全数字直流调速装置068

摘   要
本设计是一种采用80c196单片机控制的新型全数字式直流调速系统，以80c196单片机构成的最小控制系统为核心，由单片机输出占空比可变的PWM脉冲，作为功率电路的驱动信号，通过改变PWM脉冲的占空比来改变输出功率，从而达到调速的目的。本文主要介绍了数字式直流调速器的结构、功能及晶闸管数字触发器的实现。

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目    录
第一章 绪论... 2
1.1原理... 2
1.2目的... 2
第二章 总体方案论证... 4
第三章   PWM直流调速系统概述... 6
3.1    PWM控制技术的应用... 6
3.2    PWM在直流调速中的应用... 7
3.3   直流脉宽调速系统的优缺点... 7
第四章 主电路的设计与参数选择... 8
4.1 三相桥式全控整流电路... 8
4.2 整流变压器的选择与参数计算... 10
4.3 整流器件的选择... 11
4.4 电抗器的选择与参数计算... 11
4.5 晶闸管的保护... 13
第五章 系统模型的建立及调节器参数计算 .. 16
5.1 系统模型建立... 16
5.2 数字调节器的设计与参数选择... 18
第六章 系统硬件设计... 22
6.1 总体控制原理概述... 22
6.2 高分辨率数字触发电路... 22
6.3 电流检测电路的设计... 24
6.4 80c196单片机及系统扩展... 25
6.5.复位电路设计... 34
6.6 前向通道的设计... 35
6.6.1 前向通道的内容与特点... 35
6.6.2 电流传感器的选择... 36
6.6.3 测速信号的选择... 36
第七章 系统软件设计... 38
7.1 控制算法... 38
7.2 软件设计... 38
总   结... 48
参 考 文 献... 49
致   谢... 51
第一章   绪论
1.1原理
全数字直流调速装置是一种用于直流电机调速的专门设备，它是直流电机的附属设备，主要用于直流电机的励磁大小调整，全数字直流调速装置也根据直流电机的使用电压不同，它的励磁电压要求也不一样，全数字直流调速装置电流的大小一定要大于直流电机的励磁电流。
1.2目的
全数字直流调速装置其内部采用高速CPU进行运算及控制，适用于任何直流电动机的调速。现简介如下
1.调速器的可编程功能
调速器内部的所有输入信号和参数，均可以通过操作面板显示和修改，直观明了，并提供了多种运算方法来处理数据，如偏移量、变比例、正反向、绝对值、滤波、延时、求和等。调速器的控制程序是模块式相连接的，主要有输入输出模块、给定处理模块、编码器模块、速度调节模块、限幅模块、电流闭环控制模块、信号处理模块、故障记忆模块、通信模块以及常数模块，模块之间可以通过编程重新排列组合，提供了最大限度的灵活应用方式。在参数设置与模块组合的双双帮助下，可以实现相当复杂的控制。
2．多功能的输入输出
    这种调速器适用于任何直流电动机的调速，是因为它提供了多种形式的信号输入和输出。
    (1)它的输出励磁电压是可调的，通过内部参数的设置，电动机可工作于弱磁状态；励磁的输入电源电压也是可选择的(AC 220V或AC 380V)。
    (2)它提供四路的数字输入和两路的数字输出(不含扩展板，以下同)，除两路输入用于启动调速器外，其余的作用要通过编程而定。
    (3)它有三路模拟输入，一路固定用于测速发电机，另两路用于设定输入，是可编程的；模拟输出有三路，它们的输出对象是可编程的。我们可以接仪表来监测调速器的任何内部参数(如电压流、转速等)，或者作为其他设备的控制信号。
    (4)调速ge提供了多种形式的速度反馈接入法(编码器脉冲或测速发电机)，特别是其测速发机的接入，通过对P083单元的设置，调速器可接DC 8-270V范围内的任何电压规格的测速发电机
    (5)调速器还提供了电动机温度监测和通信其他的功能端子。
3．多种的保护设置
    这种调速器内部可分辨的故障报警多达70种需要注意的是，一旦出现故障，调速器就会自动机，必须通过操作面板复位确认，才能继续使用调速器，即使重新停电后上电复位也不会消除故障信息这保障了后续设备的安全，但也会引起意想不到问题(见第5点)。因为过多的保护会使控制系变得敏感，容易产生误动作，从而影响到正常生产,而且普通操作人员是不会也不适合来处理这些故障信息。特别是在电源质量不高(幅值或频率不稳定)的地方，要小心使用这种调速器。
4．电动机参数的自整定 
    调速器提供自整定操作，可以自动测得不同动机的特性参数，如：电枢电阻、电枢电感、励磁电等，并自动设置相应的PID调节参数，使调速器工在最佳状态。此项功能操作起来不是很方便，它求手动操作合闸和运行使能信号，有时还要改动端子接线，但因为只是在更换电动机时才会用到它,而且它也确实实用，所以推荐使用。
5．停电及切换
    正常来讲，如果外部电源停电，是不会影。向调速器的工作状态的，再来电时，调速器应该自动恢复运行。在设备调试阶段，通过开、关控制柜总电源的方法测试过，确实如此。但实际上，当外部高压侧失电跳闸时，调速器经常出现F001电子板电源故障报警，时也会因熔断器问题而出现F004电枢电压故障报警，使得来电时，调速器不能自动恢复运行，必须经过面板复位操作，严重影响了正常生产。经分析，认为是厂内低压侧没有安装失压保护断路器而造成的。另外就是和电动机有关。这种电动机剩磁很强，当用电池组供电工作时，在切断直流的过程中，直流接触器触头上拉弧时间长达1s!另一条生产线使用了其他电动机，则没有这种问题。因此，当停电发生时，如果调速器的晶闸管仍在通态，而合上了电池组直流电源，就会导致烧坏晶闸管的严重后果。最后采用加装延时切换电路和设定调速器延时启动功能的办法，才避免了类似情况。这一点望注意。
6．零给定下的停机
    调速器在运行模式下，如果将给定调回到零，结果发现电动机仍存在一个极缓慢的转动，也就是说，调速器仍有电压加在电动机上。如何才能使其真正停机呢?这就要用到编程功能，修改调速器内部的控制程序，在其给定值信号中加一个"施密特"程序，当给定值小于某个值时(如0．2％)，让调速器的运行使能信号失效，实现停机。如果没有购买西门子扩展功能板的话，则唯一可使用的"施密特"程序是"转速到达状态测量"(见《SIMOREG DC Master简明手册》，功能图39"信号处理模块")。具体做法是，将给定信号参数K0193连接到P592单元，进行判断给定值，将比较结果B0120连接到P661单元，控制运行使能信号。启动给定值可在P373单元设置，回差值在P374单元设置，延时控制在P375单元设置，经过如上改动，就可以实现零给定停机了(此时调速器工作状态显示为ready，01．2)。