電機(jī)控制：電機(jī)的微機(jī)控制

1、六、電機(jī)的微機(jī)控制,6.1 電機(jī)的微機(jī)控制概述,一、電機(jī)采用微機(jī)控制的意義和作用,在 20世紀(jì) 80年代之前，電機(jī)控制都是由模擬電路來實(shí)現(xiàn)，控制信號(hào)都是模擬量，使得控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制精度不高 從 20世紀(jì) 80年代起,微處理器、單片微機(jī)得到飛速發(fā)展，其運(yùn)行速度加快，運(yùn)算精度提高，處理能力增強(qiáng)，功能更加豐富，結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，可靠性越來越高，已有足夠能力完成實(shí)時(shí)性很強(qiáng)的電機(jī)控制要求 到了90年代，微機(jī)技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，出現(xiàn) 32位信號(hào)處理器 （DSP）以及精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī) （RISC）其強(qiáng)大的功能已使微機(jī)全數(shù)字控制的交流調(diào)速系統(tǒng)性能和精度優(yōu)于模擬控制，使電機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)成為工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中的一級(jí)執(zhí)行機(jī)

2、構(gòu)。 目前，工業(yè)先進(jìn)國(guó)家應(yīng)用的交流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)已基本實(shí)現(xiàn)全部微機(jī)數(shù)字化控制,微機(jī)控制的電機(jī)控制系統(tǒng),圖 6-1 微機(jī)控制的電機(jī)控制系統(tǒng)框圖,系統(tǒng)簡(jiǎn)介,系統(tǒng)中，電機(jī)是被控制對(duì)象，微機(jī)起控制器的作用，對(duì)給定、反饋等輸入進(jìn)行加工，按照選定的控制規(guī)律形成控制指令，輸出數(shù)字控制信號(hào)。 輸出的數(shù)字量信號(hào)有的經(jīng)放大后可直接驅(qū)動(dòng)諸如變流裝置的數(shù)字脈沖觸發(fā)部件，有的則要經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換變成模擬量，再經(jīng)放大后對(duì)電機(jī)有關(guān)量進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。 系統(tǒng)采用閉環(huán)控制時(shí),反饋量由傳感器檢測(cè)。 電機(jī)運(yùn)行的給定控制參數(shù)和運(yùn)行指令可以通過鍵盤、撥盤、按鈕等輸入設(shè)備送入，電機(jī)運(yùn)行的數(shù)據(jù)、狀態(tài)可通過顯示、打印等輸出設(shè)備得到及時(shí)反映,微機(jī)在

3、電機(jī)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的主要功能,邏輯控制功能 可以代替模擬、數(shù)字電子線路和繼電控制電路實(shí)現(xiàn)邏輯控制。 運(yùn)算、調(diào)節(jié)和控制功能 可以利用軟件實(shí)現(xiàn)各種控制規(guī)律，特別是較復(fù)雜的控制規(guī)律。 自動(dòng)保護(hù)功能 可以對(duì)電源的瞬時(shí)停電、失壓、過載，電機(jī)系統(tǒng)的過流、過壓、過載，功率半導(dǎo)體器件的過熱和工作狀態(tài)進(jìn)行保護(hù)或干預(yù)，使之安全運(yùn)行。 故障監(jiān)測(cè)和實(shí)時(shí)診斷功能 可以實(shí)現(xiàn)開機(jī)自診斷、在線診斷和離線診斷,電機(jī)系統(tǒng)采用微機(jī)控制具有的優(yōu)越性,容易獲得高精度的穩(wěn)態(tài)調(diào)整性能 可獲得優(yōu)化的控制質(zhì)量 能方便靈活地實(shí)現(xiàn)多種控制策略 提高系統(tǒng)工作的可靠性,不足,由于數(shù)字控制一般是由一個(gè) CPU 來實(shí)現(xiàn)的，具有串行工作的特點(diǎn)，相比模擬控制

4、中的多個(gè)模擬器件并行工作方式，數(shù)字控制的確存在一個(gè)運(yùn)算速度的問題，這需要通過選用高速微機(jī)或多微機(jī)并行處理來解決,二、電機(jī)控制中應(yīng)用的微機(jī),1.微處理器 8位機(jī)：如 Intel8080、Intel8085、Z80、MC6800等 用于動(dòng)態(tài)響應(yīng)及調(diào)節(jié)精度要求不很高“控制功能較簡(jiǎn)單的調(diào)速系統(tǒng) 16位機(jī):如 Intel8086、Z8000、MC6800等 有很強(qiáng)的尋址能力、較高的運(yùn)算速度，較短的指令執(zhí)行時(shí)間 使用中常將微處理器和程序存儲(chǔ)器 EPROM、隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM、定時(shí)/計(jì)數(shù)器、并行及串行 I/O口等電路組合在一起，做成通用微型計(jì)算機(jī)或工控（微型計(jì)算）機(jī)來使用,2. 單片微型計(jì)算機(jī)（單片機(jī),將

5、 一 臺(tái) 微 型 計(jì) 算 機(jī) 所 應(yīng) 具 有 的 功 能 電 路 （如 中 央 處 理 器CPU，程序存儲(chǔ)器 ROM或 EPROM，隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器，輸入/輸出接口等）集成在單一芯片上做成的計(jì)算機(jī) 8位機(jī)： MCS-51系列、6801 、MC68HC11、Z8、80C51系列 16位機(jī)：MCS-96系列、MK68200系列、HPC1604系列 其中 MCS-96系列是在我國(guó)較流行的十六位單片機(jī) 232個(gè)字節(jié)構(gòu)成的寄存器陳列中每一個(gè)單元均可當(dāng)作累加器使用，使 MCS-96系列單片機(jī)如同有 232個(gè)累加器，從而大大加快了CPU的數(shù)據(jù)處理能力和速度 有高速輸入/輸出單元 HSI及

6、 HSO，它們無須 CPU 的干預(yù)就能自動(dòng)依靠定時(shí)器等硬件電路支持高速地完成輸入、輸出操作，也就加快了微機(jī)的信息處理速度,32位機(jī)DSP：TMS320C24X 指令周期 50ns，包括乘法指令 具有 PLL鎖相環(huán)時(shí)鐘模塊 544字 16位的片內(nèi) RAM，8K字 16位的閃存 8路 10位 A/D轉(zhuǎn)換通道，最快轉(zhuǎn)換速度 1.7us 多達(dá) 12路 PWM輸出，死區(qū)時(shí)間可編程；片內(nèi)還專門設(shè)計(jì)了生成電壓空間矢量 PWM的硬件電路 4個(gè)接收單元，其中兩個(gè)可用于光電解碼正交脈沖的直接輸入 2個(gè) 16位定時(shí)器；26個(gè)I/O口，6個(gè)外部中斷及定時(shí)監(jiān)控器(看門狗)，此外還有串行通訊模塊、串行外設(shè)接口模塊等,三、

7、電機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā),1.任務(wù)確定 對(duì)電機(jī)控制系統(tǒng)的運(yùn)行特點(diǎn)進(jìn)行深入分析 論證引入微機(jī)控制的必要性 估算引入后帶來的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)綜合效果，力爭(zhēng)要有較高的性能/價(jià)格比 確定電機(jī)控制系統(tǒng)中哪些功能采用微機(jī)來實(shí)現(xiàn)，或是采用微機(jī)全數(shù)字控制方案,2.總體方案 (1)合理選擇微機(jī)機(jī)型及 I/O接口電路是整個(gè)電機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的核心 字長(zhǎng) 內(nèi)存容量 外設(shè)和I/O接口擴(kuò)充能力 運(yùn)算速度 微機(jī)型式 (2)根據(jù)系統(tǒng)的功能和技術(shù)指標(biāo)，選擇合適的控制方法，合理劃分硬件、軟件的分工,3.硬件設(shè)計(jì) 首先要在器件選用上盡可能地采用高集成度、能完成專門功能的數(shù)字器件(如單片微機(jī)，可編程邏輯門陣列等) 其次要切實(shí)注意系統(tǒng)

8、的電磁兼容性 (EMC)，要使所研制的微機(jī)系統(tǒng)既有抗外界電磁干擾的能力，本身又不要成為一個(gè)對(duì)外的電磁干擾源 值得指出的是電機(jī)控制系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性與控制系統(tǒng)抗干擾的能力有很大關(guān)系。電機(jī)控制系統(tǒng)是一個(gè)交流與直流共存、強(qiáng)電與弱電共存、模擬量與數(shù)字量共存、變流過程中有用的基波與有害的諧波共存的復(fù)雜電磁、電子系統(tǒng)，這會(huì)使得微機(jī)數(shù)字控制的正常工作受到很大干擾和威脅,4. 軟件編程,控制軟件一般由主程序、若干子程序及中斷處理程序構(gòu)成。 為了提高實(shí)時(shí)性，中斷處理程序應(yīng)當(dāng)盡量短些，只需完成基本的、必不可少的工作。 一些實(shí)時(shí)性要求不高的命令處理、表格計(jì)算、數(shù)據(jù)顯示等，都應(yīng)由主程序去完成,程序開發(fā)方法 自底向上開發(fā)

9、 首先對(duì)最低層模塊(子程序)進(jìn)行編寫，然后編寫出一個(gè)測(cè)試用的主程序來測(cè)試、調(diào)試每一個(gè)子程序。當(dāng)這些低層模塊正常工作后，再利用它們來開發(fā)較高層的模塊 自頂向下開發(fā) 先對(duì)最高層模塊(主程序)進(jìn)行編寫，測(cè)試和調(diào)試，然后轉(zhuǎn)入對(duì)低層模塊(子程序)進(jìn)行編寫，同時(shí)進(jìn)行測(cè)試和調(diào)試。最后，對(duì)正式完成的全部程序進(jìn)行測(cè)試。 這種方法一般適合于采用高級(jí)語言進(jìn)行程序設(shè)計(jì),5. 系統(tǒng)調(diào)試,對(duì)于大型的電機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)，只要設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)硬件線路作適當(dāng)安排，配置適當(dāng)?shù)谋O(jiān)控軟件就可直接進(jìn)行軟、硬件調(diào)試。 對(duì)于采用單片機(jī)的電機(jī)控制系統(tǒng)，必須要借助于仿真器之類的開發(fā)工具來調(diào)試目標(biāo)程序。 樣機(jī)調(diào)試成功后，即可將目標(biāo)程序固化在單片機(jī)內(nèi)部或外

10、部 EPROM中，完成整個(gè)電機(jī)微機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā)過程,6.2 電機(jī)微機(jī)控制中的基礎(chǔ)技術(shù),一、反饋量的檢測(cè),1.電流的檢測(cè) (1)電阻采樣,圖 6-2 電阻采樣光電隔離式電流檢測(cè),2)磁場(chǎng)平衡式霍爾電流檢測(cè)器 (LEM 模塊,優(yōu)點(diǎn) 測(cè)量精度高 線性度好 響應(yīng)快 隔離徹底,3)電流互感器,對(duì)于交 流 電 流 的檢 測(cè)，可 以 采 用 電 流 互 感 器 獲得電流信號(hào)，通過整流變?yōu)閱螛O性的直流電壓后，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換讀入微機(jī)。 異步采樣 采樣周期 T與整流電壓周期間無約制關(guān)系，電壓周期可能隨時(shí)間變化但采樣周期恒定不變。 同步采樣 采樣周期與整流電壓周期保持嚴(yán)格的同步關(guān)系，采樣周期跟隨整流電壓周期比例變化

11、，兩者保持同步關(guān)系,2. 電壓的檢測(cè),直流電壓的檢測(cè) 采用分壓的辦法，對(duì)分壓電阻上的部分電壓進(jìn)行采樣，讀入微機(jī)。 交流電壓檢測(cè) 采用電壓互感器降壓和隔離。 如果被測(cè)電壓頻譜范圍廣、動(dòng)態(tài)響應(yīng)要求高，此時(shí)可以采用磁場(chǎng)平衡式霍爾電壓傳感器進(jìn)行電壓測(cè)量和隔離,3. 轉(zhuǎn)速的檢測(cè),1)測(cè)速發(fā)電機(jī)測(cè)速 采用直流測(cè)速發(fā)電機(jī)產(chǎn)生與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比的速度電壓!適當(dāng)濾波后經(jīng) A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，反饋給微機(jī)。 當(dāng)電機(jī)作正、反轉(zhuǎn)時(shí)，速度電壓將有正、負(fù)值，應(yīng)采用雙極性的 A /D轉(zhuǎn)換電路，如圖 6-7所示,2)脈沖發(fā)生器測(cè)速,這是采用微機(jī)中的定時(shí)/計(jì)數(shù)器對(duì)脈沖發(fā)生器的輸出脈沖計(jì)數(shù)而實(shí)現(xiàn)的速度檢測(cè)方法 M 法 設(shè)在規(guī)定的檢測(cè)

12、時(shí)間 TC內(nèi)測(cè)得脈沖發(fā)生器輸出脈沖個(gè)數(shù)為 m1則轉(zhuǎn)數(shù)為 (r/min) 其中P為脈沖發(fā)生器轉(zhuǎn)一周產(chǎn)生的脈沖數(shù),T法 設(shè)脈沖發(fā)生器輸出的一個(gè)脈沖周期內(nèi)，對(duì)頻率為f0 的高頻時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)值為m2, 則轉(zhuǎn)數(shù)為 (r/min,特點(diǎn)： M法測(cè)速時(shí)，轉(zhuǎn)速越低計(jì)數(shù)脈沖數(shù) m1越少，測(cè)量誤差越大，故較適合于測(cè)量高速。 T法測(cè)速時(shí)，轉(zhuǎn)速越高一個(gè)脈沖周期內(nèi)的高頻時(shí)鐘脈沖數(shù)m2 越少, 測(cè)量誤差也越大, 故較適合于測(cè)量低速,M/T法,3)轉(zhuǎn)向判別,圖6-10 轉(zhuǎn)向判別原理,原理 進(jìn)行轉(zhuǎn)向判別時(shí)，應(yīng)采用互差 1/4周期的兩個(gè)脈沖發(fā)生器 A、B，它們發(fā)出的脈沖信號(hào)分別送至 D觸發(fā)器的 D端和 CP端，如圖 6-10(a

13、)所示 正轉(zhuǎn)時(shí)，脈沖 A超前脈沖 B 90度，CP正跳變時(shí) D=1，故輸出 Q=1 反轉(zhuǎn)時(shí)脈沖 B超前脈沖 A 90度，CP正跳變時(shí) D=0，故輸出 Q=0，因此由 D觸發(fā)器的輸出邏輯值即可判別出轉(zhuǎn)向,二、晶閘管的微機(jī)數(shù)字觸發(fā),把計(jì)算出的移相角 換算成對(duì)應(yīng)的時(shí)間，從自然換流點(diǎn)開始用定時(shí)器進(jìn)行計(jì)時(shí)，延時(shí)時(shí)間到后即向相應(yīng)晶閘管發(fā)出觸發(fā)脈沖使其導(dǎo)通。 改變定時(shí)時(shí)間常數(shù)即可改變延時(shí)時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)晶閘管的移相控制,1. 電源狀態(tài)與同步脈沖的產(chǎn)生,三相可控整流電路如圖 6-11所示： 晶閘管元件為120度導(dǎo) 通型，每隔60度換流一次，換流順序?yàn)閂T1-VT2 -VT3-VT4-VT5-VT6 移相觸發(fā)范圍

14、為180度，其中 090時(shí)工作于整流狀態(tài)； 90 180時(shí)工作于有源逆變狀態(tài),圖6-11 三相橋式可控整流電路,同步脈沖與電源信號(hào),為了達(dá)到觸發(fā)脈沖與主電路晶閘管的準(zhǔn)確同步和移相，必須獲得 =0的元件自然換流點(diǎn)位置，以此作為定時(shí)器延時(shí)的起點(diǎn)時(shí)刻 認(rèn)相過程： 通過三個(gè)電壓過零比較器變成方波電平信號(hào) S1、S2、S3，可獲得每個(gè)區(qū)間的三相電源狀態(tài)信號(hào)S1、S2、S3，若知各區(qū)間的電源狀態(tài)，便可推知當(dāng)前主回路應(yīng)觸發(fā)的一對(duì)晶閘管，這就是認(rèn)相過程,圖6-12 同步脈沖與電源信號(hào),2. 脈沖分配規(guī)律,由于僅用一個(gè)定時(shí)器，其最大定時(shí)延遲角被限制為 60。但實(shí)際給定移相角要求在 0180范圍變化，故必須將 角

15、按子區(qū)間換算成相應(yīng)的定時(shí)角 。表 6-1給出了給定移相角 、定時(shí)延時(shí)角 、觸發(fā)狀態(tài) s之間關(guān)系,表6-1 定時(shí)延時(shí)角折算表,觸發(fā)脈沖分配規(guī)律如下表,表6-2 脈沖分配規(guī)律,3. 定時(shí)時(shí)間常數(shù)計(jì)算,如果移相電壓(數(shù)字量)UK對(duì)應(yīng)于給定移相角 =1800,則定時(shí)角 的數(shù)值可通過UK取反求得，如表 6-4所示,表6-4 定時(shí)角,4. 補(bǔ)發(fā)脈沖原理,據(jù)以上脈沖分配規(guī)律，可以在觸發(fā)角給定不變的穩(wěn)定狀態(tài)下正確工作，但是在觸發(fā)角發(fā)生跨子區(qū)間改變時(shí)，有可能導(dǎo)致?lián)Q流失敗，必須采取補(bǔ)發(fā)脈沖的防范措施。如圖6-13所示,當(dāng) 由(060)范圍突變至(60120)或(120180)范圍時(shí)， 整流橋可無故障正常工作 當(dāng)

16、由(120180)范圍突變至(60120) 或(060)范圍時(shí)，將 構(gòu) 成 VT3、VT6的直通短路，導(dǎo)致?lián)Q流失敗，逆變顛覆。 由上分析，造成換流失敗的原因主要是丟失了一次順序的 VT4、VT5觸發(fā)過程。因此在這類移相角切換時(shí)必須要按換流順序在三相自然換流點(diǎn)處補(bǔ)發(fā)觸發(fā)脈沖。這樣，完整的微機(jī)數(shù)字觸發(fā)軟件流程圖應(yīng)如圖 6-14所示,圖6-13 移相觸發(fā)子區(qū)間的劃分,圖6-14 微機(jī)數(shù)字觸發(fā)中斷程序流程圖,三、數(shù)字PID控制算法,PID控制規(guī)律： 若采用微機(jī)來實(shí)現(xiàn)時(shí)，須將連續(xù)形式的微分方程離散為差分方程,加快運(yùn)算速度的算法改進(jìn),首先是將 PID的全量算法改為遞推算法 將式(6-10)減去式(6-11

17、)，可得,其次是減少運(yùn)算次數(shù)以加速計(jì)算速度,格式一 格式二,注意,在實(shí)際的控制系統(tǒng)中，控制變量實(shí)際輸出值往往受到調(diào)節(jié)器性能的約束(如放大器的飽和限幅)而限制在一定的范圍。 采用微機(jī)數(shù)字控制時(shí)，如果計(jì)算機(jī)輸出 u也是在上述范圍，那么 PID調(diào)節(jié)可以達(dá)到預(yù)期效果；但若超出上述范圍，則實(shí)際執(zhí)行的控制量 u被限幅，不再是計(jì)算值，這會(huì)使得被控制量的跟蹤過程比不受限幅的理論值長(zhǎng)。 為了克服計(jì)算中的積分飽和，須對(duì)以上PID算法加以改進(jìn),1)遇限削弱積分法,此法的基本思想是一旦控制量 u進(jìn)入飽和區(qū)，停止進(jìn)行增大積分項(xiàng)的運(yùn)算(積分不積累)，如圖 6-15所示,圖6-15遇限削弱積分法克服積分飽和,算法框圖如圖

18、6-16所示。即在計(jì)算第 k次調(diào)節(jié)器輸出變量 uk 時(shí)，先判斷上一時(shí)刻的輸出量u(k-1)是否已超出限制范圍。如果已超出，則根據(jù)偏差的符號(hào)判斷系統(tǒng)輸出是否在超調(diào)區(qū)域，因此決定是否將相應(yīng)偏差計(jì)入積分項(xiàng),圖6-16 遇限削弱積分 PID算法框圖,2)積分分離法,在計(jì)算開始時(shí)不作積分，直至偏差達(dá)到某一設(shè)定值后才進(jìn)行積分積累，以這樣的辦法不使積分項(xiàng)累積過大而出現(xiàn)積分飽和現(xiàn)象，如圖 6-17所示,圖6-17 積分分離法克服積分飽和 a 不采用積分法分離 b采用積分法分離,積分分離法的算法框圖如圖 6-18所示。當(dāng)偏差在給定范圍 以外時(shí)，僅相當(dāng)于比例微分(PD)算法，只有在 范圍以內(nèi)時(shí)才讓積分起作用，相當(dāng)

19、于完整的 PID算法，以做到系統(tǒng)無靜差,圖6-18 積分分離PID算法框圖,四、數(shù)字濾波技術(shù),與模擬的硬件濾波器相比具有的優(yōu)點(diǎn)： 數(shù)字濾波采用程序?qū)崿F(xiàn)，無需增加硬件設(shè)備，其可靠性高、穩(wěn)定性好 可對(duì)極低頻率(如 0.01Hz)信號(hào)濾波，模擬濾波器無法做到 可根 據(jù) 信 號(hào) 的不 同，采用不同的濾波方法或?yàn)V波參數(shù)，具有靈活、方便、功能強(qiáng)特點(diǎn),1.算術(shù)平均值法,此法是取 N 個(gè) 采樣 數(shù) 據(jù) Xi(I=1N)的算術(shù)平均 值作為濾波結(jié)果，即 (6-15) 當(dāng) N 較大時(shí)，平滑程度高，但靈敏度低，采樣信號(hào)的快速變化在濾波后的輸出中不易得到反映 當(dāng) N小時(shí)，靈敏度高，但平滑程度低 故此法適合于信號(hào)本身在某

20、一數(shù)值附近作少量上下波動(dòng)的情況，如電機(jī)穩(wěn)速控制時(shí)速度反饋信號(hào)的處理,2.滑動(dòng)平均值法,滑動(dòng)平均值法采用隊(duì)列作為測(cè)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，隊(duì)列的長(zhǎng)度固定為 N，每進(jìn)行一次新的采樣即把結(jié)果存入隊(duì)尾，扔掉原在隊(duì)首的一個(gè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行一次平均值計(jì)算。這樣，每次測(cè)量采樣后，就可算出一個(gè)新的算術(shù)平均值，提高了濾波計(jì)算速度,3.防脈沖干擾平均值法,先對(duì) N個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，去掉其中最大值和最小值，然后對(duì)剩下的(N-2)個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行算術(shù)平均。 為了加快計(jì)算速度，N 不能太大，常取 4或者 5，即四取二或五取三作平均。此法計(jì)算方便、快速，所需存儲(chǔ)量少，廣為應(yīng)用。一種適用 8031單片微機(jī)的平均值法算法子程序框圖如圖6-19所示,

21、圖6-19 平均值法數(shù)字濾波子程序框圖,10.3 直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的微機(jī)控制,一、晶閘管直流電動(dòng)機(jī)可逆調(diào)速系統(tǒng)的微機(jī)控制,從圖 6-20可以看出，該系統(tǒng)由三大部分構(gòu)成： 主回路： 由反并聯(lián)的兩組三相晶閘管全控整流器橋I、橋II構(gòu)成，從而可以實(shí)現(xiàn)四象限可逆運(yùn)行。 控制回路： 典型的雙閉環(huán)系統(tǒng)，即電流控制為內(nèi)環(huán)、速度控制為外環(huán)。速度反饋取自同軸直流發(fā)電機(jī) TG。 數(shù)字控制部分： 完成調(diào)速系統(tǒng)的邏輯無環(huán)流可逆運(yùn)行控制、速度及電流的閉環(huán)調(diào)節(jié)和兩組可控整流器的數(shù)字觸發(fā)功能,圖6-20微機(jī)控制晶閘管直流電動(dòng)機(jī)可逆調(diào)速系統(tǒng),控制過程,速度的數(shù)字給定 和速度的數(shù)字反饋 經(jīng)比較后得誤差信號(hào) ，經(jīng)速度調(diào)節(jié)的數(shù)字P

22、ID運(yùn)算后輸出 ，作為電流環(huán)的數(shù)字給定， 再與電流的數(shù)字反饋量 相比較后得誤差信號(hào) ，經(jīng)電流調(diào)節(jié)的數(shù)字 PID運(yùn)算后輸出 即為數(shù)字觸發(fā)器的脈沖移相信號(hào)。 經(jīng)數(shù)字觸發(fā)控制生成相應(yīng)移相角 的晶閘管觸發(fā)脈沖，經(jīng)功率放大和邏輯開關(guān)控制后送至有關(guān)晶閘管橋，實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)行控制,采樣周期的確定,采樣定理： 如果對(duì)一個(gè)具有有限頻譜的連續(xù)信號(hào) 進(jìn)行連續(xù)采樣，當(dāng)采樣頻率滿足 (6-16) 則采樣的離散信號(hào) 能無失真地復(fù)現(xiàn)原來的連續(xù)信號(hào) 。此處 為連續(xù)信號(hào) 的最高頻率， 為采樣頻率，由此采樣周期的理論值為 (6-17) 速度調(diào)節(jié)采樣周期：通常考慮到電機(jī)轉(zhuǎn)速變化相對(duì)緩慢，可 取速度調(diào)節(jié)采樣周期 Tn=10ms 電流調(diào)節(jié)

23、采樣周期：由于電樞電流變化較為迅速，同時(shí)考慮到三相 橋式可控整流 1/6周期才換流一次的事實(shí)，從 而可取電流調(diào)節(jié)采樣周期 Ti=3.33ms,二、直流電動(dòng)機(jī)可逆脈寬調(diào)速系統(tǒng)的微機(jī)控制,系統(tǒng)原理性框圖如圖 6-21所示 這也是一個(gè)電流、速度雙閉環(huán)系統(tǒng),圖6-21 微機(jī)控制直流電機(jī) PWM調(diào)速系統(tǒng),軟件編寫中定時(shí)器的選擇和使用,由于采用 GTR作功率開關(guān)器件，開關(guān)頻率一般取為 12KHz，因此電流環(huán)采樣周期取 Ti =1ms，速度環(huán)采樣周期取 Tn=10ms，可選定時(shí)器 T1來定時(shí)。 定頻調(diào)寬的時(shí)間 t1、(T-t1)可 選 定 時(shí) 器 T0來 定 時(shí)。 定時(shí)器 T1的中斷服務(wù)程序主要完成速度和電

24、流的控制。速度環(huán)中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)速度的PI調(diào)節(jié)，產(chǎn)生電流給定信號(hào)；電流環(huán)中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)電流的 PI調(diào)節(jié)，產(chǎn)生定時(shí)器 T0的定時(shí)時(shí)間常數(shù)。 定時(shí)器 T0的中斷服務(wù)程序?qū)崿F(xiàn)VT1、VT4、VT2、VT3的通斷，同時(shí)注意在VT1、VT4與VT2、VT3通、斷切換時(shí)用軟件形成死區(qū)時(shí)間，防止切換時(shí)橋臂直通短路,8.4 SPWM 變頻器的微機(jī)控制,SPWM波形的微機(jī)實(shí)現(xiàn)方法,表格法 隨時(shí)計(jì)算法 實(shí)時(shí)計(jì)算法,一、規(guī)則采樣法的基本原理,規(guī)則采樣法是用經(jīng)過采樣的正弦波(實(shí)際是正弦波的等效階梯波)與三角波相交，由交點(diǎn)決定脈沖寬度的方法。 由于等效階梯波可在一個(gè)采樣周期內(nèi)維持恒值，從而解決了交點(diǎn)的數(shù)學(xué)計(jì)算問題，故

25、能適合于微機(jī)的軟件計(jì)算,1.對(duì)稱規(guī)則采樣法,此法是只在三角載波的頂點(diǎn)或者底點(diǎn)處對(duì)正弦調(diào)制波采樣形成等效階梯調(diào)制波，階梯波再與三角波相交確定出脈沖寬度，如圖 6-22所示。 由于脈寬在一個(gè)采樣周期 Ts(亦即載波周期Tt)內(nèi)位置對(duì)稱，故稱對(duì)稱規(guī)則采樣,圖6-22 對(duì)稱規(guī)則采樣法,由圖,6-19,6-18,根據(jù)三角形相似關(guān)系可解出 a，則有,式中,稱為調(diào)制比，即正弦調(diào)制波幅值與三角載波幅值之比,采樣點(diǎn)時(shí)刻： (k=0，1，2， ，N1) 載波比： 脈沖寬度： 可見在規(guī)則采樣的情況下，只要知道采樣點(diǎn) ，就能確定出這個(gè)采樣周期內(nèi)的脈寬 及時(shí)間間隔,2.不對(duì)稱規(guī)則采樣法,不對(duì)稱規(guī)則采樣法： 既在三角波載

26、波的頂點(diǎn)處又在底點(diǎn)處對(duì)正弦波進(jìn)行采樣，這樣形成的等效階梯調(diào)制波與三角載波相交確定出的脈寬在一個(gè)載波周期 Tt 內(nèi)的位置是不對(duì)稱的，故稱為不對(duì)稱規(guī)則采樣,圖6-23 不對(duì)稱規(guī)則采樣法,在三角波頂點(diǎn)處采樣： 在三角波底點(diǎn)處采樣,6-24,6-25,解出式中的 a、b，從而可得,6-26,式中： 則脈寬為,k=0，2，4，6，頂點(diǎn)采樣,k=0，2，4，6，頂點(diǎn)采樣,6-27,6-28,不對(duì)稱規(guī)則采樣法與對(duì)稱規(guī)則采樣法的比較,不對(duì)稱規(guī)則采樣形成的階梯波比對(duì)稱規(guī)則采樣形成的階梯波更接近于正弦波，脈寬調(diào)制結(jié)果更接近于自然采樣法，逆變器輸出電壓基波含量更大。 當(dāng)載波比 N 為 3及 3的倍數(shù)時(shí)，輸出電壓不存在偶次諧波，其他高次諧波含量也小，故軟件方式生成 SPWM波時(shí)多采用不對(duì)稱規(guī)則采樣法,二、不對(duì)稱規(guī)則采樣型三相SPWM 控制算法,單位幅值的 A、B、C三相電壓采樣值為： 式中，k=0，1，2，3， ，(2N1)為采樣點(diǎn)序號(hào),6-29,三相 SPWM