基于單片機的雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)系統(tǒng)初始化設(shè)定定時器工作方式設(shè)定I/O、鍵盤和顯示接口的工作方式Y(jié)ES開始系統(tǒng)初始化按鍵處理有鍵按下？刷新顯示數(shù)據(jù)通訊NO系統(tǒng)初始化設(shè)定定時器工作方式設(shè)定I/O、鍵盤和顯示接口的工作方式參數(shù)及變量初始化返回圖2-1.1主程序的流程圖圖2-1.2初始化子程序流程圖如圖2-1.2，系統(tǒng)初始化包括中斷始化、各存儲單元賦初值、鍵盤顯示器的各數(shù)據(jù)程序表賦常數(shù)、各種限定值裝入數(shù)據(jù)存儲器、設(shè)定堆棧指針、給主程序標(biāo)志寄存器送初始值、控制器設(shè)定初值等。主程序：0000AJMPSTARTSTART：CLRPSW.4CLRPSW.3；選中工作寄存器0組CLRCMOVR0，4FHMOVA，30HCLEAR1：CLRAINCADJNZR0，CLEAR1；清零30-7FHSETBTR0；定時器/計數(shù)器0工作MOVTMODE，#01H；定時器/計數(shù)器工作在方式1SETBEA；總中斷開放SETBIT0；置INTO為降沿觸發(fā)SETBIT1；置INT1為降沿觸發(fā)LJMPMAINLJMPCTCOLCALLSAMPLE...Fosc=12MHZ，用一個定時器/計數(shù)器定時50ms，用R2作計數(shù)器，置初值14H，到定時時間后產(chǎn)生中斷，每執(zhí)行一次中斷服務(wù)程序，讓計數(shù)器內(nèi)容減1，當(dāng)計數(shù)器內(nèi)容減為0時，則到1s。第二節(jié)PI控制子程序設(shè)計為了安全起見，系統(tǒng)對轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器和電流調(diào)節(jié)器實行限幅，當(dāng)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序或電流調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序進(jìn)行到“轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)”或“電流調(diào)節(jié)”時，便進(jìn)入PI控制子程序（如圖2-2.1）。PI程序：SETBEX1；開放中斷1MOVR0，90H；P1口（W）送R0,預(yù)設(shè)MOVR1，80H；P0口（Y）送R1，實測MOVA，R0；W給AMOVB，R1；Y給BSUBBA，B；ei給AMOV7FH，A；ei給7FHMOV7EH，#00H；ei-1=0給7EHMOV7BH，UmaxMOV7AH,UminAJMPIN；積分項AJMPP；比例項MOVA，R2；Pi給AADDA，R3；Pi+Pp給AMOV7DH，#00H；Ui-1=0給7DHADDA，7DH；Ui-1+Pi+Pp=Ui給AMOV7CH,A；Ui給7CHMOV7DH，7CH；Ui給Ui-1MOVA，7BH；Umax給ACJNEA，#Ui，LOOP2；Ui〉Umax轉(zhuǎn)移MOVA，#UiCJNEA，7AH，LOOP3；Ui<Umin轉(zhuǎn)移MOV90H，7CH；輸出Ui到P1口LOOP2：MOVA，7CH；Ui給ACLRCSUBBA，#UmaxRETILOOP3：MOVA，7CH；Ui給ACLRCSUBBA，#UminRETIIN：MOV6FH，#IMOVA，6FH；I給AMOVB，7FH；ei給BMULAB；Pi=I*ei給AMOVR2，A；Pi給R2RETIP：MOV6EH，#PCLRCMOVA，7FH；ei給ASUBBA，7EH；ei-ei-1給AMOV7EH，7FH；ei給ei-1MOVB，6EHMULAB；（ei-ei-1）*P給AMOVR3，A；Pp給R3RETI保護(hù)現(xiàn)場保護(hù)現(xiàn)場選擇參數(shù)和初值本次采樣輸入計算偏差值e(k)？？？？返回NYNNNYYY圖2-2.1PI控制子程序框圖第三節(jié)M法數(shù)字測速程序設(shè)計容許中斷嗎？開放T/C1和T/C0容許中斷嗎？開放T/C1和T/C0關(guān)閉T/C1恢復(fù)現(xiàn)場中斷返回容許中斷嗎？禁止捕捉中斷保護(hù)現(xiàn)場YN保護(hù)現(xiàn)場禁止策速開放捕捉中斷恢復(fù)現(xiàn)場中斷返回圖2-3.1捕捉中斷服務(wù)子程序框圖圖2-3.2測速時間中斷服務(wù)子程序框圖測速軟件由捕捉中斷服務(wù)子程序(圖2-3.1)和測速時間中斷服務(wù)子程序（圖2-3.2）構(gòu)成，轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序中進(jìn)行到“容測速許”時，開放捕捉中斷，但只有到T/C0計數(shù)值為零時，旋轉(zhuǎn)編碼盤脈沖計數(shù)器T/C1和T/C0同時開始計數(shù)，同時禁止捕獲中斷，使之不在干擾計數(shù)器計數(shù)。待T/C0溢出時發(fā)出停止測速信號，再次開放捕捉中斷，計數(shù)器T/C1計數(shù)。測速軟件完成，轉(zhuǎn)速計算是在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)中斷服務(wù)子程序只完成。程序：因為8051得外部中斷源有限，在進(jìn)行M發(fā)測速時，可以擴展外部中斷來滿足要求，相應(yīng)的設(shè)置程序設(shè)置如下所示。voidinit()//定時器的初始化，外部中斷{TMOD=0x01;EA=1;IT0=1;EX0=1;TL0=(65535-50000)%256;TH0=(65535-50000)/256;TI0=0;TR0=1;}voidtimer0()interrupt2//定時器中斷( unsignedchari;i++;if(i=1000){TR0=0; IE0=1;i=0; n=60*date/z; date=0;display(); TR0=1;})voidextra()interrupt1//外部低電平中斷，優(yōu)先級低( date++; )第四節(jié)故障保護(hù)程序設(shè)計程序：故障保護(hù)實時采集各路電壓信號，并利用電壓比較器將比較后得電壓信號采集到單片機中故障綜合部分用加入與非芯片，實現(xiàn)線與的功能，同時利用外部中斷，一旦線與值出現(xiàn)低電平，觸發(fā)外部中斷，則在中斷程序中利用0809采集四路電壓信號并與設(shè)定值比較，匹配時轉(zhuǎn)到相應(yīng)處理部分//啟動A/D轉(zhuǎn)換函數(shù)：StartADC()voidStartADC(ucharAddress){ PinC=(bit)(Address&0x04); PinB=(bit)(Address&0x02); PinA=(bit)(Address&0x01); PinSTART=0; } //等待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束函數(shù)：WaitADCEnd()voidWaitADCEnd(void){ while(!PinEOC); } //讀取A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)函數(shù)：ReadData()uintReadData(void){ uinttemp; WaitADCEnd(); PinOE=0; nNop(2); temp=PinData&0xff; return(temp); }voidInitIO(){ PinData=0xff; PinA=0; PinB =0; PinC =0; PinSTART=0; PinOE=0; PinEOC =1; } voidchuli(){ uinttemp; InitIO(); while(1) {for(i=0;i<4;i++) {StartADC(4); temp[i]=ReadData();} } }voiddisplay(){。。。 }//數(shù)據(jù)送液晶顯示器顯示流程圖如圖2-4.1所示電壓檢測高?電壓檢測高?進(jìn)入中斷給脈沖，開IGBT并顯示故障類型主電路電流值高?關(guān)觸發(fā)脈沖，自由停車并顯示故障類型電樞電流值高?關(guān)觸發(fā)脈沖，自由停車并顯示故障類型溫度過高？關(guān)觸發(fā)脈沖，自由停車并顯示故障類型中斷返回YYYNYNNN圖2-4.1故障保護(hù)程序流程圖系統(tǒng)MATLAB仿真本次系統(tǒng)仿真采用控制系統(tǒng)仿真軟件MATLAB7.0，使用MATLAB對控制系統(tǒng)進(jìn)行計算機仿真的主要方法有兩種：一是以控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)為基礎(chǔ)，使用MATLAB的Simulink工具箱對其進(jìn)行計算機仿真研究；另外一種是面向控制系統(tǒng)電氣原理結(jié)構(gòu)圖，使用PowerSystem工具箱進(jìn)行調(diào)速系統(tǒng)仿真的新方法。本次系統(tǒng)仿真采用前一種方法。第一節(jié)系統(tǒng)的建模與參數(shù)設(shè)置3.1.1直流電動機的數(shù)學(xué)模型在本設(shè)計中討論的是直流電動機拖動恒轉(zhuǎn)巨負(fù)載的自動控制系統(tǒng)，直流電動機本身是一個電-磁相互作用的非線性系統(tǒng)，在這里將其近似為一個線性系統(tǒng)，得到直流電動機的傳遞函數(shù)為：3.1.2轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型求取雙閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型一般采用由內(nèi)到外，逐環(huán)求取。對轉(zhuǎn)速電流雙閉環(huán)系統(tǒng)，首先求取電流環(huán)傳遞函數(shù)，再將其視為轉(zhuǎn)速環(huán)中的一個環(huán)節(jié)，在求取轉(zhuǎn)速環(huán)的傳遞函數(shù)，由于檢測信號中含有交流分量或其他高頻干擾。故對轉(zhuǎn)速電流信號均經(jīng)過型濾波，再加到調(diào)節(jié)器的輸入端，為了補償這些濾波環(huán)節(jié)帶來的慣性作用，在給定信號中也加入一個相同時間常數(shù)的給定濾波環(huán)節(jié)。1、電流環(huán)傳遞遞函數(shù)的求取由于系統(tǒng)中機電時間常數(shù)遠(yuǎn)大于電磁時間常數(shù)，反電動勢的變化過程相對緩慢，因此在電流環(huán)中，可忽視反電動勢的影響，又由于和比小得多，可以當(dāng)作小慣性環(huán)節(jié)近似處理，故取。由于電流環(huán)的重要作用是保持電樞電流在動態(tài)過程中不超過允許值，因而在土家控制作用時不希望有超調(diào)，而且當(dāng)時，典型型系統(tǒng)的抗恢復(fù)時間還是可以接受的，故采用調(diào)節(jié)器將電流環(huán)的控制對象校正成典型型系統(tǒng)，其中調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)為：。故電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)為2、轉(zhuǎn)速環(huán)的傳遞函數(shù)有上式已知電流環(huán)的閉環(huán)傳遞函數(shù)，又由于轉(zhuǎn)速環(huán)的截止頻率一般較低，因此電流內(nèi)環(huán)可等效為一階環(huán)節(jié)。其近似條件為：同樣的，再將時間常數(shù)為和的兩個小慣性環(huán)節(jié)合并起來，形成一個時間常數(shù)為的慣性環(huán)節(jié)，則基于系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)無靜差的條件，轉(zhuǎn)速環(huán)應(yīng)校正成典型型系統(tǒng)，而且典型型系統(tǒng)的抗擾動性能好。由于將轉(zhuǎn)速環(huán)校正成了典型型系統(tǒng)，故ASR有必將采用PI調(diào)節(jié)器，其傳遞函數(shù)為：。3.1.3建立仿真模型轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)的傳遞函數(shù)模型主要由給定環(huán)節(jié)、ASR、ACR、限幅函數(shù)、速度反饋環(huán)等部分組成。采用傳遞函數(shù)圖方法構(gòu)成的雙閉環(huán)系統(tǒng)仿真模型如圖3-1.1所示：圖3-1.1雙閉環(huán)直流調(diào)速系統(tǒng)模型第二節(jié)仿真結(jié)果仿真波形如圖3-2.1所示圖3-2.1仿真波形如圖3-2.1所示，在電流上升階段，由于電動機機械慣性較大，不能立即啟動。此時轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)器ASR飽和，電流調(diào)節(jié)器ACR起主要作用。轉(zhuǎn)速一直上升。當(dāng)?shù)竭_(dá)恒流升速階段時，ASR一直處于飽和狀態(tài)，轉(zhuǎn)速負(fù)反饋不起調(diào)節(jié)作用，轉(zhuǎn)速環(huán)相當(dāng)于開環(huán)狀態(tài)，系統(tǒng)為恒值電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因此，系統(tǒng)的加速度為恒值，電動機轉(zhuǎn)速呈線性增長直至給定轉(zhuǎn)速。使系統(tǒng)在最短時間內(nèi)完成啟動。當(dāng)轉(zhuǎn)速上升到額定轉(zhuǎn)速時，ASR的輸入偏差為0，但其輸出由于積分作用仍然保持限幅值，這時電流也保持為最大值，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速繼續(xù)上升，出現(xiàn)轉(zhuǎn)速超調(diào)。轉(zhuǎn)速超調(diào)后，極性發(fā)生了變化，，則ASR推出飽和。其輸出電壓立即從限幅值下降，主電流也隨之下降。此后，電動機在負(fù)載的阻力作用下減速，轉(zhuǎn)速在出現(xiàn)一些小的振蕩后很快趨于穩(wěn)定。當(dāng)突加給定負(fù)載時，由于負(fù)載加大，因此轉(zhuǎn)速有所下降，此時經(jīng)過ASR和ACR的調(diào)節(jié)作用后，轉(zhuǎn)速又恢復(fù)為先前的給定值，反映了系統(tǒng)的抗負(fù)載能力很強。結(jié)論本文所述的直流電機閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)是以低價位的單片微機8051為核心的，而通過單片機來實現(xiàn)電機調(diào)整又有多種途徑，相對于其他用硬件或者硬件與軟件相結(jié)合的方法實現(xiàn)對電機進(jìn)行調(diào)整，采用PWM軟件方法來實現(xiàn)的調(diào)速過程具有更大的靈活性和更低的成本，它能夠充分發(fā)揮單片機的效能，對于簡易速度控制系統(tǒng)的實現(xiàn)提供了一種有效的途徑。而在軟件方面，采用PI算法來確定閉環(huán)控制的補償量也是由數(shù)字電路組成的直流電機閉環(huán)調(diào)速系統(tǒng)所不能及的。曾經(jīng)也試過用單片機直接