微机控制双闭环直流数字调速系统辽宁大学自然科学版第32卷第1期2005年joURNALOF{JlAONINGUNIVERSITYNaturalSciencesEditionV0l_32No.12o()5微机控制双闭环直流数字调速系统曲娟(鞍山播送电视大学计算机教研室,辽宁鞍山114014)环的速度控制,外环位置调节由计算机自动完成.关键词:微机;直流伺服电机;调速;传感器;算法设计.中图分类号:TP368文献标识码:A文章编号:1000—5846(2005)01-0076-03本系统采用微型计算机控制的数字式直流调速系统.该系统适用于轧钢机,造纸机,金属切削机床等自动控制系统,是高精度复现输入信号机,系统的输出量是电机转过的角度(通过机械传动机构可将角度变换成平移量),并带动同轴的编码传感器作为反应元件,将转角的信号变换成脉冲,经过计数后再送人微型计算机作为输直流数字调速系统.内环的速度控制,外环的位置调节均由计算机完成,系统组成如图1所示:菊;……………a计算机控制原理结构图b速度控制环节图1双闭环数字直流调速系统框图1系统总体设计¨数字电流调节器为电枢提供一个外加电流源,在伺服电机允许的范围内产生一个电枢电流检测采用交流互感器,其输出的电流信号经整流分压滤波后,送人A/D转换器,由于电流环的时间常数小,定时器每隔2ms启动A/D一次,转换结束时,通过I/0接口向CPU发出中断请求,CPU在相应的中断效劳程序中读人转换后的数据供电流环控制计算机使用.微型计算机对电流调节器输出的控制电压?作者简介:曲娟(1971一),女,辽宁鞍山市人,讲师,从事计算机软,硬件教学和研究收稿日期:2004—104)1第1期曲娟:微机控制双闭环直流数字调速系统77进行采样,以同步基准点为参考点算出晶闸管控制角Q的大小,再通过定时器按控制角的大小,准确地向各个晶闸管发触发脉冲,根据三相全控桥或整流电路输出电压与控制电压的关系U=KU控制角Q与时间常数与控制电压的关系.=0?434c.s-1n0?434cos1()其中为输入电压有效值.给一个控制电压的值就可以按该式计算出一个对应时间常数,其对应的脉冲分配表如表I.表I脉冲分配表每当8253定时时间到向CPU发出中断申请,CPU在相应的中断效劳程序中从表1中顺次取出数据,由8255A口送出给单稳电路形成宽约为1ms的脉冲,再经光电隔离后,通过脉冲变压器输出到晶闸管的触发极.该元件是测速发电机,它的输出电压与被测轴的转速凡成正比,U=后凡,本系统中测速机与电机同轴相连,测速机的反应信号与转速给定电压相比拟得到转速差信号,该信号通过转速调节器输出作为电流调节器的给定值.本系统对速度环的要求,满足位置环的动态特性(等效时间常数在0.O1S以下,阻尼系数不低于0.6)满足有足够大的开环增益,较好的机械个惯性环节,而电流环节也等效为一个惯性环节,该两环节串联,在忽略非线性因素影响时,速度环可以近似为二阶振荡环节,速度环的闭环传递函数为南U】=15V时凡=860r/min.所以K】=860×360/15×60=344(.)/(S?V),阻尼比∈为0.7,7"0=0.009S代入相关参数后得:G)=煮采用轴角编码传感器,该传感器与控制电机同轴,控制电机每旋转一周转角编码传感器的调制通道要产生J7v个脉冲,所以调制通道每增一个脉冲相位变化一个单位,对应电机轴的转角变化为0=360/N,本系统选N=1024的轴角编码传感器,测角精度.=_0.351.<0.4.满足系统控制精度的要求,系统对该元件输出的脉冲个数计数后,经74Ls244输入缓冲器作为位置信号的反应量送给计算机.1.2.2系统总的开环放大系数[-】该系统的被控对象是一台直流伺服电机,直流伺服电动机的转速与电枢电压之间的传递函数为N(s)1/c.(s)1+s电机的电势常数c.=78,机电时间常数为=0.传递函数为G===Q:Q墨一Q:Q墨S(1+0.01763s)一S系统用比例环节来近似表示可控硅整流装置,其比例系数为=÷.对轴角编码器,当电机运转一周时,轴角编码器的数码为1024,所以轴角编码器的转换系数为=2.844h/('),因此系统被控对象的总的开环放大系数K=344×××0.o128=23位置环节被控对象的传递函数为78辽宁大学自然科学版2005正Gs)=)Ge壶可2控制算法设计本系统将16位微型计算机作为数字控制器,输人信号与系统输出的反应信号都输人到计算机中进行比拟,以得到两者的偏差e(k),微型计算机根据e(k)值,经过一定的控制算法运算输出信号作为速度环的给定信号.系统采样周期利用参考...