基于單片機的邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)設計

這里給出一種基于單片機的邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速控制系統(tǒng)設計方案。該系統(tǒng)設計采用全數(shù)字電路，實現(xiàn)數(shù)字脈沖觸發(fā)、數(shù)字轉(zhuǎn)速給定檢測和數(shù)字PI算法等功能，由軟件實現(xiàn)轉(zhuǎn)速、電流調(diào)節(jié)及邏輯判斷和復雜運算，具有不同于一般模擬電路的最優(yōu)化、自適應、非線性、智能化等控制規(guī)律，而且更改靈活方便。

　　2 系統(tǒng)組成和控制原理

　　2.1 系統(tǒng)組成

　　該數(shù)字邏輯無環(huán)流可逆調(diào)速系統(tǒng)是由AT89C51單片機實現(xiàn)雙閉環(huán)控制、無環(huán)流邏輯控制、觸發(fā)脈沖的形成及相位控制，如圖1所示。圖1中，ASR為速度環(huán)，ACR為電流環(huán)，DLC為無環(huán)流邏輯控制器，GT為觸發(fā)脈沖，TA為電壓互感器，TG為測速發(fā)電機，M為直流電動機。主電路采用正組VF和反組VR兩組晶閘管裝置反并聯(lián)?？刂齐娐凡捎棉D(zhuǎn)速ASR和電流 ACR雙閉環(huán)系統(tǒng)。

　　2.2 控制原理

　　數(shù)字無環(huán)流邏輯控制是根據(jù)速度調(diào)節(jié)器輸出值的正負來選擇正組或負組晶閘管，根據(jù)主電路的電流是否為零進行相應切換.并記憶工作組的工作狀態(tài)。通過轉(zhuǎn)矩極性檢測及零電流檢測做出相應邏輯判斷，釋放一組晶閘管，閉鎖另一組晶閘管。為此，在單片機中設置有2個存儲單元L1、L2，用于記憶正組晶閘管vF和反組晶閘管VR的工作狀態(tài)。

　　3 系統(tǒng)硬件設計

　　系統(tǒng)硬件設計是以AT89C51單片機為核心，由程序存儲器EPROM、地址鎖存器、A/D轉(zhuǎn)換器、2個可編程計數(shù)器，計時器、脈沖擴寬、光電隔離、脈沖放大、過零檢測及波沿檢測等電路構成，如圖2所示。

　　3.1 觸發(fā)器

　　主變壓器和同步變壓器均接為D/Y-11，對稱的三相交流同步電壓經(jīng)阻容移相后滯后30°。使其交流波形的過零點對準觸發(fā)延遲角α=0°處，其觸發(fā)脈沖只能在0°～180°之間產(chǎn)生。阻容移相后的三相交流電壓經(jīng)過零檢測器變成互差120°、寬 180°的三相方波，加在單片機的P1.0、P1.1和P1.2引腳，作為檢測到的電源狀態(tài)，并以此狀態(tài)作為脈沖分配依據(jù)，確定VR和VF的觸發(fā)順序。方波經(jīng)波沿檢測器輸出間隔為60°的負脈沖作為單片機的外部中斷請求信號。三相變壓器在每個周期產(chǎn)生6個中斷信號，在每次中斷服務程序中完成脈沖的形成、分配和移項控制。

　　3.2 PI調(diào)節(jié)器

　　PI調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律為：

　　式中，y(t)為PI調(diào)節(jié)器的輸出量;e(t)為PI調(diào)節(jié)器的輸入量;Kp為比例系數(shù);T1為積分時間常數(shù)。

　　對式(1)離散化后，可得第(k-1)和k次采樣時刻間的調(diào)節(jié)器輸出增量為△y(k)為：

　　式中，△e=ek-ek-1;yk為PI調(diào)節(jié)器第k次輸出量;yk-1為PI調(diào)節(jié)器第(k-1)次輸出量;ek為第七次采樣時，給定量與反饋量之間的偏差;ek-1為第k-1次采樣時，給定量與反饋量之間的偏差;KI為積分系數(shù)，

　　由式(5)求得差分方程為：

　　式中，KI=Kp-K2，K2=TKI;yn為第n次的采樣輸出;△Un為第n次的采樣時輸入偏差。為了提高精度，PI運算采用雙字節(jié)。