(shè)計(jì)是

4、電氣工程及其自動化專業(yè)的學(xué)生在學(xué)完所有專業(yè)課以后的進(jìn)行綜合訓(xùn)練的環(huán)節(jié)，通過這次課程設(shè)計(jì)，使我們了解一般電氣控制系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程、步驟、要求、工作內(nèi)容及設(shè)計(jì)方法。訓(xùn)練我們綜合運(yùn)用專業(yè)課的能力，提高電氣工程設(shè)計(jì)的能力。</p><p>　　在冶金工業(yè)中，軋制過程是金屬壓力加工的一個(gè)主要工藝過程，連軋是一種可以提高勞動生產(chǎn)率和軋制質(zhì)量的方法，連軋機(jī)則是冶金行業(yè)的大型設(shè)備。其主要特點(diǎn)是被軋金屬

5、同時(shí)處于若干機(jī)架之中，并沿著同一方向進(jìn)行軋制，最終形成一定的斷面形狀。每個(gè)機(jī)架的上下軋錕共用一臺電機(jī)實(shí)行集中拖動，不同機(jī)架采用不同電機(jī)實(shí)行部分傳動，各機(jī)架軋錕之間的速度實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制。</p><p>　　溫度是工業(yè)對象中一個(gè)主要的被控參數(shù)，它是一種常見的過程變量，因?yàn)樗苯佑绊懭紵⒒瘜W(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形，結(jié)晶以及空氣流動等物理和化學(xué)過程。溫度控制不好就可能引起生產(chǎn)安全，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量等

6、一系列問題。溫度控制是許多設(shè)備的重要的構(gòu)成部分，它的功能是將溫度控制在所需要的溫度范圍內(nèi)，以利于進(jìn)行工件的加工與處理。</p><p>　　一直以來，人們采用了各種方法來進(jìn)行溫度控制，都沒有取得很好的控制效果。如今，隨著以微機(jī)為核心的溫度控制技術(shù)不斷發(fā)展，用微機(jī)取代常規(guī)控制已成必然，因?yàn)樗_保了生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行，提高了產(chǎn)品的數(shù)量與質(zhì)量，減輕了工人的勞動強(qiáng)度以及節(jié)約了能源，并且能夠使加熱對象的溫度按照某種指定規(guī)律

7、變化。</p><p>　　實(shí)踐證明，用于工業(yè)生產(chǎn)中的爐溫控制的微機(jī)控制系統(tǒng)具有高精度、功能強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好的特點(diǎn)，無論在提高產(chǎn)品質(zhì)量還是產(chǎn)品數(shù)量，節(jié)約能源，還是改善勞動條件等方面都顯示出無比的優(yōu)越性。</p><p>　　單片機(jī)具有集成度高，運(yùn)算快速快，體積小、運(yùn)行可靠，價(jià)值低廉，因此在過程控制、數(shù)據(jù)采集、機(jī)電一體化、智能化儀表、家用電器以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面得到廣泛應(yīng)用，本文主要介紹單片機(jī)在爐

8、溫控制中的應(yīng)用。</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)是本課程教學(xué)中極為重要的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，它不但起著提高本課程教學(xué)質(zhì)量、水平和檢驗(yàn)學(xué)生對課程內(nèi)容掌握程度的作用，而且還將起到從理論過渡到實(shí)踐的橋梁作用。</p><p>　　(1)通過課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生進(jìn)一步鞏固、深化和擴(kuò)充在直流調(diào)速及相關(guān)課程方面的基本知識

9、、基本理論和基本技能，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、分析和解決實(shí)際問題的能力。</p><p>　?。?）通過課程設(shè)計(jì)，讓學(xué)生獨(dú)立完成一項(xiàng)直流調(diào)速系統(tǒng)課題的基本設(shè)計(jì)工作，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識和實(shí)際查閱相關(guān)設(shè)計(jì)資料能力的目的。</p><p>　?。?）通過課程設(shè)計(jì)，使學(xué)生熟悉設(shè)計(jì)過程，了解設(shè)計(jì)步驟，掌握設(shè)計(jì)內(nèi)容，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生工程繪圖和編寫設(shè)計(jì)說明書能力的目的，為學(xué)生今后從事相關(guān)方面的實(shí)際工

10、作打下良好基礎(chǔ)。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)分為兩大部分，分別是調(diào)速技術(shù)部分和計(jì)算機(jī)控制部分。</p><p><b>　　2 調(diào)速技術(shù)部分</b></p><p>　　2.1 題目名稱 </p><p>　　十機(jī)架連軋機(jī)分部傳動直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　

11、2.2 技術(shù)數(shù)據(jù)</b></p><p>　　在冶金工業(yè)中，軋制過程是金屬壓力加工的一個(gè)主要工藝過程，連軋是一種可以提高勞動生產(chǎn)率和軋制質(zhì)量的方法，連軋機(jī)則是冶金行業(yè)的大型設(shè)備。其主要特點(diǎn)是被軋金屬同時(shí)處于若干機(jī)架之中，并沿著同一方向進(jìn)行軋制，最終形成一定的斷面形狀。每個(gè)機(jī)架的上下軋輥共用一臺電機(jī)實(shí)行集中拖動，不同機(jī)架采用不同電機(jī)實(shí)行部分傳動，各機(jī)架軋輥之間的速度實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制。</p>

12、<p>　　(1)電樞回路總電阻?。徽酆系诫姍C(jī)軸上的總飛輪力矩,P極對數(shù)為1。</p><p>　?。?）其它末盡參數(shù)可參閱教材中“雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的工程設(shè)計(jì)舉例”的有關(guān)數(shù)據(jù)。</p><p>　?。?）要求：調(diào)速范圍，靜差率；穩(wěn)態(tài)無靜差，電流超調(diào)量，電流脈動系數(shù)；啟動到額定轉(zhuǎn)速時(shí)的轉(zhuǎn)速退飽和超調(diào)量。</p><p>　?。?）要求系統(tǒng)具有過流、過壓、

13、過載和缺相保護(hù)。</p><p>　　（5）要求觸發(fā)脈沖有故障封鎖能力。</p><p>　?。?）要求對拖動系統(tǒng)設(shè)置給定積分器。</p><p><b>　　2.3 設(shè)計(jì)的內(nèi)容</b></p><p>　　2.3.1 調(diào)速的方案選擇</p><p>　?。?）直流電動機(jī)的選擇。</p&g

14、t;<p>　　本次課程設(shè)計(jì)采用Z2-52型直流電動機(jī)。</p><p>　?。?）電動機(jī)供電方案的選擇</p><p>　　圖2.1 三相橋式全控整流電路</p><p>　　直流調(diào)速系統(tǒng)主電路由三相-Y變壓器接電網(wǎng)電壓，變壓器一次側(cè)接成三角形能給三次諧波電流提供通路，減少高次諧波的影響。金屬連軋過程對電機(jī)的要求較高，三相橋式全控整流電路直流側(cè)脈動較

15、小，波形畸變較小，用于電壓控制要求高的場合，故選用該整流電路。三相橋式全控整流器電路（如圖1）采用共陰極接法的三相半波（VT1、VT3、VT5）和共陽極接法的三相半波（VT4、VT6、VT2）的串聯(lián)組合，由于共陰極組在正半周導(dǎo)電，流經(jīng)變壓器的是正向電流；共陽極組在負(fù)半周導(dǎo)電，流經(jīng)變壓器的是反向電流，變壓器繞組中沒有直流磁通，提高了變壓器的利用率，且元件利用率較好。 </p>

16、<p>　?。?）系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)選擇</p><p>　　采用雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，可以近似在電機(jī)最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機(jī)的允許過載能力，使電力拖動系統(tǒng)盡可能用最大的加速度起動，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，又可以讓電流迅速降低下來，使轉(zhuǎn)矩馬上與負(fù)載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，此時(shí)起動電流近似呈方形波，而轉(zhuǎn)速近似是線性增長的，這是在最大電流（轉(zhuǎn)矩）受到限制的條件下調(diào)速系統(tǒng)所能得到的最快的起動過程。采用轉(zhuǎn)速電

17、流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)，在系統(tǒng)中設(shè)置了兩個(gè)調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實(shí)行串級聯(lián)接，這樣就可以實(shí)現(xiàn)在起動過程中只有電流負(fù)反饋，而它和轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不同時(shí)加到一個(gè)調(diào)節(jié)器的輸入端，到達(dá)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只靠轉(zhuǎn)速負(fù)反饋，不靠電流負(fù)反饋發(fā)揮主要的作用，這樣就能夠獲得良好的靜、動態(tài)性能。轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示。</p><p>　　圖2.2 轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)</p><p>

18、　　2.3.2 主電路的計(jì)算</p><p>　?。?）整流變壓器的計(jì)算</p><p>　?、僬髯儔浩麟妷河?jì)算</p><p>　　整流變壓器的一次側(cè)與電網(wǎng)相連，該設(shè)計(jì)一次側(cè)繞組為接法，則一次側(cè)相電壓等于電網(wǎng)線電壓380V。</p><p>　　整流變壓器二次側(cè)電壓是一個(gè)重要的參數(shù)，選擇過低就會無法保證輸出額定電壓。選擇過大又會造成觸發(fā)延

19、遲角加大，功率因數(shù)變壞，整流元件的耐壓升高，增加了裝置的成本。與整流電路形式、電動機(jī)額定電壓、晶閘管裝置壓降、最小控制角及電網(wǎng)電壓波動系數(shù)有關(guān)，可按下式近似計(jì)算</p><p>　　，取。 </p><p>　　三相全控橋式整流電路的計(jì)算系數(shù)，。其他參數(shù)，；取，則；。</p><p>　　②整流變壓器電流計(jì)算</

20、p><p>　　整流變壓器一次側(cè)電流和二次側(cè)電流與整流電路的形式、負(fù)載性質(zhì)和電動機(jī)額定電流有關(guān)，根據(jù)三相橋式全控整流得二次側(cè)電流</p><p><b>　??；</b></p><p>　　根據(jù)，得 </p><p>　　考慮變壓器自身的勵(lì)磁電流，乘以系數(shù)得到。</p><p><b&

21、gt;　　③變壓器容量的計(jì)算</b></p><p>　　變壓器一次、二次繞組相數(shù)</p><p><b>　　一次容量：</b></p><p><b>　　二次容量：</b></p><p><b>　　平均電容： </b></p><p&g

22、t;<b>　　晶閘管的選擇</b></p><p>　　正確選擇晶閘管，能夠使晶閘管裝置在保證可靠運(yùn)行的前提下降低成本。選擇整流元件主要是合理選擇它的額定電壓和額定電流，它們與整流電路形式、負(fù)載性質(zhì)、整流電壓及整流電流平均值、控制角的大小等因素有關(guān)。</p><p>　?、倏紤]實(shí)際情況，系統(tǒng)應(yīng)保留足夠大裕量。 晶閘管實(shí)際承受的最大峰值電壓，乘以（2～3）倍的安全裕量

23、，參照標(biāo)準(zhǔn)電壓等級，即可確定晶閘管的額定電壓，即。</p><p>　　整流電路形式為三相全控橋，查表得，則</p><p><b>　　。</b></p><p>　　(2)額定電流的選擇，晶閘管是一種過載能力較小的元件，選擇額定電流時(shí)，應(yīng)留有足夠的裕量，通常考慮選擇1.5～2倍的安全裕量。</p><p>　　(3)

24、晶閘管保護(hù)環(huán)節(jié)的計(jì)算</p><p>　　晶閘管有換相方便，無噪音的優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)晶閘管電路除了正確的選擇晶閘管的額定電壓、額定電流等參數(shù)外，還必須采取必要的過電壓、過電流保護(hù)措施。正確的保護(hù)是晶閘管裝置能否可靠地正常運(yùn)行的關(guān)鍵。 </p><p>　?、俳涣鱾?cè)過電壓保護(hù)措施</p><p>　

25、　圖2.3 交流側(cè)阻容吸收保護(hù)</p><p>　　阻容吸收保護(hù)：為了避免接通、斷開交流側(cè)電源時(shí)出現(xiàn)暫態(tài)過程而引起的過電壓。圖2.3的RC裝置為為Y姓接法。</p><p>　　電容值 ， ； </p><p>　　式中S—變壓器容量（KVA）； </p><p>　　U2—變壓器二次相電壓有效值（V）；&l

26、t;/p><p>　　—變壓器勵(lì)磁電流百分?jǐn)?shù)，對于10～100KVA的變壓器，一般為10%～4%；</p><p>　　—變壓器的短路比，對于10～100KVA的變壓器，一般為5%～10%。</p><p><b>　　壓敏電阻保護(hù)</b></p><p>　　壓敏電阻的標(biāo)稱電壓 </p><p>　

27、　式中 U—壓敏電阻兩端正常工作電壓有效值（V）。</p><p>　?、谥绷鱾?cè)過電壓保護(hù)：直流側(cè)過電壓保護(hù)可以用阻容或壓敏電阻保護(hù)，但采用阻容保護(hù)容易影響系統(tǒng)的快速性，并造成加大，一般只用壓敏電阻作過壓保護(hù)。</p><p>　　壓敏電阻的標(biāo)稱電壓，取230V。 </p><p>　　晶閘管及整流二極管兩端的過電壓保護(hù) 為了抑制晶閘管

28、的關(guān)斷過電壓，通常采用在晶閘管兩端并聯(lián)阻容保護(hù)電路的方法，阻容保護(hù)元件參數(shù)可以根據(jù)查經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表得到。</p><p>　　表1.1 阻容保護(hù)的原件參數(shù)</p><p>　?、圻^電流保護(hù) 快速熔斷器是最簡單有效的過電流保護(hù)器件，與普通熔斷器相比，具有快速熔斷的特性，在發(fā)生短路后，熔斷時(shí)間小于20毫秒，能保證在晶閘管損壞之前自身熔斷，避免過電流損壞晶閘管，圖1.3接法對過電流保護(hù)最有效。&l

29、t;/p><p>　　圖2.4 快速熔斷器的安裝方法</p><p>　?、茈妷汉碗娏魃仙实南拗?不同規(guī)格的晶閘管對最大的電壓上升率及電流上升率有相應(yīng)的規(guī)定，當(dāng)超過其規(guī)定的值時(shí)，會使晶閘管誤導(dǎo)通。限制電壓及電流變化率的方法有</p><p>　　A．交流進(jìn)線電抗器限制措施，交流進(jìn)線電抗器LB的計(jì)算公式為</p><p><b>　

30、　LB==8.96H</b></p><p>　　式中 交流器輸出額定電流IdN，電源頻率f變壓器二次相電壓U2</p><p>　　B．在橋臂上串聯(lián)空心電感，電感值取20～30μH為宜。</p><p>　　C．在功率較大或頻率較高的逆變電路中，接入橋臂電感后，會使換流時(shí)間增長，影響正常工作，而經(jīng)常采用將幾只鐵氧磁環(huán)套在橋臂導(dǎo)線上，使橋臂電感在小電

31、流時(shí)磁環(huán)不飽和，電感量大，達(dá)到限制電壓上升率和電流上升率的目的，還可以縮短晶閘管的關(guān)斷時(shí)間。</p><p>　?。?）平波電抗器的計(jì)算</p><p>　　晶閘管整流器的輸出直流電壓是脈動的，為了限制整流電流的脈動、保持電流連續(xù)，常在整流器的直流輸出側(cè)接入帶有氣隙的電抗器，稱作平波電抗器。</p><p><b>　　1)電動機(jī)電樞電感</b>

32、;</p><p>　　式中為計(jì)算系數(shù)，對于一般無補(bǔ)償繞組電動機(jī)取8～12，磁極對數(shù)p=1。</p><p>　　2)整流變壓器的漏感 </p><p>　　式中 為變壓器的短路比，一般取為5%；</p><p>　　為計(jì)算系數(shù)，三相全橋取3.9。</p><p>　　3)平波電抗器的選擇</p>

33、<p><b>　　維持電流連續(xù)時(shí)的為</b></p><p><b>　　式中，。</b></p><p>　　限制電流的脈動需串聯(lián)的電抗器</p><p>　　取兩者中較大的，故選用平波電抗器的電感為67.07mH時(shí)，電流連續(xù)和脈動要求能同時(shí)滿足。</p><p>　　2.3.3 觸

34、發(fā)電路的選擇與校驗(yàn)</p><p>　　KC系列集成觸發(fā)電路，其優(yōu)點(diǎn)是體積小，功耗低，調(diào)試方便，性能穩(wěn)定可靠。其缺點(diǎn)是移相范圍小于180°，為保證觸發(fā)脈沖對稱度，要求交流電網(wǎng)波形畸變率小于5%。適用范圍：廣泛應(yīng)用于各種晶閘管裝置中。 選用集成電路MC787組成的三相觸發(fā)電路，如圖所示。該集成塊由同步過零、鋸齒波形成電路、比較電路、抗干擾鎖定電路、調(diào)制脈沖發(fā)生器、脈沖形成電路、脈沖分配及驅(qū)動電路組

35、成。</p><p>　　圖2.5 MC787組成的三相觸發(fā)電路原理接線圖</p><p>　　圖1.4的三相觸發(fā)電路原理接線圖，可作為觸發(fā)三相全控橋或三相交流調(diào)壓晶閘管電路。其中三相電壓的零線和電源共地，同步電壓經(jīng)RC組成的T形網(wǎng)絡(luò)濾波分壓，并產(chǎn)生30°相移，經(jīng)電容耦合電路取得同步信號，電路輸出端采用等值電阻進(jìn)行1/2分壓，以保證對稱。輸出端由大功率管驅(qū)動，可配接脈沖變壓器觸

36、發(fā)晶閘管。</p><p>　　2.3.4 控制電路的計(jì)算</p><p>　?。?）給定電源和給定環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)電路要求，選用穩(wěn)壓管、晶閘管、集成穩(wěn)壓管等組成，本設(shè)計(jì)采用集成穩(wěn)壓管的可調(diào)輸出電路。</p><p>　　由于放大器輸出電壓和輸出電壓極性相反，而觸發(fā)器的移相控制電壓VC又為正電壓，故給定電壓UG就為負(fù)電壓，

37、而一切反饋均取正值，為此給定電壓與觸發(fā)器共用一個(gè)15V的電源，用一個(gè)2.2KΩ，1W電位器引出給定電壓。</p><p>　?。?）轉(zhuǎn)速檢測環(huán)節(jié)和電流檢測環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與計(jì)算、調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)設(shè)計(jì)</p><p>　?、贉y速發(fā)電機(jī)的選擇 有電機(jī)參數(shù)可知選用的直流測速發(fā)電機(jī)的參數(shù)有:額定電壓ETG=40V，=2000r/min 負(fù)載電阻RTG=2KΩ的電位器。由于主電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1450

38、r/min，因此測速發(fā)電機(jī)發(fā)出最高電壓為29V，給定電源15V,只要適當(dāng)取反饋系數(shù)α，即可滿足系統(tǒng)要求。</p><p>　?、谵D(zhuǎn)速負(fù)反饋環(huán)節(jié) 設(shè)轉(zhuǎn)速反饋濾波時(shí)間常數(shù)：Ton=0.01s,則轉(zhuǎn)速反饋系數(shù)</p><p>　　α=Un*/=15/1450=0.0103448V?min/r</p><p>　　③電流負(fù)反饋環(huán)節(jié) 設(shè)電流反饋濾波時(shí)間常數(shù)：Toi=0.0

39、2s,則電流反饋系數(shù)</p><p>　　(4)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù) </p><p>　　電動機(jī)電動勢常數(shù) ： ==</p><p>　　按要求調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)速降：△nN===7.63r/min</p><p>　　2.3.5雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的動態(tài)設(shè)計(jì)</p><p>　　(1)電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)</p>

40、<p>　　1）確定時(shí)間常數(shù) </p><p>　　在三相橋式全控電路有：</p><p>　　已知，，所以電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)</p><p><b>　　。 </b></p><p>　　2）選擇電流調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)</p><p>　　因?yàn)殡娏鞒{(diào)量，并保證穩(wěn)態(tài)電流無靜差，可

41、按典型Ⅰ型系統(tǒng)設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)器電流環(huán)控制對象是雙慣性型的，故可用PI型電流調(diào)節(jié)器</p><p><b>　　。</b></p><p>　　電流調(diào)機(jī)器的比例系數(shù)</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間系數(shù)</p><p>　　3）電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計(jì)算：</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時(shí)間常數(shù)=

42、=0.03s，又因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求電流超調(diào)量，查得有=0.5，所以==，電樞回路總電阻R=2=2.2Ω，所以ACR的比例系數(shù)</p><p><b>　　=</b></p><p><b>　　4）校驗(yàn)近似條件</b></p><p>　　電流環(huán)截止頻率==135.1。</p><p>　　晶閘管整流裝置

43、傳遞函數(shù)的近似條件：</p><p><b>　　> ，滿足條件。</b></p><p>　　忽略反電動勢變化對電流環(huán)動態(tài)影響條件：</p><p><b>　　，滿足條件。</b></p><p>　　電流環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件：</p><p><b>

44、;　　，滿足條件。</b></p><p>　　5） 計(jì)算調(diào)節(jié)器的電阻和電容</p><p>　　取運(yùn)算放大器的=40kΩ，有</p><p><b>　　,取475，</b></p><p><b>　　，取0.2，</b></p><p><b>　

45、　，取0.2。</b></p><p>　　故=，其結(jié)構(gòu)圖如下所示：</p><p>　　圖2.6 電流調(diào)節(jié)器</p><p>　　(2) 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì) </p><p><b>　　1）確定時(shí)間常數(shù)：</b></p><p>　　有則，已知轉(zhuǎn)速環(huán)濾波時(shí)間常數(shù)=0.01s，故轉(zhuǎn)速

46、環(huán)小時(shí)間常數(shù)。</p><p>　　2）選擇轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)：按設(shè)計(jì)要求，選用PI調(diào)節(jié)器 </p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)</p><p>　　轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器的超前時(shí)間常數(shù)</p><p>　　3）計(jì)算轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器參數(shù)：</p><p>　　按跟隨和抗干擾性能較好原則，取h=5,則ASR的超前時(shí)間常數(shù)為：，&

47、lt;/p><p><b>　　轉(zhuǎn)速環(huán)開環(huán)增益 。</b></p><p>　　ASR的比例系數(shù)為：</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　4）檢驗(yàn)近似條件</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)截止頻率為。</p>

48、<p>　　電流環(huán)傳遞函數(shù)簡化條件為，滿足條件。</p><p>　　轉(zhuǎn)速環(huán)小時(shí)間常數(shù)近似處理?xiàng)l件為：，滿足近似條件。</p><p>　　5）計(jì)算調(diào)節(jié)器電阻和電容：</p><p>　　取=40，則，取3000。</p><p><b>　　，取0.1</b></p><p>&l

49、t;b>　　，取1。</b></p><p><b>　　故。其結(jié)構(gòu)圖如下：</b></p><p>　　圖2.7 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器</p><p>　　校核轉(zhuǎn)速超調(diào)量：當(dāng)h=5時(shí)，查得=81.2%，所以</p><p><b>　　=0.00264</b></p><

50、;p>　　=0.264% < 10%</p><p><b>　　滿足設(shè)計(jì)要求.</b></p><p>　　2.3.7開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真</p><p>　　從原理結(jié)構(gòu)圖可知，該系統(tǒng)由給定環(huán)節(jié)、脈沖觸發(fā)器、晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動機(jī)部分等組成。</p><p>　　下圖是采用面向電氣原理結(jié)構(gòu)

51、圖方法作的開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型。系統(tǒng)的建模包括主電路的建模和控制電路的建模兩部分。</p><p>　?。?） 主電路的建模和參數(shù)的設(shè)置</p><p>　　開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路由三相對稱交流的電壓源、晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動機(jī)部分等組成。由于同步脈沖觸發(fā)器與晶閘管整流橋是不可分割的兩個(gè)環(huán)節(jié)</p><p>　　通常作為一個(gè)組合體來討論，所以將觸

52、發(fā)器歸到主電路進(jìn)行建模。</p><p>　　1）三相對稱交流電壓源的建模和參數(shù)設(shè)置</p><p>　　為了得到三相對稱交流電壓源，其參數(shù)設(shè)置方法及參數(shù)設(shè)置如下。</p><p>　　雙擊A相交流電壓源圖標(biāo)，打開電壓源參數(shù)設(shè)置對話框，A相交流電壓源參數(shù)設(shè)置如下，幅值取220V、初相位設(shè)置為0°、頻率為50Hz、其他為默認(rèn)值；B、C相交流電源參數(shù)設(shè)置方法同

53、A相相同。初相位設(shè)置為互差120°外，其他參數(shù)同A.由此可得到三相對稱交流電源，本模型的相序是A-C-B.</p><p>　　2）晶閘管整流橋的建模和參數(shù)設(shè)置</p><p>　　采用三相整流橋，橋臂取3，；一般情況下，晶閘管的參數(shù)取默認(rèn)值，仿真理想就為默認(rèn)值，不理想再優(yōu)化參數(shù)。</p><p>　　3)平波電抗器的建模和參數(shù)設(shè)置</p>

54、<p>　　平波電抗器的類型直接選擇為電感就可以了，其電感值可通過仿真進(jìn)行優(yōu)化。</p><p>　　4)直流電動機(jī)的建模和參數(shù)設(shè)置</p><p>　　雙擊直流電動機(jī)的圖標(biāo)，打開電動機(jī)的參數(shù)設(shè)置對話框，對其參數(shù)有轉(zhuǎn)速n、電樞電流、激磁電流、電磁轉(zhuǎn)矩均按計(jì)算的實(shí)際值設(shè)置。</p><p>　　5)脈沖觸發(fā)器的建模和參數(shù)設(shè)置</p><p

55、>　　通常，工程上將觸發(fā)器和晶閘管整流橋作為一個(gè)整體來研究，同步脈沖觸發(fā)器包括同步電源和6脈沖觸發(fā)器兩部分。同步脈沖觸發(fā)器如下圖所示。</p><p>　?。?）控制電路的建模與仿真</p><p>　　開環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)只有一個(gè)給定環(huán)節(jié)，雙擊給定環(huán)節(jié)模塊，打開參數(shù)設(shè)置對話框，設(shè)置參數(shù)。</p><p>　　1）開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的仿真、仿真結(jié)果輸出及結(jié)果分析。<

56、;/p><p>　　圖2.8 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型</p><p>　　圖2.9 開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真結(jié)果</p><p>　　2） 單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真</p><p>　　從原理結(jié)構(gòu)圖可知，該系統(tǒng)由給定環(huán)節(jié)、速度調(diào)節(jié)器、同步脈沖觸發(fā)器、晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動機(jī)、速度反饋環(huán)節(jié)部分等組成。</p><p&g

57、t;　　下圖是采用面向電氣原理結(jié)構(gòu)圖方法作的單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型。</p><p>　?、僦麟娐返慕：蛥?shù)的設(shè)置</p><p>　　主電路與開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)相同，只是平波電抗器的電感值設(shè)置不同，具體不再敘述。</p><p>　?、诳刂齐娐返慕Ｅc仿真</p><p>　　單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)由給定環(huán)節(jié)、速度調(diào)節(jié)器、同步脈沖觸發(fā)器、

58、晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動機(jī)、速度反饋環(huán)節(jié)部分等組成。另增加了限幅器、偏置、反向器等模塊。</p><p>　　給定信號模塊的建模和參數(shù)的設(shè)置方法與開環(huán)調(diào)速系統(tǒng)相同。</p><p>　　速度調(diào)節(jié)器、限幅器、偏置、反向器等模塊的建模和參數(shù)的設(shè)置方法很簡單，找到相應(yīng)的模塊，進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)的設(shè)置即可。</p><p>　　單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型如圖2.10

59、所示，仿真結(jié)果輸出及結(jié)果圖如圖2.11所示。</p><p>　　圖2.10 單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)的仿真模型</p><p>　　圖2.11 單閉環(huán)轉(zhuǎn)速負(fù)反饋調(diào)速系統(tǒng)輸出結(jié)果</p><p>　　3）轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真</p><p>　　多環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)與開環(huán)、單閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的主電路模型一樣，主電路由交流電源、同步

60、脈沖觸發(fā)器、晶閘管整流橋、平波電抗器、直流電動機(jī)、速度反饋環(huán)節(jié)部分等組成。差別在控制電路上。</p><p>　　圖2.12 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真模型</p><p>　　圖2.12 轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)仿真結(jié)果</p><p>　　系統(tǒng)的建模包括主電路的建模和控制電路的建模兩部分。</p><p>　?、僦麟娐返慕：蛥?shù)的設(shè)置

61、</p><p>　　轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)無靜差調(diào)速系統(tǒng)主電路的建模和參數(shù)的設(shè)置與單閉環(huán)有靜差調(diào)速系統(tǒng)大部分相同，只是平波電抗器的電感值設(shè)置不同，具體不再敘述。</p><p>　?、诳刂齐娐返慕Ｅc仿真</p><p>　　轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)無靜差調(diào)速系統(tǒng)的控制電路由給定環(huán)節(jié)、速度調(diào)節(jié)器、電流調(diào)節(jié)器、限幅器、偏置電路、反向器、電流反饋環(huán)節(jié)、速度反饋環(huán)節(jié)部分等組成。<

62、;/p><p>　　給定信號模塊的建模和參數(shù)的設(shè)置方法與單閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)相同。</p><p>　　二 計(jì)算機(jī)控制部分（1）</p><p>　　1 題目名稱：對溫控系統(tǒng)進(jìn)行建模及Matlab仿真</p><p>　　溫度是工業(yè)對象中一個(gè)主要的被控參數(shù)，它是一種常見的過程變量，因?yàn)樗苯佑绊懭紵?、化學(xué)反應(yīng)、發(fā)酵、烘烤、煅燒、蒸餾、濃度、擠壓成形，

63、結(jié)晶以及空氣流動等物理和化學(xué)過程。溫度控制不好就可能引起生產(chǎn)安全，產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量等一系列問題。溫度控制是許多設(shè)備的重要的構(gòu)成部分，它的功能是將溫度控制在所需要的溫度范圍內(nèi)，以利于進(jìn)行工件的加工與處理。</p><p>　　本設(shè)計(jì)以80C51單片機(jī)為核心控制器件，以ADC0809作為A/D轉(zhuǎn)換器件，采用閉環(huán)直接數(shù)字控制算法，通過控制可控硅來控制熱電阻，進(jìn)而控制電爐溫度，最終設(shè)計(jì)了一個(gè)滿足要求的電阻爐微型計(jì)算機(jī)溫度控

64、制系統(tǒng)。</p><p>　　2 溫控系統(tǒng)模型的建立</p><p><b>　　2.1 設(shè)計(jì)要求 </b></p><p>　　基于單片機(jī)的電阻爐爐溫的自動控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)達(dá)到工藝要求的性能指標(biāo)。</p><p>　　設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求：電阻加熱爐溫，電加熱爐用電爐絲提供功率，使其在預(yù)定的時(shí)間將爐內(nèi)溫度到給定的溫度值。在本

65、控制對象電阻加熱爐功率為8KW,有220V交流電源供電，采用雙向可控硅進(jìn)行控制。</p><p><b>　　主要包括：</b></p><p>　?、?計(jì)算機(jī)爐溫系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)和組成；</p><p>　?、?最佳控制PID系統(tǒng)參數(shù)測定；</p><p>　?、?溫控系統(tǒng)控制算法設(shè)計(jì)和比較；</p><

66、;p>　?、?繪圖：繪出設(shè)計(jì)調(diào)試的結(jié)果；</p><p>　?、?數(shù)據(jù)處理和分析。</p><p>　　利用MALAB語言的界面設(shè)計(jì)功能及其提供的控制系統(tǒng)工具箱進(jìn)行溫度控制系統(tǒng)的仿真驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)對溫度控制的時(shí)域性能分析、頻域性能分析等等功能。</p><p>　　溫控曲線要求：上升時(shí)間短，無靜差，超調(diào)小，穩(wěn)定。</p><p>　　2.2

67、 系統(tǒng)的基本工作原理</p><p>　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖2-1所示，圖中：</p><p>　　整個(gè)爐溫控制系統(tǒng)由兩大部分組成。一部分由計(jì)算機(jī)和A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路組成。主要完成溫度采集，PID運(yùn)算，產(chǎn)生可控硅的觸發(fā)脈沖。另外一部分由傳感器信號放同步脈沖形成，以及觸發(fā)脈沖放大等組成。</p><p>　　爐溫控制的基本原理是：改變可控硅的導(dǎo)通角即改變電熱爐加熱絲兩

68、端的有效電壓，有效電壓可在0～140V內(nèi)變化?？煽毓璧膶?dǎo)通角為0～5bH。溫度傳感器是通過一只熱敏電阻及其放大電路組成，溫度越高其輸出電壓越小。</p><p>　　外部LED燈的亮滅表示可控硅的導(dǎo)通與關(guān)斷的占空比時(shí)間，如果爐溫低于設(shè)定值則可控硅導(dǎo)通，系統(tǒng)加熱，否則系統(tǒng)停止加熱，爐溫自然冷卻到設(shè)定值。溫度控制電路原理圖如圖2-2所示。</p><p>　　2.2.1 溫度控制系統(tǒng)的組成&l

69、t;/p><p>　　溫度控制系統(tǒng)原理圖如圖2-2-2所示。被測參數(shù)溫度值由測溫元件測量后得到0.5V~1V信號，經(jīng)放大后轉(zhuǎn)換成5~10V的電壓信號，經(jīng)LM331電壓-頻率變換器變換成頻率信號，再經(jīng)8253可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入單片機(jī)。在CPU中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，一方面送去顯示，一方面與鍵盤輸入的設(shè)定值驚醒比較，若低于設(shè)定值，則進(jìn)行PID調(diào)節(jié)后，輸出控制信號，驅(qū)動電加熱絲加熱，達(dá)到溫度控制的目的。<

70、;/p><p>　　圖2-2-2 溫度控制系統(tǒng)原理圖</p><p>　　2.3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　2.3.1 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　單片微型計(jì)算機(jī)簡稱單片機(jī)。它把中央處理器CPU、隨即存取存儲器RAM、只讀存儲器ROM、I/O接口電路、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及串行通訊接口等制作在一塊集成芯片中，構(gòu)成一個(gè)完整的微型計(jì)算機(jī)。

71、MCS-51系列屬高檔單片機(jī)，該系統(tǒng)采用8051單片機(jī)作為該控制系統(tǒng)的核心，實(shí)現(xiàn)對溫度的采集、檢測和控制。單片機(jī)控制A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換得二進(jìn)制溫度數(shù)據(jù)，并對其進(jìn)行數(shù)字濾波、標(biāo)度變換并與輸入的參照溫度相比較，得出誤差，根據(jù)最小拍無紋波控制算法求出控制溫度達(dá)到期望值所需要的控制量控制可控硅的導(dǎo)通角和接通時(shí)間，從而改變電路的輸出功率，達(dá)到調(diào)溫作用。單片機(jī)電路圖如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3 單片機(jī)系統(tǒng)電

72、路圖</p><p>　　2.3.2 單片機(jī)系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　一、溫度檢測和模擬量輸入輸出通道</p><p><b>　　溫度檢測和放大電路</b></p><p>　　假設(shè)本系統(tǒng)的控制精度要求在0～3000C范圍內(nèi)誤差不超過高精度，選用了精度高、性能穩(wěn)定可靠的測溫元件 — 鉑電阻。其測量機(jī)放大電路

73、如圖2-4所示。</p><p>　　在圖2-4中Rt為溫測鉑電阻，跨接在運(yùn)算放大器OP07的反饋回路上，使得鉑電阻的阻值變化轉(zhuǎn)換成運(yùn)算放大器的輸出電壓變化。為一個(gè)精密穩(wěn)壓源。輸出端的電阻為溫度系數(shù)很小的精密電阻。在所測的溫度范圍內(nèi)i，此級運(yùn)算放大器的電壓變化范圍為0.5～1V。此電壓送到下一級運(yùn)放LM358放大后得到5～10V的電壓信號。經(jīng)檢測和放大的模擬信號送A/D轉(zhuǎn)換器。</p><p&

74、gt;<b>　　控制輸出電路</b></p><p>　　我們所要加熱的是一塊體積較小貼有電阻絲的小板, 因此所用的是24V 直流電壓加在電阻絲上。要控制電阻絲上電壓的通斷, 我們選用了直流固態(tài)繼電器( SSR) 。它是一種全部由固態(tài)電子元件組成的新型無觸點(diǎn)開關(guān)器件, 因此又被稱為“無觸點(diǎn)開關(guān)”。</p><p>　　當(dāng)PC0輸出高電平時(shí), 固態(tài)繼電器控制輸出端導(dǎo)通

75、, 也就使得電阻絲導(dǎo)通加熱; 當(dāng)PC0輸出低電平時(shí), 固態(tài)繼電器輸出端截止, 關(guān)閉加熱。如圖2-6所示。</p><p>　　圖2-4 鉑電阻測溫、放大及V/F轉(zhuǎn)換電路圖</p><p>　　圖2-5 頻率信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的電路圖</p><p>　　圖2-6 控制輸出電路圖</p><p>　　固態(tài)繼電器的結(jié)構(gòu)原理圖固態(tài)繼電器(SOLID

76、STATERELAYS)，簡寫成“SSR”，是一種全部由固態(tài)電子元件組成的新型無觸點(diǎn)開關(guān)器件，它利用電子元件(如開關(guān)三極管、雙向可控硅等半導(dǎo)體器件)的開關(guān)特性，可達(dá)到無觸點(diǎn)無火花地接通和斷開電路的目的，因此又被稱為“無觸點(diǎn)開關(guān)”，它問世于70年代，由于它的無觸點(diǎn)工作特性，使其在許多領(lǐng)域的電控及計(jì)算機(jī)控制方面得到日益廣范的應(yīng)用。</p><p>　　圖2-7 固態(tài)繼電器的結(jié)構(gòu)原理圖</p><p

77、><b>　　模擬量輸入通道</b></p><p>　　我們利用中斷方式設(shè)計(jì)模擬量輸入通道如圖2-8所示的是輸入通道的擴(kuò)展圖，利用8051單片機(jī)和ADC0809以及74LS373芯片組成的中斷控制方式的電路圖，在圖2-6中，由于ADC0809正在轉(zhuǎn)換是EOC＝0，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)EOC=1，而如果設(shè)單片機(jī)的外部中斷0為下降沿觸發(fā)的話，則EOC需要經(jīng)過反相器后才能連接至。圖2-6中采用和啟動

78、A/D轉(zhuǎn)換器，在單片機(jī)的振蕩頻率不太高的情況下，若ALE引腳的輸出頻率范圍滿足ADC0809的要求的話，可以直接作為ADC0809的時(shí)鐘輸入。</p><p>　　圖2-8 模擬量輸入通道擴(kuò)展電路圖</p><p><b>　　4、模擬量輸出通道</b></p><p>　　模擬量輸出通道主要由D/A轉(zhuǎn)換器和輸出保持器組成。圖2-9是單片機(jī)與D

79、AC0832組成的輸出通道的擴(kuò)展，圖中單片機(jī)與DAC0832采用的是單緩沖方式的接口電路，DAC0832不能同步輸出，圖中DAC0832的和都與地址線相連，當(dāng)?shù)刂肪€選通DAC0832后，只要輸出控制信號，DAC0832就能一步完成數(shù)字量的輸入所存和D/A轉(zhuǎn)換成輸出。</p><p>　　圖2-9 模擬量輸出通道擴(kuò)展電路圖</p><p><b>　　二、 報(bào)警系統(tǒng)</b&g

80、t;</p><p>　　圖2-10 報(bào)警電路原理圖</p><p>　　在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了安全生產(chǎn)，對于一些重要的參數(shù)或系統(tǒng)部件，都設(shè)有上、下限檢查及報(bào)警系統(tǒng)，以便提醒操作人員注意或采取相應(yīng)措施。其方法就是把計(jì)算機(jī)采集的數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換之后，與該參數(shù)上、下限給定值進(jìn)行比較，如果高于上限，則報(bào)警，否則就作為采樣正常值，以便進(jìn)行顯示和控制。</p&g

81、t;<p>　　在這里我們?yōu)榱耸瓜到y(tǒng)簡化，不采用軟件報(bào)警的方法而是采用相比較下簡單的硬件直接報(bào)警方法。這種報(bào)警方法的前提條件是被測參數(shù)與給定值的比較是在傳感器中進(jìn)行的。當(dāng)檢測值超過上限或低于下限時(shí)，節(jié)點(diǎn)開關(guān)閉合，從而產(chǎn)生報(bào)警信號。這類報(bào)警系統(tǒng)如圖2-10，在圖中，SL1與SL2分別為被測參數(shù)的上限，下限報(bào)警節(jié)點(diǎn)。當(dāng)被測參數(shù)處于正常范圍時(shí)，P1.0和P1.1均為高電平；當(dāng)參數(shù)值超過上限或低于下限時(shí)，其中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)就會閉合，這

82、樣INT0就會由高電平變成低電平，像CPU發(fā)出中斷請求。CPU響應(yīng)中斷后，讀入報(bào)警狀態(tài)P1.0和P1.1，然后從P1.2和P1.3輸出，完成越限報(bào)警。</p><p><b>　　鍵盤電路</b></p><p>　　我們采用獨(dú)立式按鍵。所謂獨(dú)立式按鍵就是每個(gè)按鍵各接一根輸入線，各個(gè)按鍵的工作狀態(tài)互不影響。</p><p>　　圖2-11 鍵盤

83、電路原理圖</p><p>　　如圖2-11所示為利用8255A可編程并行口擴(kuò)展的獨(dú)立式按鍵電路。當(dāng)某一按鍵未被按下時(shí)，對應(yīng)位為1；當(dāng)按鍵按下時(shí)，對應(yīng)位應(yīng)為0。因此，用位檢測可以識別按鍵的工作狀態(tài)。由圖可知，8255A的口地址為：PA的口地址為7FFCH、PB口地址為7FFDH、PC口地址為7FFEH、控制口地址為7FFFH。</p><p><b>　　四、 數(shù)碼顯示</

84、b></p><p>　　所謂動態(tài)顯示，就是單片機(jī)定時(shí)地對顯示器件掃描。在這種方法中，顯示器件分時(shí)工作，每次只能有一個(gè)器件顯示，而其他各位熄滅，但由于人眼有視覺暫留現(xiàn)象，只要每位顯示間隔足夠短，則可造成多位同時(shí)亮的假想，達(dá)到顯示的目的。動態(tài)顯示方式的優(yōu)點(diǎn)是使用硬件少，因而價(jià)格低。但它占用機(jī)時(shí)長，只要單片機(jī)不執(zhí)行顯示程序，就立刻停止顯示。</p><p>　　圖2-12為利用8255A

85、擴(kuò)展的4位LED動態(tài)顯示器接口電路。圖中將所有位段選線相應(yīng)地并聯(lián)在一起，PB口作為數(shù)據(jù)口，經(jīng)同相驅(qū)動器后接顯示器的各個(gè)極，形成段選線的多路復(fù)用，而PA3~PA0作為掃描口線，經(jīng)反相驅(qū)動器75452接顯示器公共陰極。在每一時(shí)刻使PA3~PA0中有一位為高電平，即4位顯示器中僅有一位公共陰極為低電平，其他位為高電平，同時(shí)段選線上輸出相應(yīng)位要顯示字符的字符碼。</p><p>　　圖2-12 4位LED動態(tài)顯示器接口

86、電路</p><p>　　2.4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) </p><p>　　整個(gè)溫度控制系統(tǒng)是在應(yīng)用程序的控制下工作的?？刂葡到y(tǒng)的工作由實(shí)時(shí)測量、實(shí)時(shí)決策和實(shí)時(shí)控制三部分組成。應(yīng)用程序包括數(shù)據(jù)采集、控制運(yùn)算、鍵盤與顯示以及輸出控制等程序。這些程序有的在主程序中執(zhí)行，有的在中斷服務(wù)程序中執(zhí)行。</p><p>　　溫度軟件控制流程圖如圖2-13所示。圖中為誤差，為上一次

87、的誤差，為誤差的累計(jì)和，是控制量，可控硅控制角=0～5bH，=0導(dǎo)通角最大，=5bH導(dǎo)通角為零。</p><p>　　圖2-13 溫度軟件控制流程圖</p><p><b>　　主程序如下：</b></p><p>　　TEMP1 EQU 50H ；當(dāng)前檢測溫度（高位）</p><p&

88、gt;　　TEMP2 EQU TEMQ1+1 ；當(dāng)前檢測溫度（低位）</p><p>　　ST1 EQU 52H ；預(yù)置溫度（高位）</p><p>　　ST2 EQU 53H ；預(yù)置溫度（低位）</p><p>　　T100 EQU 54H

89、 ；溫度BCD碼顯示緩沖區(qū)（百位）</p><p>　　T10 EQU T100+1 ；溫度BCD碼顯示緩沖區(qū)（十位）</p><p>　　T EQU T100+2 ；溫度BCD碼顯示緩沖區(qū)（個(gè)位）</p><p>　　BT1 EQU 57H

90、 ；溫度二進(jìn)制碼顯示緩沖區(qū)（高位）</p><p>　　BT2 EQU BT1+1 ；溫度二進(jìn)制碼顯示緩沖區(qū)（低位）</p><p>　　ADIN0 EQU 7FF8H ；ADC 0809通道IN0的端口地址</p><p>　　F0 BIT PS

91、W.5 ；報(bào)警允許標(biāo)志</p><p>　　TEMP1 DB 00H， 00H， 00H， 00H， 00H， 00H， 00H， 00H， 00H ；50H～58H單元初始化(清零)</p><p><b>　　ORG 0000H</b></p>

92、<p>　　AJMP MAIN ；轉(zhuǎn)主程序</p><p><b>　　ORG 00BH</b></p><p>　　AJMP PT0 ；轉(zhuǎn)T0中斷服務(wù)子程序</p><p><b>　　ORG 0030H</b></p><p

93、>　　MAIN： MOV SP，#59H ；設(shè)堆棧標(biāo)志</p><p>　　CLR F0 ；報(bào)警標(biāo)志清零</p><p>　　MOV TMOD，#01H ；定時(shí)器0初始化（方式1）</p><p>　　MOV TL0，#0B0H ；定時(shí)器100ms定時(shí)

94、常數(shù)</p><p>　　MOV TH0，#3CH </p><p>　　MOV R7，#150 ；置15s軟計(jì)數(shù)器初值</p><p>　　SETB ET0 ；允許定時(shí)器0中斷</p><p>　　SETB EA ；開中斷&l

95、t;/p><p>　　SETB TRO ；啟動定時(shí)器0</p><p>　　MAIN1：ACALL KIN ；調(diào)鍵盤管理子程序</p><p>　　ACALL DISP ；調(diào)用顯示子程序</p><p>　　SJMP MAIN1</p>

96、<p>　　定時(shí)器0中斷服務(wù)子程序PT0：</p><p>　　PT0： MOV TL0，#0BOH </p><p>　　MOV TH0，#3CH ；重置定時(shí)器0初值</p><p>　　DJNZ R7，BACK ；15s到否，不到返回</p><p>　　MOV R7，#150

97、 ；重置軟計(jì)數(shù)器初值</p><p>　　ACALL TIN ；溫度檢測</p><p>　　MOV BT1，TEMP1 ；當(dāng)前溫度送到顯示緩沖區(qū)</p><p>　　MOV BT0，TEMP0</p><p>　　ACALL DISP ；顯示

98、當(dāng)前溫度</p><p>　　ACALL CONT ；溫度控制</p><p>　　ACALL ALARM ；溫度越限報(bào)警</p><p><b>　　BACK：RETI</b></p><p>　　2.5 數(shù)字控制器的數(shù)學(xué)模型</p><p&g

99、t;　　1、 PID算法程序</p><p>　　PID算法采用增量式計(jì)算，位置式輸出。</p><p>　　式中 R — 溫度給定值；</p><p><b>　　— 第k次采樣值；</b></p><p><b>　　— 第k次誤差值；</b></p><p><

100、b>　　T — 采樣周期；</b></p><p><b>　　— 比例系數(shù)；</b></p><p><b>　　— 積分時(shí)間；</b></p><p><b>　　— 微分時(shí)間。</b></p><p>　　2、PID參數(shù)整定方法</p>&

101、lt;p>　?。?） Ziegler-Nichols整定方法</p><p>　　Ziegler-Nichols整定方法是根據(jù)給定對象的瞬間響應(yīng)特性來確定PID控制器的參數(shù)。Ziegler-Nichols法首先通過實(shí)驗(yàn)，獲得控制對象單位階躍響應(yīng)，如果單位階躍響應(yīng)曲線看起來是一條S形的曲線，則可以用該方法，否則不能用。</p><p>　?。?） 臨界比例度法整定</p>

102、<p>　　臨界比例度法適用于已知對象傳遞函數(shù)的場合。在閉合的控制系統(tǒng)里，將調(diào)節(jié)器置于純比例作用下，從小到大逐漸改變調(diào)節(jié)器的比例度，得到等幅振蕩周期。采用臨界比例度法時(shí)，系統(tǒng)產(chǎn)生臨界振蕩的條件是系統(tǒng)的階數(shù)是3階或3階以上。</p><p>　　（3）衰減曲線法整定</p><p>　　衰減曲線法根據(jù)衰減頻率特性整定控制器參數(shù)。先把控制系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器置于純比例作用下（），使系統(tǒng)投入

103、運(yùn)行，再把比例度從小到大逐漸改變調(diào)節(jié)器的比例度，得到4:1衰減過程曲線。</p><p>　　3、試湊法確定PID參數(shù)</p><p>　　在試湊時(shí)，對參數(shù)實(shí)行先比例，后積分，再微分的整定步驟。參數(shù)的影響趨勢：增大比例系數(shù)一般將加快系統(tǒng)的相應(yīng)速度，在有靜差的情況</p><p>　　下有利于減小靜差，但過大的比例系數(shù)會使系統(tǒng)有較大的超調(diào)，產(chǎn)生振蕩，使穩(wěn)定性變壞。增大

104、積分時(shí)間有利于減小靜差，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但積分作用太強(qiáng)會使系統(tǒng)超調(diào)加大，甚至使系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩。增大微分時(shí)間可以減小超調(diào)量，克服振蕩，使系統(tǒng)穩(wěn)定性提高，同時(shí)有利于加快系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)速度，減少調(diào)整時(shí)間，從而改善系統(tǒng)的動態(tài)性能，但是系統(tǒng)對抗擾動的抑制能力減弱，對擾動有較敏感的響應(yīng)。</p><p><b>　　具體步驟如下：</b></p><p>　　首先只整定比例部分，即將

105、比例系數(shù)由小變大，并觀察響應(yīng)的系統(tǒng)響應(yīng)，直</p><p>　　到得到反應(yīng)快，超調(diào)小的響應(yīng)曲線。</p><p>　　（3）如果在比例調(diào)節(jié)基礎(chǔ)上系統(tǒng)的靜差不能滿足設(shè)計(jì)要求，則必須加入積分環(huán)節(jié)。 </p><p>　　（4）若使用比例積分調(diào)節(jié)器消除了靜差，但是動態(tài)過程反復(fù)調(diào)整仍不能滿足要求，則可加入微分環(huán)節(jié)，構(gòu)成比例積分微分調(diào)節(jié)器。</p><p&

106、gt;　　2.6 仿真模型的建立與調(diào)試 </p><p>　　采用simulink仿真，通過simulink模塊實(shí)現(xiàn)PID控制算示。設(shè)采樣時(shí)間Ts=10s，被控對象為： </p><p>　　表2-1 整定控制參數(shù)</p><p>　　利用延時(shí)時(shí)間L、放大系數(shù)K和事件常數(shù)T，根據(jù)表2-1中的公式確定，和的值。</p><p

107、>　　圖2-14 系統(tǒng)的仿真模型</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)步驟：</b></p><p>　?、?畫出simulink模型如圖2-14所示；</p><p>　?、?斷開系統(tǒng)的反饋線、微分器的輸出連線、積分器的輸出連線，Kp置1，選定仿真時(shí)間，得到S形曲線，確定系統(tǒng)延時(shí)時(shí)間L、放大系數(shù)K和時(shí)間常數(shù)T；</p><

108、;p>　?、?根據(jù)表2-1選擇Kp，對系統(tǒng)進(jìn)行P控制整定，記錄Kp并給出單位階躍響應(yīng)曲線，</p><p><b>　　如圖2-15所示；</b></p><p>　?、?根據(jù)表2-1選擇Kp，Ti，對系統(tǒng)進(jìn)行PI控制整定，記錄Kp，Ti，繪出單位階躍響應(yīng)曲線，如圖2-16所示；</p><p>　?、?根據(jù)表2-1選擇Kp，Ti，τ，對

109、系統(tǒng)進(jìn)行PID控制整定，記錄Kp，Ti，τ，并繪出單位階躍響應(yīng)曲線，如圖2-17所示；</p><p>　　⑥ 對P，PI，PID控制的階躍響應(yīng)曲線進(jìn)行比較分析，給出分析結(jié)果。</p><p>　　圖2-15 P控制仿真曲線</p><p>　　其中，T=30，K=1，L=10，此時(shí)Kp=3。</p><p>　　圖2-16 PI控制仿真曲線

110、</p><p>　　T=30,K=1,L=10,此時(shí)Kpi=2.7積分時(shí)間Ti=33.3。</p><p>　　圖2-17 PID控制仿真曲線</p><p>　　T=30,K=1,L=10,此時(shí)Kpid=3.6,積分時(shí)間Ti=22，微分時(shí)間為5。</p><p>　　三 計(jì)算機(jī)控制部分（2）</p><p>　　1

111、 題目名稱：以MCS-51系列單片機(jī)為核心的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)</p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　1. 32KROM和32KRAM； 2. 數(shù)字量I/O，要求驅(qū)動微型繼電器；</p><p>　　3. 具有鍵盤掃描和數(shù)碼顯示； 4. 一片DAC0832和一片ADC0809。<

112、;/p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　?、?發(fā)揮獨(dú)立工作能力和鉆研精神，并確保食鹽過程中的設(shè)備和人身安全。</p><p>　?、?畫出單片機(jī)外部電路原理圖。</p><p>　?、?編制程序，并調(diào)試運(yùn)行。</p><p>　?、?設(shè)計(jì)電氣控制原理圖（用Protel軟件繪制

113、） </p><p>　　⑤ 根據(jù)電氣原理圖選擇電器元件及導(dǎo)線參數(shù)。</p><p>　?、蘧帉懯褂眉凹夹g(shù)說明書。</p><p><b>　　2.1 芯片選擇</b></p><p>　　1、2732A EPROM（32KROM）</p><p>　　2732A是一種4K×8位的紫外線

114、擦除電可編程只讀存取器，單一+5V供電，最大靜態(tài)工作電流為100mA，維持電流為35mH，讀出時(shí)間最大為250ns。2732A為24線雙列直插式封裝，如題2-1所示。</p><p>　　圖2-1 擴(kuò)展2732A EPROM</p><p>　　圖2-2是2732A與8031的硬件連接圖。因?yàn)?732A是4K容量的EPROM，故用到了12根地址線，地址鎖存器采用的是74LS373。由于系統(tǒng)

115、中只擴(kuò)展一片程序存儲器EPROM，故2732A的片選端接地。</p><p>　　圖2-2 擴(kuò)展2732A EPROM</p><p>　　2、6264靜態(tài)RAM</p><p>　　6264是8K×8位的靜態(tài)隨機(jī)存儲芯片，它采用CMOS工藝制造，單一+5V供電，額定功耗200mV，典型存取時(shí)間200ns。為28線雙列直插式封裝，其管腳配置見圖2-3。各引

116、腳定義如下：</p><p>　　A0～A12為片內(nèi)13位地址線；I/O0～I(xiàn)/O7為雙向數(shù)據(jù)線；為片選信號；為讀允許信號；為寫信號線。表2-1為6264的操作方式。</p><p>　　表2-1 6264操作方式</p><p>　　圖2-3 6264管腳配置</p><p>　　圖2-5為6264與8031的硬件連接圖。圖中，6

117、264的片選接9031的P2.7，第二片選線CE2接高電平，保持一直有效狀態(tài)。因6264是8K容量的RAM，故用到了13根地址線。8031在訪問6264時(shí)，可以采用以下指令：</p><p>　　MOVX @DPTR，A ；A中內(nèi)容傳至外部RAM</p><p>　　或 MOVX A，@DPTR ；外部RAM內(nèi)容讀至A中</p><p><b>

118、;　　3、DAC0832</b></p><p>　　DAC0832的引腳圖如圖2-6所示。</p><p>　　DAC0832的邏輯圖如圖2-7所示。DAC0832由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉(zhuǎn)換電路所構(gòu)成。</p><p>　　DAC0832各引腳的功能如下：</p><p>　　DI0～7：數(shù)據(jù)輸入線。&l