畢業(yè)設計---提升機的電機調速系統(tǒng)設計

1、<p>　　提升機的電機調速系統(tǒng)設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　礦井提升機是采礦工業(yè)中聯(lián)系井下與地面的主要運輸工具。用于豎井和斜井提升煤炭、礦石、矸石以及升降人員、材料、工具和設備等。主軸裝置采用剖分式、整體式彈性結構卷筒，卷筒受力均勻、強度大、盤式制動器為油缸后置式，動作靈活，無油污制動盤，安全可靠；具有電氣延時二級制

2、動性能，并可在井口時自動解除；雙筒提升機設有徑向齒塊式調繩離合器；傳動部位可配置行星減速器或平行軸圓弧齒輪減速器。電氣具有必須的各種電器保護和連鎖裝置，根據(jù)要求提供動力制動。提升機在提升和下降的過程中一直伴隨著電動機的轉速變化，其轉速的變化主要依靠電機調速系統(tǒng)?？梢哉f電機調速系統(tǒng)在整個提升機系統(tǒng)中起著至關重要的作用。</p><p><b>　　目 錄</b></p><

3、;p>　　概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4</p><p>　　第二章 提升機的交流調速</p><p>　　2．1 提升機交流調速的現(xiàn)狀．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5</p><p>　　2、2 用單片機控制的交流調速的原理．．．．．．．．．．．7</p><p>　　第三章

4、 提升機交流調速系統(tǒng)的設計</p><p>　　3.1 調速系統(tǒng)總體方案設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15</p><p>　　3.2 提升機系統(tǒng)主回路的設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．16</p><p>　　3.3 元器件的選擇．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16</p><p>　　3

5、.4 轉差頻率控制原理及調節(jié)器的設計．．．．．．．．．．17</p><p>　　3.5 系統(tǒng)軟件的設計．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19</p><p>　　第四章 PWM控制信號的產生及變換器的設計．．．．．．．．．24</p><p>　　五 結束語．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26&l

6、t;/p><p>　　參考文獻．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27</p><p>　　致謝．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．28</p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p>　　礦井提升機是礦井井下和地面的工

7、作機械，是一種大型絞車。用鋼絲繩帶動容器（罐籠或箕斗）在井筒中升降，完成輸送物料和人員的任務。礦井提升機是由原始的提水工具逐步發(fā)展演變而來。現(xiàn)代的礦井提升機提升量大、速度高，已發(fā)展成為電子計算機控制的全自動重型礦山機械。 礦井提升機主要由電動機、減速器、卷筒（或摩擦輪）、制動系統(tǒng)、深度指示系統(tǒng)、測速限速系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)等組成，采用交流或直流電機驅動。按提升鋼絲繩的工作原理分纏繞式礦井提升機和摩擦式礦井提升機。纏繞式礦井提升機有單卷

8、筒和雙卷筒兩種，鋼絲繩在卷筒上的纏繞方式與一般絞車類似。單筒大多只有一根鋼絲繩，連接一個容器。雙筒的每個卷筒各配一根鋼絲繩，連接兩個容器，運轉時一個容器上升，另一個容器下降。纏繞式礦井提升機大多用于年產量在120萬噸以下、井深小于400米的礦井中。摩擦式礦井提升機的提升繩搭掛在摩擦輪上，利用與摩擦輪襯墊的摩擦力使容器上升。提升繩的兩端各連接一個容器，或一端連接容器，另一端連接平衡重。摩擦式礦井提升機根據(jù)布置方式分為塔式摩擦式礦井提升機（

9、機房設在井筒頂部塔架上）和落地摩擦式礦井提升機（機房直接設在地面上）兩種。按提升繩的數(shù)量又</p><p>　　提升機無論正轉、反轉，其工作過程是相同的，都有加速、穩(wěn)定運行、減速、爬行、制動停車五個階段。每一個提升循環(huán)運行的時間，與系統(tǒng)的運行速度、加速度及井深有關。各段加速度的大小根據(jù)工藝情況決定，運行的時間由操作工人根據(jù)現(xiàn)場的狀況自定。</p><p>　?。?）第一階段t1：車廂在井底

10、工作面裝滿煤后，由井底信號工發(fā)一個提升聯(lián)絡信號給地面井口信號操作工人，井口信號工再向車房操作工發(fā)出開車信號，然后將提升機司機根據(jù)相應的信號開機提升。重車啟動后，加速運行，在加速時間內，設備如果沒有問題，則再加速到正常運行速度。 （2）第二階段t2：重車以最大速度穩(wěn)定運行，一般這段時間最長。 （3）第三階段t3：提升機司機根據(jù)提升容器的深度指示，到減速段時減速，如減速時間設置較短時，變頻器制動單元和制動電阻起作用，不致因減

11、速過快而跳閘。 （4）第四階段t4：車減速到低速爬行，便于在規(guī)定的位置停車。 （5）第五階段t5：到停車位置時，變頻器立即停車，車減速到零，井口信號工向車房發(fā)一個停車聯(lián)絡信號，整個提升過程結束。</p><p>　　第二章 提升機的交流調速</p><p>　　2.1 提升機交流調速的現(xiàn)狀</p><p>　　隨著電力電子技術，計算機技術的不斷發(fā)展和

12、電力電子器件的更新?lián)Q代，變頻調速技術得到了飛速的發(fā)展。據(jù)資料顯示，現(xiàn)在有90%以上的動力源來自電動機。我國生產的電能60%用于電動機，電動機與人們的生活息息相關，密不可分，所以要對電動機的調速有足夠的重視。我們都知道，動力和運動是可以相互轉化的，從這個意義上說電動機也是最常見的運動源，對運動控制的最有效方式是對運動源的控制。因此，常常通過對電動機的控制來實現(xiàn)運動控制。實際上國外已將電動機的控制改名為運動控制。</p>&l

13、t;p>　　對電動機的控制可以分為簡單控制和復雜控制兩大類。簡單控制是指對電動機進行啟動、制動、正反轉控制和順序控制。這類控制可以通過繼電器、可編程器件和開關元件來實現(xiàn)。復雜控制是指對電動機的轉速、轉角、轉距、電壓、電流等物理量進行控制。而且有時往往需要非常精確的控制。以前，對電動機的簡單控制的應用較多，但是，隨著現(xiàn)代化步伐的前進，人民對自動化的需求也越來越高，使電動機的復雜控制逐漸成為主流，其應用領域極為廣泛。在軍事和雷達天線、

14、火炮瞄準、慣性導航、衛(wèi)星姿態(tài)、飛船光電池對太陽的控制等。工業(yè)方面的各種加工中心、專用加工設備、數(shù)控機床、工業(yè)機器人、塑料機械、繞線機、泵和壓縮機、軋機主傳動等設備的控制。計算機外圍設備和辦公設備中的各種磁盤驅動器、繪圖儀、打印機、復印機等的控制；音像設備和家用電器中的錄音機、數(shù)碼相機、洗衣機、冰箱空調、電扇等的控制，我們統(tǒng)統(tǒng)稱其為電動機的控制。</p><p>　　交流調速控制作為對電動機控制的一種手段。作用相當

15、明顯，這里就不再多做介紹，就交流調速系統(tǒng)目前的發(fā)展水平而言，可概括的如下：</p><p>　　（1）已從中容量等級發(fā)展到了大容量、特大容量等級。并解決了交流調速的性能指標問題，填補了直流調速系統(tǒng)在特大容量調速的空白。</p><p>　?。?）可以使交流調速系統(tǒng)具有高的可靠性和長期的連續(xù)運行能力，從而滿足有些場合不停機檢修的要求或對可靠性的特殊要求。</p><p&g

16、t;　?。?）可以使交流調速系統(tǒng)實現(xiàn)高性能、高精度的轉速控制。除了控制部分可以得到和直流調速控制同樣良好的性能外，異步電動機本身固有的優(yōu)點，又使整個系統(tǒng)得到更好的動態(tài)性能。采用數(shù)字鎖相控制的異步電動機變頻調速系統(tǒng)，調速精度可達到0.002%。</p><p>　　2、2用單片機控制的交流調速的原理</p><p>　　一、 微處理器（單片機）取代模擬電路作為電動機的控制器，具有如下特點：&

17、lt;/p><p>　?。?）使電路更簡單。模擬電路為了實現(xiàn)控制邏輯需要許多電子元件，使電路更復雜，采用微處理器后，絕大多數(shù)控制邏輯可通過軟件來實現(xiàn)。</p><p>　　（2）可以實現(xiàn)較為復雜的控制。微處理器具有更強的邏輯功能，運算速度快、精度高，有大容量的存儲單元。因此，有能力實現(xiàn)復雜的控制。</p><p>　　（3）靈活性和適應性。微處理器的控制方式是有軟件來實

18、現(xiàn)的，如果需要修改控制規(guī)律，一般不必改變系統(tǒng)的硬件電路，只須修改程序即可，在系統(tǒng)調試和升級時，可以不斷嘗試選擇最優(yōu)參數(shù)，非常方便。 </p><p>　　( 4 ) 無零點漂移，控制精度高。數(shù)字控制不會出現(xiàn)模擬電路中經(jīng)常遇見的零點漂移問題，無論被控量是大還是小，都可以保證足夠的控制精度。</p><p>　?。?）可以提供人機界面，多機連網(wǎng)工作。</p><p>　

19、　用工業(yè)控制計算機可謂功能強大，它有極高的速度，很強的運算能力和接口功能，方便的軟件功能，但是由于成本高，體積過大，所以只用于大型的控制系統(tǒng)，可編程控制器則恰好相反，它只能完成邏輯判斷、定時、記數(shù)和簡單的運算，由于功能太弱，所以它只能用于簡單的電動機控制。在民用生產中，通常用介于工控機和可編程控制器之間的單片機作為微處理器。本次設計就是用單片機作為電動機的控制器。</p><p>　　在設計中用單片機作為電動機的

20、核心控制元件來取代模擬電路，就可以將傳統(tǒng)的調速方案中的一些缺點避免，達到提高控制精度的目的。在本次設計中所用到的控制方式是用轉差頻率閉環(huán)控制。</p><p>　　轉速開環(huán)恒壓頻比調速系統(tǒng)雖然結構簡單，異步電動機在不同的頻率下都能夠獲得較硬的機械特性曲線，但是不能保證必要的調速精度；而且在動態(tài)過程中由于不能保持所需要的轉距，動態(tài)性能也很差，它只能用于對調速系統(tǒng)的動靜態(tài)性能要求都不高的場合。如果異步電動機能像直流電

21、動機一樣，用控制電樞電流的方法來控制轉距，那么就能夠得到和直流電動機一樣的動靜態(tài)性能。轉差頻率控制是一種解決異步電動機電磁轉距控制問題的方法，采用這種控制方案的調速系統(tǒng)，可以獲得與直流電動機恒磁通調速相似的性能。</p><p>　　轉差頻率控制的基本概念，原理</p><p>　　由式 可以得出異步電動機的機械特性方程式 令式中 ，它是轉差頻率。 又由式 即： 所以： 式中

22、 </p><p>　　由于異步電動機機械特性曲線上有一最大值，當轉差頻率小于臨界轉差頻率（對應于電磁轉距最大的轉差率）時，電動機運行在穩(wěn)定工作區(qū)，電動機的電流比較小；當轉差率大于臨界轉差率時，電動機進入不穩(wěn)定工作區(qū)，電動機的電流增大，轉距減小。所以在調速過程中要使電動機的轉差頻率小于臨界轉差率。也就是說，異步電動機穩(wěn)定工作時的轉差率很小，從而 也很小，可以認為 ， ，所以可近似寫成。此式表明，在轉差頻率很小的范

23、圍內，只要能夠保持氣隙磁通 不變，異步電動機的轉距就近似與轉差頻率成正比，這就是說，在異步電動機中控制，就能和直流電動機中控制電流一樣，能夠達到控制轉距的目的。控制轉差頻率就代表了控制轉距，這就是轉差頻率控制的基本原理。</p><p>　　轉差頻率控制的基本規(guī)律</p><p>　　上面只是近似找到了轉距與轉差頻率的正比關系，可以用它表明轉差頻率控制的基本原理，但是這一正比關系必須有兩個

24、條件才能成立。首先轉差頻率必須較小，即控制系統(tǒng)必須對限幅，使其滿足；其中，對應于最大轉距時的轉差頻率。這就是轉差頻率控制的基本規(guī)律之一。對限幅的功能由轉速調節(jié)器來實現(xiàn)。上述的第二個條件是氣隙磁通必須保持恒定。異步電動機可以控制的量是定子電流，而中包括勵磁電流分量和負載電流分量，只有保持勵磁電流分量恒定，才能使氣隙磁通 恒定，而和 均難以直接測量，若能找到，和 之間的函數(shù)關系。當負載改變引起變化時，只要調節(jié)，使保持不變，問題就解決了。&l

25、t;/p><p>　　圖1 轉差頻率控制的基本規(guī)律</p><p>　　根據(jù)并聯(lián)支路的分流公式</p><p>　　取等式兩側向量的副值相等，得：</p><p>　　令常數(shù)，可以看出圖1，它具有如下性質：（1），當=0時，，在理想空載時定子電流等于勵磁電流；（2），若值增大，定子電流也相應增大；（3），當時， ，這是曲線的漸近線；（4），為正

26、負值時，的對應值不變，左右對稱。上述關系表明：只要對定子電流和 的關系符合圖1或符合 的規(guī)律，就能保持氣隙磁通 恒定，這就是轉差頻率控制的基本規(guī)律之二，它有函數(shù)電流發(fā)生器來實現(xiàn)。</p><p>　　總結起來，轉差頻率控制的基本規(guī)律是：</p><p>　?。?）在的范圍內，轉距基本上與成正比，條件是氣隙磁通 恒定。</p><p>　?。?）定子電流和 的關系符

27、合圖1或式子 的規(guī)律，就能夠保證氣隙磁通 恒定。</p><p>　　轉差頻率控制的變頻調速系統(tǒng)實現(xiàn)上述轉差頻率控制的轉速閉環(huán)變頻調速結構原理圖如圖2所示，可以看出該系統(tǒng)具有以下特點：</p><p>　?。╝）采用電流源變頻器，使控制對象具有較好的動態(tài)響應，而且便于回饋制動，這是提高系統(tǒng)動態(tài)性能的基礎。</p><p>　　（b）和直流電動機雙閉環(huán)調速系統(tǒng)一樣，外

28、環(huán)是轉速環(huán)，內環(huán)是電流環(huán)，轉速調節(jié)器的輸出是轉差頻率給定值，代表轉距給定。</p><p>　?。╟）轉差頻率的控制作用分兩路，分別作用在可控整流器和逆變器上。前者通過函數(shù)發(fā)生器，按的大小產生相應的信號，再通</p><p>　　過電流調節(jié)器控制定子電流，以保持恒定，另一路按產生對于于定子頻率的控制電壓，決定逆變器的輸出頻率。</p><p>　?。╠）轉速給定信號

29、，，都反向，相序鑒別器判斷的極性以決定環(huán)形分配器的輸出相序，而信號本身則經(jīng)過絕對值變換器決定輸出頻率的大小，這樣就很方便的實現(xiàn)了異步電動機的可逆運行。</p><p>　　二、調速系統(tǒng)的工作原理</p><p>　　（1）起動過程 起動過程如圖2所示。首先說明起動過程是一個恒定子電流，恒轉差角頻率起動的過程，轉速給定信號由電位器設定，作為轉速調節(jié)器的輸入信號，在起動瞬間（對應于圖中的A點

30、電動機的轉速），而測速發(fā)電機TG輸出信號， </p><p>　　圖2 調速系統(tǒng)的工作原理圖</p><p>　　轉速調節(jié)器的輸入信號最大，其輸出最大達到限幅值而轉速調節(jié)器的輸出信號送給了電流函數(shù)發(fā)生器，所以此時函數(shù)發(fā)生器的輸出達到最大值，因而其輸出也達到最大給定值，接下去的電流調節(jié)環(huán)的速度比轉速調節(jié)環(huán)的速度快得多，可以認為，轉速過度過程中實際定子電流始終跟蹤了，而在起動過程中由于電動機

31、轉速還沒有達到給定值，轉速調節(jié)器輸出不會從限幅值退下來，轉差頻率給頂值一直保持不變，也一直保持不變。所以可以認為起動過程是一個恒定子電流，恒轉差頻</p><p><b>　　率驅動過程。</b></p><p>　　由式子 可知，定子電流，轉差頻率恒定，則勵磁電流也恒定，因此氣隙磁通 恒定。圖三中，A點對應于起動瞬間，由于電動機的轉速為0（W=0），所以按產生的對應

32、于頂子額定電流為，記為，如果逆變器輸出頻率保持不變，則電動機的工作點將沿著這條曲線達到B點，記此時的異步電動機的轉速為，假如控制系統(tǒng)此時對其進行采樣，按產生的定子頻率為，由于電動機的轉速不能突變，因此電動機的工作點移到了這條曲線上的C點。按以上的方法分析下去，可以知道異步電動機的工作點將沿著ABCD……移動，最終達到穩(wěn)定工作點N。</p><p>　　以上分析中，控制系統(tǒng)對轉速進行采樣的時刻時間斷的，如果控制采用

33、連續(xù)系統(tǒng)方法，則電動機的轉速變化將立即通過控制系統(tǒng)改變控制器的輸出頻率。這樣，沿著ABCD……的連線將趨向于沿著A C E G……這條曲線，而這條曲線說明在異步電動機起動過程中，電磁轉距保持不變，這一結論可以從上面的定子電流，轉角頻率，氣隙磁通恒定。</p><p><b>　　負載變化</b></p><p><b>　　圖3 負載變化圖</b&g

34、t;</p><p>　　負載變化如圖3所示，負載變化時，若轉速給定信號為，電動機工作點為N，當負載變化從增加為時，電動機的轉速W將逐漸降低，測速發(fā)電機輸出信號減少，轉速調節(jié)器增大，按產生的對應于定子頻率由于增大而增大，控制電壓增大，決定了逆變器的輸出頻率增加，電動機的機械特性曲線上移，最終電動機在新的工作點處穩(wěn)定工作。</p><p><b>　?。?）、調速過程</b&

35、gt;</p><p>　　如果不改變，但轉速給頂信號從增大到時，速度調節(jié)器的輸入為正值，其輸出將增大，按產生的對應于定子頻率，由于增大而增大，控制電壓增大，決定了逆變器的輸出頻率增加，電動機的機械曲線上移，當增大時，電動機的工作點將瞬間地從點轉到對應的特性曲線上的A點，在A點電磁轉距，因而電動機將加速，轉速上升，按產生的對應于定子頻率由于增大而增大，逆變器的輸出頻率增加，電動機的機械特性曲線上移，只要，定子頻率

36、將不斷增大，電動機的工作點將沿著圖中的A到曲線運動，到了點時，電動機的轉速，電磁轉距，電動機將在點上穩(wěn)定運行，這就完成了電動機的加速過程。</p><p><b>　?。?）、電動機反轉</b></p><p>　　當轉速給定信號反相時，速度調節(jié)器輸出負限幅值，，按產生的對應于定子頻率由于變負而減小逆變器的輸出頻率降低，電動機的機械特性曲線下移，電動機以最大制動轉距減

37、少到零。當轉速接近于零時，按產生的對應的由正值變負時，通過相序鑒別器使環(huán)形分配器的相序改變，電動機實現(xiàn)反向運行。</p><p>　?。?）、近似動態(tài)結構</p><p>　　轉差頻率控制系統(tǒng)的動態(tài)性能雖比轉速開環(huán)系統(tǒng)有較大提高，但是在采用經(jīng)典線性控制理論和工程設計方法分析和設計，仍要作較大的近似處理。在建立轉差頻率控制系統(tǒng)的動態(tài)結構圖時，仍做如下處理：</p><p&

38、gt;　　（a）忽略異步電動機的鐵損。</p><p>　?。╞）忽略異步電動機旋轉電動勢對系統(tǒng)動態(tài)過程的影響，或者說，忽略哦率和轉速對電壓控制系統(tǒng)的影響。</p><p>　?。╟）認為組成系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)的輸入輸出關系都是線性的。</p><p>　?。╠）認為磁通在動態(tài)過程中保持不變。</p><p>　　參照轉速開環(huán)的變頻調速系統(tǒng)的動態(tài)結

39、構圖，可以畫出轉差控制系統(tǒng)的近似動態(tài)結構圖，如圖4所</p><p>　　圖4 近似動態(tài)結構圖</p><p>　　以上就本次變頻設計的控制方法規(guī)律等做了介紹，它就是本次設計的理論部分。</p><p>　　第三章 提升機交流調速系統(tǒng)的設計</p><p>　　3.1 調速系統(tǒng)總體方案設計</p><p>　　圖5

40、 調速系統(tǒng)總體方框圖</p><p>　　轉速開環(huán)恒壓頻比的調速系統(tǒng)，雖然結構簡單，異步電動機在不同頻率小都能獲得較硬的機械特性但不能保證必要的調速精度，而且在動態(tài)過程中由于不能保持所需的轉速，動態(tài)性能也很差，它只能用于對調速系統(tǒng)的靜，動態(tài)性能要求不高的場合。如果異步電動機能象直流電動機一樣，用控制電樞電流的方法來控制轉矩，那么就可能得到和直流電動機一樣的較為理想的靜，動態(tài)特性。轉差頻率控制是一種解決異步電動機電

41、磁轉矩控制問題的方法，采用這種控制方案的調速系統(tǒng)，可以獲得與直流電動機恒磁通調速系統(tǒng)相似的性能。</p><p>　　為了使系統(tǒng)具有較好的動靜態(tài)性能，滿足設計要求，可將整個系統(tǒng)設計為轉速單閉環(huán)控制系統(tǒng)，采用轉差頻率調節(jié)方式，對轉速進行動態(tài)調節(jié)，考慮電動機負載為恒轉距負載，在高頻段，采用恒比例控制方式來做近似恒磁通控制方式；在低頻段，采用恒磁通補償方法來維持磁通的恒定，實現(xiàn)恒磁通變頻調速。當頻率高于額定轉速時，維持

42、，實現(xiàn)恒功率調節(jié)。選用大規(guī)模集成電路HEF4752來產生PWM控制信號，以減輕單片機的負擔，使它能夠有足夠的時間來完成閉環(huán)控制，系統(tǒng)檢測和保護等任務。</p><p>　　3.2 提升機系統(tǒng)主回路的設計</p><p>　　系統(tǒng)主回路是交—直—交電壓型變頻電路</p><p>　　圖6 系統(tǒng)主回路電路圖</p><p>　　整流采用三相橋式

43、不可控整流器，，，組成濾波電路，，，三個元件和 一起構成尖峰電壓吸收電路（又稱直流側阻容吸收電路），用以削弱因逆變器換流而引起的尖峰電壓，采用的是GRT三相橋式PWM逆變器。</p><p>　　3.3 元器件的選擇</p><p>　　大功率開關管 SPWM正弦脈寬調制方法</p><p>　　三相整流橋 選用MDS型三相整

44、流橋模塊</p><p>　　LC濾波器 濾波電感在這里主要用來限制電流脈動（PWM變頻調速系統(tǒng)不存在電流不連續(xù)問題）和短路電流上升率</p><p>　　直流側阻容吸收電路 大功率晶體管阻容吸收電路</p><p>　　3.4轉差頻率控制原理及調節(jié)器的設計</p><p>　　（1）轉差頻率控制

45、原理</p><p>　　由電機學的知識可知： 其中：</p><p>　　圖7 系統(tǒng)控制結構圖</p><p>　　電動機正常運行時，，這時有。 所以：</p><p>　　當采用恒磁通控制方式進行變頻調速時，近似恒定，近似恒定，這時有，其中近似為一常數(shù)，T近似的正比于轉差頻率。 因此，通過對轉差頻率控制，就可以達到控制電動機轉距的目的，從

46、而調節(jié)電動機的轉速。</p><p><b>　?。?）調節(jié)器設計</b></p><p>　　本系統(tǒng)采用增量式轉差頻率調節(jié)方式，轉差調節(jié)器設計為帶有死區(qū)的調節(jié)器，即： 因，所以與之和反映了頻率，即為頻率指令信號?？刂平Y構框圖和控制曲線如下圖所示。為死區(qū)，它是為了避免因量化誤差，舍入誤差引起系統(tǒng)運行不平衡而引起的。ΔUnAΔUnB(–ΔUnA –ΔUnB)為線性

47、調節(jié)區(qū)，當∣ΔUn（K）∣>ΔUnB時，輸出限幅，用以現(xiàn)在轉差頻率的最大增量，亦即限制的最大增量，亦即限制的最大增量，防止系統(tǒng)過沖，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。Δ決定系統(tǒng)的積分系數(shù)（）,它由電位器給定，通過A/D轉換器轉換后輸入。當ΔUnB確定后，通過調節(jié)電位器，就能改變積分系數(shù)，整定方便。ΔUnA的值根據(jù)靜態(tài)精度要求和實際系統(tǒng)工作時的最低轉速來確定，ΔUnB、ΔUsM通過實驗確定。</p><p>　　圖8 控制

48、結構框圖和曲線圖</p><p>　　a) 控制結構框圖 b） 控制曲線</p><p>　　3.5 系統(tǒng)軟件的設計</p><p>　　1、 程序框圖及其介紹</p><p>　?。?） 系統(tǒng)主程序</p><p>　　主程序框圖如圖9所示。先進行芯片初始化，然后，清系統(tǒng)工作區(qū)，開放8051外部中斷，啟

49、動軟件定時器10ms(采樣周期)。所以，系統(tǒng)初始化完畢，進入控制循環(huán)：顯示轉速→中斷服務（和運算，查表求出）→可逆切換程序→輸出控制量→顯示轉速。 </p><p>　　圖9 系統(tǒng)主程序框圖</p><p>　?。?） 轉速調節(jié)程序</p><p>　　轉速調節(jié)程序即為軟件定時器O的中斷服務程序，其程序框圖如圖10所示。在轉速調節(jié)程序中，完成轉速、的采樣，進行PI

50、運算，求出頻率指令信號，然后查表求得分頻系數(shù)。</p><p>　　圖10 轉速調節(jié)程序框圖</p><p>　　（3） 增量式PI運算子程序</p><p>　　增量式PI運算子程序框圖如圖11所示，它包括按圖所示控制曲線計算轉差頻率增量, 由求出轉差頻率控制量，再由求出頻率指令信號。</p><p>　　圖11 增量式PI運算子程序框圖

51、</p><p>　?。?） 可逆切換程序</p><p>　　可逆切換程序由停車控制和可逆切換控制兩部分組成，其程序框圖如圖12所示。系統(tǒng)的停車與工作由工作/停車控制開關控制，其開關狀態(tài)由PC6輸入。在可逆切換程序中，先對PC6進行判斷。若PC6 = 0，表示命令停車，這時接下來判斷轉速是否為0。若不為0，則經(jīng)PC2輸出“1”電平，使HEF4752的L端為0，封鎖其輸出信號，使逆變器輸出

52、為0，電動機轉速下降。當轉速已降到0時，經(jīng)PC3輸出“1”電平信號，切換主回路電源，然后顯示停車標志“0000”。若PC6 = 1，則表示繼續(xù)工作，于是轉去檢測正/反開關狀態(tài)，進入可逆切換部分。</p><p>　　電動機的轉向由正/反控制開關控制，其開關狀態(tài)由PC7輸入。現(xiàn)以正轉到反轉為例說明切換過程。當正/反轉開關由“正”轉到“反”時，PC7輸入0電平，表示反轉，接下來判斷當前轉向是正（CW = 1）還是反（

53、CW = 0），若轉向為正，表示與給定轉向不一致，需進行切換，于是經(jīng)PC2輸出1電平，使HEF4752的L端為0，封鎖其輸出信號，使逆變器輸出為0，電動機轉速下降。然后判斷電動機轉速是否為0。當轉速未降到0時，不開放L端，電動機轉速繼續(xù)下降。一旦轉速降到0，則經(jīng)PC1輸出0電平至CW端，經(jīng)PC2輸出0電平，開放L端，于是HEF4752輸出相序為U、W、V的PWM控制信號，逆變器重新開始工作，輸出相序為U、W、V，使電動機反向啟動，至此，

54、切換過程結束。從反轉到正轉的切換過程與上述過程相仿，不再贅述。</p><p>　　圖12 可逆切換程序</p><p><b>　?。?）故障處理程序</b></p><p>　　故障處理程序即為8051外部中斷服務程序，其程序框圖如圖13所示。</p><p>　　圖13 故障處理程序</p>&l

55、t;p>　　第四章 PWM控制信號的產生及變換器的設計</p><p>　　在系統(tǒng)中，控制信號用大規(guī)模集成塊來產生。要使它 正常工作，必須提供時鐘信號和開關信號。將它的Ⅰ端接地，使其工作在晶體管模塊式，使每兩路互補信號之間有較大的輸出延遲，逆變器的輸出頻率和電壓就是通過控制著兩個端輸入的方波信號頻率來控制的。而電動機轉速的調節(jié)是通過調頻，調壓實現(xiàn)的。所以，必須在轉差調節(jié)器與其大規(guī)模集成塊之間正比的方波信號為

56、時鐘信號。</p><p>　　1、與的關系及低頻補償</p><p>　　考慮到單片機中轉換器分辨率，所以頻率指令信號用10位二進制數(shù)來表示。</p><p>　　在f1不變范圍內，維持 不變，這樣可自動維持U1/f1=常數(shù)。在小范圍內，引入低頻補償，以維持磁通恒定。低頻補償?shù)乃枷胧牵涸诘皖l段，按一定規(guī)律減少，使比值增大，從而使U1=K相對增大，以補償定子繞組電阻

57、上的壓降，維持磁通恒定。低頻補償曲線如圖14所示，</p><p>　　圖14 低頻補償曲線圖</p><p><b>　　2、變換器的設計</b></p><p>　　以上找出了低頻補償曲線的關系，剩下的就是怎樣按照關系式產生方波信號。</p><p>　　分頻系數(shù)變化范圍較大，需采用16位分頻器，所以可通過擴展一片

58、可編程定時/計數(shù)器來完成整數(shù)分頻?？删幊潭〞r/計數(shù)器完全可滿足設計要求。由于Pf、Pv都不是一個純整數(shù)，為了保證系統(tǒng)的精度，可擴展2片比例乘法器，用它進行比例分頻。二進制碼/方波信號變換器硬件連線圖如圖15所示。</p><p>　　圖15 變換器硬件連接圖</p><p>　　采用一級變換器硬件，只能獲得小數(shù)點后一位的乘法系數(shù)，為了獲得小數(shù)點后兩位的乘法系數(shù)，本系統(tǒng)中采用級聯(lián)的方法進行加

59、法運算，對φ進行比例分頻，連接圖如圖所示。 </p><p><b>　　五 結 束 語</b></p><p>　　經(jīng)過改造的設備更能適應生產的具體要求.降低生產系統(tǒng)設備的故障率,發(fā)揮設備最大潛能,滿足生產的需求。我礦就是始終抓住技術改造這根弦,以科技創(chuàng)新為先導,不斷提高技術，使生產效益達到更好。 通過畢業(yè)設計，真正的學習到了不少東西，特別是對于自己動腦思考問題，

60、動手解決問題的能力無疑是上了一個臺階，讓自己知道了從事技術方面的學生扎實的基本功是必不可少的，對于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)和加強更應引起高度的重視，只憑課堂的學習是不夠的，通過自學是提高的一個途徑，能夠將所學到的知識和自學的知識柔和在一起，才能證明我們具有一定的能力。當然了，方案肯定能再次得到優(yōu)化，這是以后在工作中需要考慮的問題。畢業(yè)設計是學生綜合學習的一個難得的機會，同時它也是檢驗這幾年學習水平的一個機會。在設計中涉及到的知識面很廣，它需要我們

61、查閱大量的資料，從中吸取對設計有幫助的東西來達到一個優(yōu)化的目的。在設計過程中肯定有我們以前沒有學習過的新知識需要我們自學，這就需要耐心，需要刻苦的鉆研和推敲，特別是對于各部分的銜接是經(jīng)過論證后才能得出的。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 王曉明.電氣傳動的微機控制.北京：北京航空航天大學出版社,1999</p>

62、<p>　　[2] 張毅剛 彭喜元.MCS—51單片機應用設計.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2001</p><p>　　[3] 黃俊.電力電子技術.北京：機械工業(yè)出版社，1997</p><p>　　[4] 天津電氣傳動設計研究所.電氣傳動自動化手冊. 天津，2001</p><p>　　[5] 西安電力電子技術研究所 2003</p>

63、<p>　　[6] 電力電子應用技術第3版 機械工業(yè)出版社 </p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　本人在研究學習和課題設計期間，xx老師的悉心指導和耐心啟發(fā)，學習到了設計課題的基本方法，具備了將一定的理論知識用于實踐的能力，提高了自學水平，基本上達到了學以致用。xx老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，淵博的知識，和諧的為人及忘我的工作精神讓我欽佩不

64、已，這不但使我的畢業(yè)設計能夠順利的完成，還在為人做事方面給我做了一個好的榜樣。我真誠的感謝我的指導老師xx和各位老師。</p><p>　　非常感謝學院及系給我提供這個自我總結的機會，也非常感謝帶領我的指導老師，在畢業(yè)設計的編制中，給予了耐心的指導，并講解了各項設計要領，提出了寶貴的意見，使我的設計有了良好的開端，為我更好的完成畢業(yè)設計奠定了良好的基礎。另外，也非常感謝各科老師的指導和各位同學們的幫助，使我在規(guī)定

65、時間內完成了畢業(yè)設計。通過這次畢業(yè)設計我重新復習了所學習到的各種知識，并使我把這幾年所學的知識得以綜合的運用，讓我在一定的條件下使自身的價值得到提高。</p><p>　　謹向所有在本文的完成中給予我關懷和幫助而在此無法一一提及的老師、同學和朋友致以誠摯的謝意！</p><p>　　再次表示衷心的感謝！同時，希望各位尊敬的老師對此文的不足給予指導并提出寶貴的意見和建議。</p>