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

1、<p><b>　　課程設(shè)計報告書</b></p><p>　　課程名稱： 綜合課程設(shè)計 </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)計是根據(jù)“電氣工程及其自動化專業(yè)培養(yǎng)計劃”而制定的，是電氣工程及其自動化教學(xué)計劃中的時間教訓(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)》、《計算機控制技術(shù)》等專業(yè)理論學(xué)完之后的一次綜合實踐教學(xué)。培養(yǎng)獨立分析問題，解決問題的能力；嚴肅、認真的科學(xué)態(tài)度。</p><p>　　綜合課程設(shè)計是

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)課以后的進行綜合訓(xùn)練的環(huán)節(jié)，通過這次課程設(shè)計，使我們了解一般電氣控制系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)和計算機控制系統(tǒng)設(shè)計的過程、步驟、要求、工作內(nèi)容及設(shè)計方法。訓(xùn)練我們綜合運用專業(yè)課的能力，提高電氣工程設(shè)計的能力。</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，連軋機則是冶金行業(yè)的大型設(shè)備。其主要特點是被軋金屬

5、同時處于若干機架之中，并沿著同一方向進行軋制，最終形成一定的斷面形狀。每個機架的上下軋錕共用一臺電機實行集中拖動，不同機架采用不同電機實行部分傳動，各機架軋錕之間的速度實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制。</p><p>　　溫度是工業(yè)對象中一個主要的被控參數(shù)，它是一種常見的過程變量，因為它直接影響燃燒、化學(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行溫度控制，都沒有取得很好的控制效果。如今，隨著以微機為核心的溫度控制技術(shù)不斷發(fā)展，用微機取代常規(guī)控制已成必然，因為它確保了生產(chǎn)過程的正常進行，提高了產(chǎn)品的數(shù)量與質(zhì)量，減輕了工人的勞動強度以及節(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>　　實踐證明，用于工業(yè)生產(chǎn)中的爐溫控制的微機控制系統(tǒng)具有高精度、功能強、經(jīng)濟性好的特點，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>　　單片機具有集成度高，運算快速快，體積小、運行可靠，價值低廉，因此在過程控制、數(shù)據(jù)采集、機電一體化、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)計是本課程教學(xué)中極為重要的實踐性教學(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踐的橋梁作用。</p><p>　　(1)通過課程設(shè)計，使學(xué)生進一步鞏固、深化和擴充在直流調(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，達到培養(yǎng)學(xué)生獨立思考、分析和解決實際問題的能力。</p><p>　　（2）通過課程設(shè)計，讓學(xué)生獨立完成一項直流調(diào)速系統(tǒng)課題的基本設(shè)計工作，達到培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識和實際查閱相關(guān)設(shè)計資料能力的目的。</p><p>　　（3）通過課程設(shè)計，使學(xué)生熟悉設(shè)計過程，了解設(shè)計步驟，掌握設(shè)計內(nèi)容，達到培養(yǎng)學(xué)生工程繪圖和編寫設(shè)計說明書能力的目的，為學(xué)生今后從事相關(guān)方面的實際工

10、作打下良好基礎(chǔ)。</p><p>　　本次課程設(shè)計分為兩大部分，分別是調(diào)速技術(shù)部分和計算機控制部分。</p><p><b>　　2 調(diào)速技術(shù)部分</b></p><p>　　2.1 題目名稱 </p><p>　　十機架連軋機分部傳動直流調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計</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，連軋機則是冶金行業(yè)的大型設(shè)備。其主要特點是被軋金屬同時處于若干機架之中，并沿著同一方向進行軋制，最終形成一定的斷面形狀。每個機架的上下軋輥共用一臺電機實行集中拖動，不同機架采用不同電機實行部分傳動，各機架軋輥之間的速度實現(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。</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>　?。?）直流電動機的選擇。</p&g

14、t;<p>　　本次課程設(shè)計采用Z2-52型直流電動機。</p><p>　?。?）電動機供電方案的選擇</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)，可以近似在電機最大電流（轉(zhuǎn)矩）受限的條件下，充分利用電機的允許過載能力，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)矩馬上與負載相平衡，從而轉(zhuǎn)入穩(wěn)態(tài)運行，此時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)置了兩個調(diào)節(jié)器，分別調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速和電流，二者之間實行串級聯(lián)接，這樣就可以實現(xiàn)在起動過程中只有電流負反饋，而它和轉(zhuǎn)速負反饋不同時加到一個調(diào)節(jié)器的輸入端，到達穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速后，只靠轉(zhuǎn)速負反饋，不靠電流負反饋發(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 主電路的計算</p><p>　?。?）整流變壓器的計算</p><p>　?、僬髯儔浩麟妷河嬎?lt;/p><p>　　整流變壓器的一次側(cè)與電網(wǎng)相連，該設(shè)計一次側(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)，可按下式近似計算</p><p>　　，取。 </p><p>　　三相全控橋式整流電路的計算系數(shù)，。其他參數(shù)，；取，則；。</p><p>　?、谡髯儔浩麟娏饔嬎?lt;/

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、負載性質(zhì)和電動機額定電流有關(guān)，根據(jù)三相橋式全控整流得二次側(cè)電流</p><p><b>　?。?lt;/b></p><p>　　根據(jù)，得 </p><p>　　考慮變壓器自身的勵磁電流，乘以系數(shù)得到。</p><p><b&

21、gt;　?、圩儔浩魅萘康挠嬎?lt;/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]實際情況，系統(tǒng)應(yīng)保留足夠大裕量。 晶閘管實際承受的最大峰值電壓，乘以（2～3）倍的安全裕量

23、，參照標準電壓等級，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，應(yīng)留有足夠的裕量，通?？紤]選擇1.5～2倍的安全裕量。</p><p>　　(3)

24、晶閘管保護環(huán)節(jié)的計算</p><p>　　晶閘管有換相方便，無噪音的優(yōu)點。設(shè)計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、過電流保護措施。正確的保護是晶閘管裝置能否可靠地正常運行的關(guān)鍵。 </p><p>　?、俳涣鱾?cè)過電壓保護措施</p><p>　

25、　圖2.3 交流側(cè)阻容吸收保護</p><p>　　阻容吸收保護：為了避免接通、斷開交流側(cè)電源時出現(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>　　—變壓器勵磁電流百分數(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</b></p><p>　　壓敏電阻的標稱電壓 </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：直流側(cè)過電壓保護可以用阻容或壓敏電阻保護，但采用阻容保護容易影響系統(tǒng)的快速性，并造成加大，一般只用壓敏電阻作過壓保護。</p><p>　　壓敏電阻的標稱電壓，取230V。 </p><p>　　晶閘管及整流二極管兩端的過電壓保護 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)阻容保護電路的方法，阻容保護元件參數(shù)可以根據(jù)查經(jīng)驗數(shù)據(jù)表得到。</p><p>　　表1.1 阻容保護的原件參數(shù)</p><p>　?、圻^電流保護 快速熔斷器是最簡單有效的過電流保護器件，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，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．交流進線電抗器限制措施，交流進線電抗器LB的計算公式為</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、流時磁環(huán)不飽和，電感量大，達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)斷時間。</p><p>　　（4）平波電抗器的計算</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)電動機電樞電感</b>

32、;</p><p>　　式中為計算系數(shù)，對于一般無補償繞組電動機取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，電流連續(xù)和脈動要求能同時滿足。</p><p>　　2.3.3 觸

34、發(fā)電路的選擇與校驗</p><p>　　KC系列集成觸發(fā)電路，其優(yōu)點是體積小，功耗低，調(diào)試方便，性能穩(wěn)定可靠。其缺點是移相范圍小于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 控制電路的計算</p><p>　?。?）給定電源和給定環(huán)節(jié)的設(shè)計</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15V的電源，用一個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)計與計算、調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)參數(shù)設(shè)計</p><p>　?、贉y速發(fā)電機的選擇 有電機參數(shù)可知選用的直流測速發(fā)電機的參數(shù)有:額定電壓ETG=40V，=2000r/min 負載電阻RTG=2KΩ的電位器。由于主電動機的額定轉(zhuǎn)速為1450

38、r/min，因此測速發(fā)電機發(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)速負反饋環(huán)節(jié) 設(shè)轉(zhuǎn)速反饋濾波時間常數(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電流負反饋環(huán)節(jié) 設(shè)電流反饋濾波時間常數(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</p><p>　　(1)電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計</p>

40、<p>　　1）確定時間常數(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>　　因為電流超調(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)機器的比例系數(shù)</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器的超前時間系數(shù)</p><p>　　3）電流調(diào)節(jié)器參數(shù)計算：</p><p>　　電流調(diào)節(jié)器超前時間常數(shù)=

42、=0.03s，又因為設(shè)計要求電流超調(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)小時間常數(shù)近似處理條件：</p><p><b>

44、;　　，滿足條件。</b></p><p>　　5） 計算調(diào)節(jié)器的電阻和電容</p><p>　　取運算放大器的=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 </p><p><b>　　1）確定時間常數(shù)：</b></p><p>　　有則，已知轉(zhuǎn)速環(huán)濾波時間常數(shù)=0.01s，故轉(zhuǎn)速

46、環(huán)小時間常數(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)器的超前時間常數(shù)</p><p>　　3）計算轉(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)小時間常數(shù)近似處理條件為：，滿足近似條件。</p><p>　　5）計算調(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，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環(huán)節(jié)</p><p>　　通常作為一個組合體來討論，所以將觸

52、發(fā)器歸到主電路進行建模。</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，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)取默認值，仿真理想就為默認值，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行優(yōu)化。</p><p>　　4)直流電動機的建模和參數(shù)設(shè)置</p><p>　　雙擊直流電動機的圖標，打開電動機的參數(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)矩均按計算的實際值設(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、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>　　①主電路的建模和參數(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、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、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>　　①主電路的建模和參數(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>　　②控制電路的建模與仿真</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 計算機控制部分（1）</p><p>　　1 題目名稱：對溫控系統(tǒng)進行建模及Matlab仿真</p><p>　　溫度是工業(yè)對象中一個主要的被控參數(shù)，它是一種常見的過程變量，因為它直接影響燃燒、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)，以利于進行工件的加工與處理。</p><p>　　本設(shè)計以80C51單片機為核心控制器件，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，進而控制電爐溫度，最終設(shè)計了一個滿足要求的電阻爐微型計算機溫度控

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)計要求 </b></p><p>　　基于單片機的電阻爐爐溫的自動控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)達到工藝要求的性能指標。</p><p>　　設(shè)計內(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，采用雙向可控硅進行控制。</p><p><b>　　主要包括：</b></p><p>　?、?計算機爐溫系統(tǒng)整體設(shè)計和組成；</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)計和比較；</p><

66、;p>　?、?繪圖：繪出設(shè)計調(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)計功能及其提供的控制系統(tǒng)工具箱進行溫度控制系統(tǒng)的仿真驗證，實現(xiàn)對溫度控制的時域性能分析、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>　　整個爐溫控制系統(tǒng)由兩大部分組成。一部分由計算機和A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路組成。主要完成溫度采集，PID運算，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可編程定時器/計數(shù)器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入單片機。在CPU中進行數(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，則進行PID調(diào)節(jié)后，輸出控制信號，驅(qū)動電加熱絲加熱，達到溫度控制的目的。<

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</p><p>　　2.3.1 單片機系統(tǒng)設(shè)計</p><p>　　單片微型計算機簡稱單片機。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、定時器/計數(shù)器以及串行通訊接口等制作在一塊集成芯片中，構(gòu)成一個完整的微型計算機。

71、MCS-51系列屬高檔單片機，該系統(tǒng)采用8051單片機作為該控制系統(tǒng)的核心，實現(xiàn)對溫度的采集、檢測和控制。單片機控制A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換得二進制溫度數(shù)據(jù)，并對其進行數(shù)字濾波、標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)通角和接通時間，從而改變電路的輸出功率，達到調(diào)溫作用。單片機電路圖如圖2-3所示。</p><p>　　圖2-3 單片機系統(tǒng)電

72、路圖</p><p>　　2.3.2 單片機系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計</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)換成運算放大器的輸出電壓變化。為一個精密穩(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，此級運算放大器的電壓變化范圍為0.5～1V。此電壓送到下一級運放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開關(guān)器件, 因此又被稱為“無觸點開關(guān)”。</p><p>　　當(dāng)PC0輸出高電平時, 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, 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，可達到無觸點無火花地接通和斷開電路的目的，因此又被稱為“無觸點開關(guān)”，它問世于70年代，由于它的無觸點工作特性，使其在許多領(lǐng)域的電控及計算機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)計模擬量輸入通道如圖2-8所示的是輸入通道的擴展圖，利用8051單片機和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EOC=1，而如果設(shè)單片機的外部中斷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的時鐘輸入。</p><p>　　圖2-8 模擬量輸入通道擴展電路圖</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是單片機與D

79、AC0832組成的輸出通道的擴展，圖中單片機與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 模擬量輸出通道擴展電路圖</p><p><b>　　二、 報警系統(tǒng)</b&g

80、t;</p><p>　　圖2-10 報警電路原理圖</p><p>　　在計算機控制系統(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。其方法就是把計算機采集的數(shù)據(jù)經(jīng)計算機進行數(shù)據(jù)處理、數(shù)字濾波、標度變換之后，與該參數(shù)上、下限給定值進行比較，如果高于上限，則報警，否則就作為采樣正常值，以便進行顯示和控制。</p&g

81、t;<p>　　在這里我們?yōu)榱耸瓜到y(tǒng)簡化，不采用軟件報警的方法而是采用相比較下簡單的硬件直接報警方法。這種報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行的。當(dāng)檢測值超過上限或低于下限時，節(jié)點開關(guān)閉合，從而產(chǎn)生報警信號。這類報警系統(tǒng)如圖2-10，在圖中，SL1與SL2分別為被測參數(shù)的上限，下限報警節(jié)點。當(dāng)被測參數(shù)處于正常范圍時，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，其中的一個節(jié)點就會閉合，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，讀入報警狀態(tài)P1.0和P1.1，然后從P1.2和P1.3輸出，完成越限報警。</p><p><b>　　鍵盤電路</b></p><p>　　我們采用獨立式按鍵。所謂獨立式按鍵就是每個按鍵各接一根輸入線，各個按鍵的工作狀態(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可編程并行口擴展的獨立式按鍵電路。當(dāng)某一按鍵未被按下時，對應(yīng)位為1；當(dāng)按鍵按下時，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，就是單片機定時地對顯示器件掃描。在這種方法中，顯示器件分時工作，每次只能有一個器件顯示，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，則可造成多位同時亮的假想，達到顯示的目的。動態(tài)顯示方式的優(yōu)點是使用硬件少，因而價格低。但它占用機時長，只要單片機不執(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 </p><p>　　整個溫度控制系統(tǒng)是在應(yīng)用程序的控制下工作的?？刂葡到y(tǒng)的工作由實時測量、實時決策和實時控制三部分組成。應(yīng)用程序包括數(shù)據(jù)采集、控制運算、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)（個位）</p><p>　　BT1 EQU 57H

90、 ；溫度二進制碼顯示緩沖區(qū)（高位）</p><p>　　BT2 EQU BT1+1 ；溫度二進制碼顯示緩沖區(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 ；報警允許標志</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)堆棧標志</p><p>　　CLR F0 ；報警標志清零</p><p>　　MOV TMOD，#01H ；定時器0初始化（方式1）</p><p>　　MOV TL0，#0B0H ；定時器100ms定時

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

95、t;/p><p>　　SETB TRO ；啟動定時器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>　　— 積分時間；</b></p><p><b>　　— 微分時間。</b></p><p>　　2、PID參數(shù)整定方法</p>&

101、lt;p>　　（1） 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法首先通過實驗，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，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>　?。?）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，對參數(shù)實行先比例，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、積分時間有利于減小靜差，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定，但積分作用太強會使系統(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，同時有利于加快系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)速度，減少調(diào)整時間，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>　?。?）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)計要求，則必須加入積分環(huán)節(jié)。 </p><p>　?。?）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模塊實現(xiàn)PID控制算示。設(shè)采樣時間Ts=10s，被控對象為： </p><p>　　表2-1 整定控制參數(shù)</p><p>　　利用延時時間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>　　實驗步驟：</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，選定仿真時間，得到S形曲線，確定系統(tǒng)延時時間L、放大系數(shù)K和時間常數(shù)T；</p><

108、;p>　?、?根據(jù)表2-1選擇Kp，對系統(tǒng)進行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>　?、?對P，PI，PID控制的階躍響應(yīng)曲線進行比較分析，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Kpi=2.7積分時間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Kpid=3.6,積分時間Ti=22，微分時間為5。</p><p>　　三 計算機控制部分（2）</p><p>　　1

111、 題目名稱：以MCS-51系列單片機為核心的計算機控制系統(tǒng)</p><p><b>　　2 設(shè)計內(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)計要求：</b></p><p>　　① 發(fā)揮獨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>　?、?畫出單片機外部電路原理圖。</p><p>　　③ 編制程序，并調(diào)試運行。</p><p>　?、?設(shè)計電氣控制原理圖（用Protel軟件繪制

113、） </p><p>　?、?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 擴展2732A EPROM</p><p>　　圖2-2是2732A與8031的硬件連接圖。因為2732A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、中只擴展一片程序存儲器EPROM，故2732A的片選端接地。</p><p>　　圖2-2 擴展2732A EPROM</p><p>　　2、6264靜態(tài)RAM</p><p>　　6264是8K×8位的靜態(tài)隨機存儲芯片，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/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，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