基于80C196KC的廣播短波發(fā)射機(jī)馬達(dá)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1．1 微控制器
    本系統(tǒng)中的微控制器采用Intel80C196KC芯片，其工作頻率為12 MHz。芯片內(nèi)置的lO位模擬／數(shù)字轉(zhuǎn)換器的模擬輸入可用于測量相關(guān)調(diào)諧數(shù)據(jù)，如輸出功率(Pfwd)、射頻末級屏壓(VAV2)和射頻末級柵流(IGIV2)等。微控制器的地址范圍是64 k字節(jié)，可外接四片EPROM和一片RAM(用“Memory”表示)。兩片EPROM可用于存儲監(jiān)控程序，另外兩片EPROM用于存儲用戶程序，一片RAM則作為用戶數(shù)據(jù)區(qū)來存儲中間數(shù)據(jù)。在硬件復(fù)位后開始啟動時(shí)MAP為零，處理器從2080H地址處開始啟動監(jiān)控程序。若已裝了用戶程序EPROM，程序則跳至1D xxH．并將MAP設(shè)為1(2000H ……27FFH應(yīng)為用戶程序)，同時(shí)用戶程序由2080H開始執(zhí)行。
1．2 A／D、D／A及數(shù)字I／O電路
    與交流和直流馬達(dá)齒輪機(jī)械連接的多圈電位器給出的馬達(dá)絕對位置的反饋信號可作為模擬信號輸入到馬達(dá)控制板，然后通過一個(gè)12位的模／數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)字化處理后，便可輸入給微處理器作為馬達(dá)的位置控制信號。
    微處理器輸出的馬達(dá)控制信息(運(yùn)轉(zhuǎn)方向、位置、速度等)可通過一個(gè)10位D／A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號后傳給馬達(dá)裝置。交流馬達(dá)的控制指令分別為前進(jìn)、后退、停止，它們與馬達(dá)控制器的數(shù)字輸出端口相連；直流馬達(dá)由與所需速度成比例的電壓進(jìn)行驅(qū)動。同型轉(zhuǎn)換器也可用來為不同的測量元件產(chǎn)生校準(zhǔn)信號。
    82C55用來作為數(shù)字I／O模塊，它有三個(gè)8位端口，每個(gè)端口都可設(shè)置為輸入或輸出，可作為交流MS和MP中的兩條控制線(L和H)及MS狀態(tài)返回信號。
1．3 顯示模塊
    顯示模塊分為A和B兩塊，主要用來顯示馬達(dá)的位置、狀態(tài)等參數(shù)。它包含RAM、ASCII解碼器和LED驅(qū)動電路及顯示部分。顯示部分由四個(gè)數(shù)碼管組成。每個(gè)數(shù)碼管可顯示24個(gè)數(shù)字及字符。顯示的字符、數(shù)字由存儲在RAM中的ASCII碼讀出，當(dāng)RAM中的ASCII碼改變時(shí)，顯示也隨之改變。
1．4 外部接口
    馬達(dá)控制器可通過串行接口RS422與發(fā)射機(jī)的控制系統(tǒng)(中央控制系統(tǒng)ECAM)相連，中央控制系統(tǒng)(ECAM)作為馬達(dá)控制器的上級管理器(上行機(jī))，一般通過RS422向(ECAM)馬達(dá)控制器傳送用戶指令。
    另一個(gè)連接到顯示器(Monitor)的RS232串口，可在調(diào)試時(shí)作為擴(kuò)展工具和人機(jī)交互平臺的端口使用。

2 馬達(dá)控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)
    本控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)采用基于16位的匯編語言編寫，同時(shí)采用模塊化的設(shè)計(jì)思路，因而具有可讀性好、執(zhí)行效率高等特點(diǎn)，其工作過程采用基于插值曲線的自動調(diào)諧控制方式。其工作過程，首先是依據(jù)工作頻率進(jìn)行粗調(diào)，將馬達(dá)開關(guān)MS和電容、電感的伺服馬達(dá)MP運(yùn)轉(zhuǎn)到與工作頻率對應(yīng)的位置；然后，再依據(jù)射頻驅(qū)動級輸出網(wǎng)絡(luò)并根據(jù)鑒相器Ф1提供的誤差信號進(jìn)行細(xì)調(diào)；最后，根據(jù)鑒阻器△P和鑒相器Ф2提供的誤差信號對射頻末級輸出網(wǎng)絡(luò)持續(xù)進(jìn)行自動細(xì)調(diào)。
2．1 馬達(dá)位置粗調(diào)
    粗調(diào)就是控制器根據(jù)工作頻率首先從用戶調(diào)諧數(shù)據(jù)存儲器中查找對應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后將各馬達(dá)調(diào)整到預(yù)置位置。如果工作頻率沒有被存儲，則可采用內(nèi)插法在相鄰的兩個(gè)預(yù)置頻率之間通過計(jì)算獲得。
    粗調(diào)開始時(shí)，用戶需設(shè)置一個(gè)固定的位置作為馬達(dá)運(yùn)行的粗調(diào)預(yù)置位置，通過將移動方向和目標(biāo)位置一起存儲來補(bǔ)償齒輪的機(jī)械誤差。當(dāng)在目標(biāo)位置右邊開始進(jìn)行自動調(diào)諧時(shí)，MP首先會被移動到一個(gè)能自動進(jìn)行驅(qū)動的位置(如圖中目標(biāo)位置的左邊)。這就是為何MP開始經(jīng)常會越過給定位置的原因?？紤]到慣性影響，當(dāng)馬達(dá)運(yùn)行到距目標(biāo)位置為暫停位置時(shí)便停下來，以期望能到達(dá)準(zhǔn)確的位置。并對所到達(dá)的位置進(jìn)行檢查，若不在誤差允許的范圍內(nèi)，則修正暫停位置和馬達(dá)的其它數(shù)據(jù)，并重新開始該定位過程。圖2所示是馬達(dá)粗調(diào)定位方法示意圖。

2．2 驅(qū)動級細(xì)調(diào)
    驅(qū)動級細(xì)調(diào)是通過對驅(qū)動級電子管的高末柵流(IGIV2)驅(qū)動電流的調(diào)整來實(shí)現(xiàn)的。它包含兩個(gè)任務(wù)：一是調(diào)諧射頻網(wǎng)絡(luò)，以將驅(qū)動級反射調(diào)到最小；二是設(shè)置射頻預(yù)放的放大倍數(shù)(即通過設(shè)置射頻衰減器的衰減量來控制寬放的輸出)，以使高末柵流(IGlV2)達(dá)到合適的幅度。
    (1)驅(qū)動級調(diào)諧
    驅(qū)動級調(diào)諧主要以鑒相器1(Ф1)的輸出作為調(diào)諧依據(jù)，圖3所示是鑒相器的控制原理圖。Ф1和驅(qū)動級電子管的負(fù)載阻抗有關(guān)，若要獲得高末電子管柵極的最佳傳輸，那么，Фl必須為零。調(diào)諧算法一般是一個(gè)稱為“bang-bang控制器”的適當(dāng)擴(kuò)展。

    (2)射頻衰減器的調(diào)諧
    射頻衰減器主要用于設(shè)置輸入激勵(IG1V2)的幅度，可由用戶提供IG1V2的額定值(GNOM)。圖4所示是射頻衰減器的控制原理圖。

2．3 末級細(xì)調(diào)(插入曲線)
    末級調(diào)諧一般根據(jù)以下兩點(diǎn)進(jìn)行：第一是發(fā)射機(jī)輸出到天線的功率應(yīng)達(dá)到預(yù)設(shè)功率；第二是發(fā)射機(jī)效率達(dá)到最佳。有如下三個(gè)測量值可用于調(diào)諧：
    ◇決定額定輸出功率的高末屏壓VAV2。
    ◇決定實(shí)際輸出功率的入射電壓VFWD。
    ◇鑒相器2(Ф2)的輸出，在效率最佳時(shí)，輸出應(yīng)為0。
    輸出功率和額定功率之比可通過如下公式計(jì)算求得：
   
    當(dāng)p[0／00]=1000及Ф2=O時(shí)，末級調(diào)諧最佳。

3 軟件流程
    根據(jù)以上工作原理，可以設(shè)計(jì)出如圖5所示的自動調(diào)諧控制的軟件流程。該系統(tǒng)的調(diào)諧誤差分為兩種，即小調(diào)諧誤差和大調(diào)諧誤差。一旦發(fā)生大的調(diào)諧誤差，發(fā)射機(jī)就會從驅(qū)動級重新開始順序調(diào)諧，而小調(diào)諧誤差只有在一定時(shí)間累積成較大的調(diào)諧誤差后，才會造成發(fā)射機(jī)重新開始順序調(diào)諧。

4 結(jié)束語
    本文通過對馬達(dá)控制系統(tǒng)控制規(guī)律的研究，給出了一種基于插值曲線的自動調(diào)諧細(xì)調(diào)馬達(dá)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)的運(yùn)行表明，以80C196KC單片機(jī)為核心的馬達(dá)控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對馬達(dá)的控制，從而實(shí)現(xiàn)廣播發(fā)射機(jī)頻率調(diào)諧的目的。該方法軟、硬件設(shè)計(jì)正確，控制邏輯選擇基本合理。可以在控制精度、實(shí)時(shí)性、可靠性、設(shè)計(jì)成本等方面完全滿足系統(tǒng)要求。