公司名称:&&湖北忠东机电设备有限公司 湖北忠东机电设备有限公司（简称“忠东机电”），位于中国十大魅力城市之一------湖北省襄阳市，是一家专业从事选矿设备、矿山机械、机电、成套电气一体化为主，集研发、生产、销售为一体的多元化企业，已通过ISO质量管理体系认证。 公司电气高低压成套设备：高中低压软起动、变频器、进相器、电容补偿、滤波装置、直流屏、高低压开关柜、成套器件及备品配件等产品的高新技术企业。产品广泛运用... 查看更多产品公司推荐产品 查看更多产品公司最新产品 17天前商铺登陆 湖北忠东机电设备有限公司 联系我们： 秦小姐：经理 话：0710-2350995 真：0710-3816559 会员级别：认证类型：未认证◆◆尚未认证，请谨慎交易 联系人：秦小姐 联系电话： 0710-2350995 手机号码： 【联系时请说明来自机电之家网】河北工业大学 硕士学位论文 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究 姓名：刘晓凯 申请学位级别：硕士 专业：计算机应用技术 指导教师：耿恒山 基于Ｃ８０５１Ｆ单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究摘要对电动机的控制可分为简单控制和复杂控制两种。简单控制是指对电动机进行启动、
制动和顺序控制。复杂控制是指对电动机的转速、转角、转矩、电压、电流等物理量进行控制，而且有时往往需要非常精确的控制。以前对电动机的简单控制的应用较多，但是现 在人们对电动机控制的水平要求越来越高，使电动机的复杂控制逐渐成为主流，其应用领 域极为广泛。在这里，本课题将研究采用单片机对直流电动机进行复杂控制。 首先，本系统以单片机作为控制核心，以模糊理论为主要的控制思想。将原有的依靠 模拟电路实现各项功能的直流电机控制系统，发展为基于新型单片机直流电动机反馈控制 系统，调压范围在０～２５０Ｖ。在本论文中详细阐述了本系统中所用到的三相桥式全控整流 电路的工作原理，介绍了所选用的Ｃ８０５１Ｆ系列单片机的性能特点，论述了在本系统中所 用到的模糊理论，设计了模糊自整定ＰＩＤ参数控制器，将模糊控制运用在单片机系统中。 其次，本论文对于系统的硬件及软件设计进行了详细的解释，包括三相桥式全控电路 的选择、保护电路的设计、触发模块的设计、检测模块的设计以及编程的思想方法等，并 且提出了对于实验过程中出现的各种干扰情况所给予的相应的抑制措施。本系统的设计顺 应了目前国外直流电源朝着数字化发展的趋势，充分利用了单片机的优点，使得通用性得 到了提高。关键词：电动机，单片机，模糊控制，ＰＩＤ算法垂圭！！塑！！里丝墼星鎏皇垫垫星堡墼型重篓塑堡墼耋堑壅ＤＥＳＩＧＮ ＡＮＤ ＲＥＳＥＡ襄ＣＨ ｏＦ ＲＥＡＣＴＩＶＥ ＣｏＮＴＲｏＬＢＡＳＥＤ ｏＮＳＹＳＴＥＭ ｏＦ ＤＣ ＭｏＴｏＲＭ［ＣＵ ｏＦ Ｃ∞ＳｌＦＣｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｍｏｔｏｒ ｉｎｃｌｕｄｅｓ ｔｗｏ ｍｅｔｈｏｄｓ：ｓｉｎ＂Ｉｐｉｅ ａｎｄ ｃｏｍｐｌｅｘ．Ｓｉｍｐｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｓ ａｂｏｕｔ ｓｔａｒｔ，ａｐｐｌｙ ｔｈｅ ｂｒａｋｅ，ａｎｄ ｏｒｄｅｒ ｃｏｎｔｒ０１．Ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｓ ａｂｏｕｔ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｓｐｅｅｄ，ｔｏｒｑｕｅ，ｖｏｌｔａｇｅ，ＣＵｌＴｅｎｔ，ｅｔｃ，ｗｈｉｃｈ ｕｓｕａｌｌｙ ｉｓ ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｔｏ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ．Ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ｍｏｒｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｓｉｍｐｌｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｍｏｔｏｒ，ｂｕｔ／＇ｌｏｗ ｐｅｏｐｌｅ ｎｅｅｄ ｈｉｇｈ ｌｅｖｅｌ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ｍｏｔｏｒ ｍｏｒｅ ａｎｄ ｍｏｒｅ，ｗｈｉｃｈ ｍａｋｅｓ ｃｏｍｐｌｅｘ ｃｏｎｔｒｏｌ ｆｏｒ ｍｏｔｏｒｓ ｂｅｃｏｍｅ ｔｈｅ ｍａｉｎｃｕｒｒｅｎｔｇｒａｄｕａｌｌｙ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｓ ａｂｏｕｔ ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ ＤＣ ｍｏｔｏｒｓ ｃｏｍｐｌｅｘｌｙ ｂａｓｅｄｏｎＭＣＵ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅ ＭＣＵ ｉｓ ｔｈｅ ＣＯｒｅ ａｎｄ ｆｕｚｚｙ ｔｈｅｏｒｙ ｉｓ ｍａｉｎ ｔｈｉｎｋｉｎｇ ｉｎ ｔｈｉｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ．Ｏｒｉｇｉｎａｌ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｐｒｏｃｅｅｄ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｂａｓｅｄ ｂａｓｅｄｏｎ ｏｎａｎａｌｏｇ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｄｅｖｅｌｏｐｓ ｔｏ ｒｅａｃｔｉｖｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｏｆ ＤＣ ｍｏｔｏｒＭＣＵ，ａｄｊｕｓｔｉｎｇｖｏｌｔａｇｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ０ ｔｏ２５０Ｖ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒ ａｐｐｌｉｅｓ ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌｏｎｔｈｅ ＭＣＵ ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ ｔｈｒｅｅ．Ｄｈａｓｅ ｆｕｌｌｙ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｒｉｄｇｅ ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＭＣＵ ｏｆＣ８０５１Ｆ ｓｅｒｉｅｓ，ｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｆｕｚｚｙ．ｔｈｅｏｒｙｉｎｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎｓｔｈｅ ｓｅｌｆ－ｔｕｒｎｉｎｇｆｕｚｚｙ ＦＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ． Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｅｘｐｌａｉｎｓ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆｔｈｅ ｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｔｈｅ ｃｈｏｉｃｅｏｆ ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ ｆｕｌｌｙ—ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｒｉｄｇｅ ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｂｕｒｓｔ ｍｏｄｕｌｅ ａｎｄ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇｍｏｄｕｌｅ，ａｎｄ ｔｈｉｎｋｉｎｇ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ｔｈｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｈａｎｄｌｅ ｗｉｔｈ ｏｆ ｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓ．Ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｉｓ ａｄｊｕｓｔｅｄ ｔｏ ｔｈｅ ｄｉｇｉｔｉｚａｔｉｏｎ，ｍａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｂｅｓｔ ｕｓｅ ｏｆｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅａｎｄ ｍａｋｉｎｇ ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｉｎ ｕｎｉｖｅｒｓａｌｉｔｙ．ａｌｌ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ＭＣＵ，ＫＥＹＷＯＲＤＳ：ｍｏｔｏｒ，ＭＣＵ，ｆｕｚｚｙ ｃｏｎｔｒｏｌ，ＰＩＤ垫ｉ§三些奎量堡圭耋堡墼冬第一章绪论§ｌ一１选题背景在电气时代的今天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。无论是在工农业生 产、交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、商务与办公设备中．还是在日常生活中的家用电器中，都 大量地使用着各种各样的电动机。据资料统计，现在有９０％以上的动力源来自于电动机。我国生产的 电能大约有６０％用于电动机。可见，电动机与人们的生活息息相关、密不可分。，我们知道，动力和运动是可以相互转换的。从这个意义上讲，电动机是最常用的运动源。对运动控制的最有效方式是对运动源的控制。因此，常常通过对电动机的控制来实现运动控制。实际上，现在国 外己将电动机控制改名为运动控制。 对电动机的控制一般可分为简单控制和复杂控制两种：简单控制是指对电动机进行启动、制动和顺 序控制，这类控制可通过继电器、可编程控制器（ＰＬＣ）和开关元件来实现；复杂控制是指对电动机的 转速、转角、转矩、电压和电流等物理量进行控制，而且有时往往需要非常精确。以前对电动机简单控 制的应用比较多，但是现在人们对电动机控制的水平要求越来越高，使电动机的复杂控制逐渐成为应用 主流，其应用领域极为广泛。例如：军事和宇航方面的雷达天线、火炮瞄准、惯性导航、卫星姿态的控 制等；工业生产中的各种加工中心、专用加Ｅ设备、数控机床、工业机器人、塑料机械、印刷机械、纺 织机械、新型制衣机械、泵和压缩机、工业轧机等设备的控制；办公和商务设备中的磁带机、绘图仪、 扫描仪、打印机、传真机、复印机等设备的控制：家用电器中的ＤＶＤ、ＤＣ、ＤＶ、音响、洗衣机、冰 箱、空调、电动由行车、家用汽车等设备的控制。这些设备中绝大多数采用的是直流电动机，所以本课 题在这里将研究采用单片机对直流电动机进行复杂控制。§ｌ－ｚ选惩的科学依据、意义１－２．１单片机对电动机控制所起的作用 以前电动机大多使用由模拟电路组成的控制柜进行控制，现在单片机已经开始取代模拟电路作为电 机控制器。它有如下特点【１１： ?使电路更简单：在模拟电路中，为了实现控制逻辑需要采用许多电子元件，电路比较复杂。采用 单片机后，绝大多数控制逻辑可以通过软件实现。 ?可咀实现比较复杂的控制：单片机有更强的逻辑运算功能。运算速度快、精度高，一般都有大容 量的存储单元，因此有能力实现复杂的控制，如模糊控制等。堡苎三些奎墼堡圭童堡堇耋第一章绪论鲥一１选题背景在电气时代的争天，电动机一直在现代化的生产和生活中起着十分重要的作用。无论是在工农业生 产、交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、商务与办公设备中．还是在日常生恬中的家用电器ｒ扎挪 大量地使用着各种各样的电动机。据资料统计，现在有９。％以上的动力源来自于电动机。我国生产的 电能大约肯６０％用于电动机。可见，电动机与人们的生活息息相关、密不可分，一我们知道，动力和运动是可以相互转换的。从这个意义上讲，电动机是最常用的运动源。对运动控制的最有效方式是对运动源的控制。因此，常常通过对电动机的控制来实现运动控剖。实际上，现在回 外已将电动机控制改名为运动控制。 对电动机的控制一般可分为简单控制和复杂控伟ｑ两种：简单控制是指对电动机进行启动、制动和顺 序控制，这类控制可通过继电器、可编程拄制器（ＰＬＣ）和开关元件来实现：复杂控制是指对电动机的 转速、转角、转矩、电胜和电流等物理量进行控制，而且有时往往需要非常精确。眺前对电动机简单控 制的应用比较多，但是现在人们对电动机控制的水平要求越来越高．使电动机的复杂控制逐渐成为应用 士流，其应用领域极为广泛。例如：军事和宇航方面的雷达天线、火炮瞄准、惯性导航．卫星姿态的控 制等：工业生产中的各种加工中心、专用加工设备、数控机庶、工业机器人、塑粒ｉ机械、印刷机械、纺 织机械、新型制衣机械、囊和压缩机、工业轧机等设备的控制；办公和商务设备中的磁带机、绘图仅、 扫描仪、打印机、传真机、复印机等设备的控制；家用电器中的ＤＶＤ、ＤＣ、ＤＶ、音响、洗衣钒、冰 箱、空调、电动由行车、家用汽车等设备的控制。这些设备中绝大多数采用的是直流电动机，所以本课 题在这里将研究采用单片机对直流电动机进行复杂控制。§ｚ－ｚ透露的科学依据、意义１－２．１单片机对电动机控制所起的作．Ｉ；ｌＩ 以前电动机太多使用由模拟电路组成的控制柜进行控制，现在单片机已经开始取代模拟电路作为电 机控制器。它有如Ｆ特点ＩＪ Ｊ： ?使电路更简单：在模拟电路中，为了实现控制逻辑需耍采用许多电于元件，电路比较复杂。鬻用 单片机后，绝大多数控制逻辑司以通过软件实现。 ＋可以实现比较复杂的控制：单片机有更强的逻辑运算功能．运算速度快、精瞳商，一般都有大鸯 量的存储单元，因此有能力实现复杂的控制，如模糊控制等。 量的存储单元，因此有能力实现复杂的控制，如模糊控制等。基于Ｃ８０５１Ｆ单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究，灵活性和适应性：单片机的控制方式是由软件完成的。如果需要修改控制规律，～般不需要改变 系统的硬件电路，只需要修改程序即可。在系统调试和升级的时候，可以不断尝试选择不同的参数，非 常方便。 ＋无零点漂移，控制精度高：数字控制不会出现模拟电路中经常遇到的零点漂移问题。无论被控餐 的大或小，都可以保证足够的控制精度。 ＋可多机联网工作，提供人机界面：新型单片机内多嵌有各种总线，可以方便地进行联网通信，实 现多机联网工作：还能够和上位机进行通信，提供可视他人机界面，方便进行控制和调：糟。１－２－２ＳＯＣ单片机和工控机、］ＰＬＣ应用比较 除了采用单片机作为电动机的控制器外，可以作为电动机控制器的新型设各还有多种，例如：［业控制计算机、可编程控制器（ＰＬＣ）和数字信号处理器（ＤＳＰ）等”】。 工业控制计算机功能最为强大，它有极高的速度、强大的数学逻辑运算能力、丰富的接口功能和方 便的软件环境。但由于成本高、体积丈．所以一般只用于大型控制系统。 ＰＬＣ则正好相反，它只能完成逻辑判断、定时、计数和简单的运算。但由于功能太弱，所以一般 只用于电动机的简单控制。 单片机介于工业控制计算机和ＰＬＣ之间，它有较强的控制功能和低廉的成本。人们在选择电动机 控制器时，常常是在满足设计需求的前提下，优先选择低成本的控制器。因此，单片机往往成为优先选 择的目标。从最近的统计数字可以看出【“，世界上每年有２５亿片各种单片机投入使用，单片机是目前 世界上使用量最大的微处理器。 在工业控制领域大量使用的是低端的８位单片机。从上世纪７０年代开始，在我国应用的８位率片 机经历了Ｚ８０时代和ＭＣＳ－５１时代。现在最初的ＭＣＳ一５１单片机已经逐步遐出了应用，但由于其生产厂 商Ｉｎｔｅｌ公司采取了技术开放政策，其它厂商可以生产指令系统兼窖的芯片。这样，ＭＣＳ?５１系列单片机 得以不断被升级改造，先后经历了以Ｐｈｉｌｉｐｓ公司为代袭的ＭＣＵ时代、以Ａｔｍｅｌ公司为代表的ＦＩ，ＡＳＨ 时代和以Ｓｉ！ｉｃｏｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ公司为代表的ＳＯＣ时代。 片上系统（ＳｙｓｔｅｍＯｎＣｈｉｐ，ＳＯＣ）是追求系统最大包容的集成器件，具有极高的综合性。用户不需要再像传统的系统设计一样，绘制和制造庞大复杂的电路板，只需要综合时序设计，直接在ＳＯＣ中 调用内嵌的各种通用器件．然后通过系统仿真之后就可以赢接交付厂家印制电路板。由于绝大部分的系 统构件都在系统内部，整个系统特别简洁，不仅减小了系统的体积与功耗，而且极大提高了系统的可靠 性和鲁棒性。１．２＿３相关研究动态和研究目标 本课题主要设计和研究采用单片机作为晶闸管触发器和电机控制器，因此有必要了解晶闸管触发器和电机控制器的发展和现状Ｍ２望Ｉｉ三些奎兰堡圭耋堡重塞１．晶闸管触发器的发展阶段 第一阶段：分立器件阶段。晶闸管自发明以来。首先被应用的是分立器件触发器，由于分寺器件触 发器的分散性较大及所用元件的数量较多，其参数易受环境温度变化等因素的影响而漂移，决定了这一 阶段晶闸管触发器的可靠性相对较差，系统结构及配线和调试较复杂，使用起来很不方便，现在ｔ三经很 少采用。 第二阶段：集成电路阶段。为了弥补分立器件触发器的缺点，开始出现了模拟集成电路触发器。品 闸管触发器由多块电路板发展为一块电路板，集成度有了很大提高，故障率明显降低，使用也很方便， 成为现在国内电力电子装置中应用的主要触发器。但它无法实现智能化控制，具有明显的不足。 第三阶段：单片机嵌入式阶段。单片机嵌入式触发器是最近几年发展起来的新型触发器，它以高集 成度、智能化和易于闭环控制等优点受到推崇，正在成为新一代的触发器，开始得到广泛应用。 ２．电机控制器的发展历程 最初的电机控制器都是采用分立元件的模拟电路，后来随着电子技术的进步，集成电路甚至专用电 机控制集成电路被大量在中应用。这些技术大大提高了电机控制器的灵活性、可靠性和抗干扰能力，又 缩短了新型电机控制器的产品开发周期．降低了研发费用，因而近年来发展很快。但专用集成电路之Ｉ＇ｉ３ 并无统一标准，因而产品极其分散，且不断有新产品出现。为满足～次设计的需要，往往要花很大的力 气和时间去收集整理资料。当前电机控制器的发展方向越来越趋于多样化和复杂化，现有的专用集成电 路未必能满足苛刻的新产品开发要求，为此可考虑开发电机的新型单片机控制器。 现在市场上通用的电机控制器大多采用葶片机和ＤＳＰ。但是以前单片机的处理能力有限，对采用 复杂的反馈控制的系统，由于需要处理的数据量大，实时性和精度要求高，往往不能满足设计要求。近 年来出现了各种高速ＳＯＣ单片机，其性能得到了很大提高，价格却比ＤＳＰ低很多。其相关的软件和升 发工具越来越多，功能也越来越强，但价格却在不断降低。，现在，越来越多的厂家开始采用ＳＯＣ瞥片 机来提高产品性价比。§１－３课题的研究内容及预期目标根据市场需求和发展趋势，本课题的目的是开发基于Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ公司的Ｃ８０５１Ｆ高速ＳＯＣ 单片机的电机控制器和相关的控制系统。该控制器体积小，功耗低，性能稳定，使用力便，可以取代传 统的大型控制柜，有效地降低生产成本。 该系统的硬件主要包括Ｃ８０５１Ｆ０１９高速ＳＯＣ单片机、外围电路和三相桥式整流电路，软件姗采崩 模糊自整定参数ＰＩＤ反馈控制算法。１－３．１研究内容 ＋对Ｃ８０５ＩＦ单片机的模拟和数字外设和相关功能部件进行研究 ＋对Ｃ８０５１Ｆ单片机的体系结构及指令系统进行研究：＝＝＝＝＝＝＝＝＝：；：：—垄至呈！！！望塞丝垫塞鎏皇堑垫星堡篓型至篁鱼堡茎：量堑壅‘对新型外围器件的特点和应用进行研究： ＋采用Ｃ８０５ＩＦ单片机对直流电动机反馈控制系统进行设计和研究。ｌ一３０预期目标 ?熟悉Ｃ８０５１Ｆ单片机的结构和功能： ＋掌握采用汇编语言和Ｃ５１单片机高级语言的编程技术： ＋掌握Ｃ８０５１Ｆ单片机开发平台的开发技术与应用： ＋针对实际应用开发特定应用的Ｃ８０５１Ｆ嵌入式应用系统。４第二章可控整流电路原理及单片机的选择自从大功率整流二极管以及半控型和全控型晶闸管等电力电子器件问世后，由于这些器件具有体积 小、重量轻、效率高和控制灵敏等优点，今天工业上应用的绝大多数直流电源和交流变频电源都是采剐 整流二极管和各种晶闸管组成的不可控或可控整流电路和逆变电路。 近几十年来，电力半导体制造与应用技术发展迅速。目前己经大规模生产和使用各种类型的电力电 子器件，单个普通晶闸管的容量已达１２０００Ｖ和１０００Ａ以上。由晶闸管构成的整流电路可以在交流电压 不变的情况下，方便地调整输出直流电压的大，ｊ、，所以可控整流技术是实现扶交流电源到直流可调电源 的理想方法。§２－１晶闸管的工作原理和特性２－１．１晶阐管的工作原理晶体闸流管，简称晶闸管，是目前＿［业中实现大容量功率变换和控制的主要电力电子器件，具有体 积小、容量大、寿命长、效率高以及控制特性好等优点。随着半导体工艺的发展和进步．现在晶闸管的 型号和品种十分齐全，整流电流从数安培到数千安培。虽然晶闸管型号繁多，但是基本可分为半控型、 全控型两种类型。在本课题中采用了属于半控型的普通晶闸管（也简称为晶闸管），因此简要介绍一下 它的工作原理”Ｊ。 晶闸管的最大特点是具有截止和导通这两种稳定状态。它的＝Ｉ‘作原理可以用两个条件加以说明：导 通条件和关断条件。导通条件：是晶闸管从截止到导通所需的条件，即在晶闸管的阳极施加正向电压． 同时在门极施加正向电压。晶闸管一旦导通，门极就失去控伟Ｉ作用。关断条件：是晶闸管从导通到截止 所需的条件，即在晶闸管的阳极搪加反向电压，或者去掉或降低施加在阳极的正向电压，使通过晶闸管 的电流小于保持晶闸管导通所需的昂小电流。 在晶闸管的阳极施加交流电压，只是电压在正半波时，晶闸管才有可能导通；而电压在负半波时， 晶闸管就会关断。丽且电源电压在过零时，就会因为正向电压太小而使晶闸管关断。２—１０晶闸管的特性 晶闸管相当于一个由门极电压控制的无触点单向开关。实际应用中的晶阐管是在一定条件下棱需要 不断地进行导通和关断，其导通和关断两个状态是由其上的阳极电压、阳极电流、门极电压和门极电流共同决定的。如不在门极施加正向电压，只让晶闸管承受正向阳极电压Ｕ。，则晶闸管处于正向阻断状态。只流５过很小的正向漏电流。当Ｕ。从零开始逐渐上升时，阳极电流，。也从零逐渐上升，但其数值很小，上升 也很缓慢。只是当Ｕ。超过临界极限即正向转折电压Ｕ。时，则漏电流急剧上升，晶闸管由关断变成导 通。随着门极电流，。的增大，正向转折电压Ｕ。。不断降低。晶闸管导通后的伏安特性与二极管的正向 特性相似，即通过较大的阳极电流，晶闸管本身的压降却很小。导通期间，如果门极电流降为零并且刚 极电流降到维持电流，。以下，则晶闸管又回到正向阻断状态。 当晶闸管加反向阳极电压时，其伏安特性与一般二极管的反向特性相似。晶闸管承受反向电压时， 晶闸管处于反向阻断状态，只有很小的反向漏电流通过。反向电压增加时，反向漏电流略有增加，但是 总的来说很小。当反向电压增加到一定限度后，反向漏电流急剧增加，会导致晶闸管反向击穿而损坏。§２－２可控整流电路简介２－２．１三相桥式全控整流电路简介 可控整流电路基本可分为单相可控整流电路、三相可控整流电路以及由此发展来的大功率６相、１２ 相整流电路等几类。单相可控整流电路可分为单相半控整流电路和单相仝控整流电路两类，这种电路简 单、调整方便，但是只适用负载功率较小的场合。当负载功率较大时，考虑到三相负载的平衡，应采阁 三相可控整流电路。三相可控整流电路也分为三相半控整流电路和三相全控整流电路两类。三相半控整 流电路一般只采用三个晶阐管，只需要三套触发电路，不需要宽脉冲或双脉冲触发，因此在要求不高的 场合中，可采用三相半控整流电路。本课题要求适应负载的范围比较宽，所以采用三相桥式全控整流电路鸭图２．１Ｆｉｇ．２．１三相桥式全控整流电路ｂｒｉｄｇｅ ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔＴｈｒｅｅ－ｐｈａｓｅ蜘ｌｙ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ如图２．】所示，三相桥式全控整流电路是由一组共阴极豹三相半波可控整流电路与一组拭阳极的三 相半波可控整流电路串连而成，控制角口完全相同。在感性负载时有：Ｕ。：＿２。２应。Ｊ３Ｕ２／－７Ｚ＂ｃｏｓ￡ｘ＝２，３啊２ｃ。ｓｄ＝举Ｕ２Ｌ ＣＯＳ／２＇＝１３５％ｃ。ｓ口吖ｊ——一一：塑釜三些奎耋堡圭耋堡篁塞输出整流电压Ｕｄ的波形是两组半波整流电压的波形叠加。通过改变晶闸管的控制角口，可以获得 ０～２．３４Ｖ，ＣＯＳ口的直流电压。控制角口的改变范围为０一口。 亩流电动机负载除了本身的感性阻抗外，还有一个反电动势Ｅ。因此晶闸管在施加触发脉冲后可导 通的必要条件是，电动机的反电动势Ｅ和电感中的感应电动势ｅ，的代数和应小于变压器二次绕组的瞬 时电压ａ在整流情况下，电动机反电动势Ｅ的极性与罄流电压Ｕ。的极性相反。对于感应电动势口，的 极性，当电流在增加时，气的极性与Ｕｄ的极性相反；当电流在减小时，８ｉ的极性与Ｕｄ的极性相同、 当电流达到极值时，ｏ，为零。 由于整流电路输出电压的波形是脉动的，所以输出电流的波形也是脉动的，可以看成一个恒定的直 流分量和一个包含高频成分的交流分量组台。因为负载只需要直流分量，为了消除负载电流中的交流分 量，一般在电枢回路中串联一个平波电抗器，保证整流电流的波形在较大范围内比较光滑。对于直流电 动机负载，过大的交流分量会使电机的换相恶化和损耗增大，因此应该在直流侧串联平波电抗器，使输 出电流的波形比较光滑。２－２－２整漉电路对越网影响的分析随着整流装置容量的不断增大和技术水平的不断提高，在各个工业部门应用的整流装置的数量ｊＥ在 快速增长，但是整流装置对电网以及电网上的其它负载的危害也在不断加大‘”。 在整流电路中，变匿器原边的电流在大多数情况下，即使在最理想的情况下也是一定形状的方波或 阶梯波，电流的波形和幅值取决于整流电路的形式和负载电流的平均值，也与控制角口有关。商次增 波电流会引起电网电压波形的畸变，这个畸变了的电压波形会影响电网上的其它负载，因此必须予以处 理。 抑制谐波措施大致有以下几种方法： ＋增加整流电路的相数，可知谐波中最低次的频率在不断增高，其幅值也越来越小，能够显著减少 谐波的影响； ?在箍流装置输入端使用ＬＣ滤波器进行滤波； ＋减小控制角ｄ。 整流装置输出的电压发生变化时，若输出的负载电流不变，则变压器原边的电流基本不变。原边的 电压也基本不变，表明整流装置的视在功率基本不变。显然，当输出的直流电压较低时，直流侧的功率 变低了，丽整流装置的视在功率不变，表明整个系统无功功率增大了。由此可以得出，电网电压的波动 可以近似地认为是无功功率的变化。电网电压的波动无疑地会对电网中的其它负载产生不良影响。可以 在负载端并联电容器抑制电压波动。提高系统的功率因数，减少无功功率的冲击。 各种晶闸管和其它电力电子器件的迅速发展与广泛应用，对于各个工业部门提高生产技术水平、改 善生产过程和提高经济效益都有很大的作用。但是必须同时看到，随着各种电力电子设备应用数量的不垂垂￡墼！！！量笪垫塞堕皇垫垫星堡堡！！至篓墼墼过妻堑塞断增多和容量的不断增大，对供电电网造成的影响和危害也与日俱增。电力电子设备的广泛应用，使电 网中谐波韵含量大大增加，造成了电力系统的污染。 变流装簧实质上是一个非线性系统，交流侧电流是变流装置对直流电流进行调制的结果，直流侧电 压是变流装置对交流电压进行调制的结果。两个结果相互作用，变流装置两端的高次谐波就是在这种情况下产生的。§２－３Ｃ８１１５１Ｆ单片机２－３．１Ｃ８０５１Ｆ高速ＳＯＣ单片机简介Ｃ８０５１Ｆ系列单片机是完全集成的混台信号系统级芯片（ＳＯｔＳ），具有与ＭＣＳ．５１指令集完全兼容的 全新ＣＩＰ－５ｌ内核。它在一个芯片内集成了构成一个单片机数据采集或控制系统所需要的几乎所有模拟 和数字外设及其它功能部件。这些外设或功能部件包括：ＡＤＣ、ＤＡＣ、可编程增益放大器、电压比较 器、电压基准、温度传感器、定时器、可编程计数器／定时器阵列（ＰＣＡ）、内部振荡器、看门狗定时 器、电源监视器、ＳＭＢｕｓ／Ｉ ２Ｃ、ＵＡＲＴ及ＳＰＩ等。这些外设部件的高度集成为设计小体积、低功耗、高 可靠性和高性能的单片机应用系统提供了方便，也可使系统的整体成本大大降低『６ｌ。 ＣＩＰ一５１与ＭＣＳ一５１指令集完全兼容，因此可以使用标准ＭＣＳ?５ｌ的汇编器、编译器及软件包进行软 件开发，这使熟悉ＭＣＳ一５ｌ系列单片机的工程技术人员可以很容易地掌握Ｃ８０５ＩＦ的应用技术和进行软 件移植。Ｃ８０５１Ｆ采用全新的Ｃ１Ｐ?５１内核，指令以时钟周期为运行单位，平均每个时钟可以执行１条单 周期指令。与最初的８０５１单片机相比，在相同时钟下，单周期指令运行速度为原来的１２倍，全指令集 平均运行速度为原来的９．５倍。现今许多种类微处理器的Ｉ／０端口大多是固定为某个特殊功能服务的， 这种固定方式的Ｉ／０端口，既占用过多引脚，配置又不够灵活。而在Ｃ８０５１Ｆ中，则采用交叉开关网络 以硬件方式实现Ｉ／Ｏ端口的灵活配置。在这种通过交叉开关配置的Ｉ／Ｏ端口系统中，单片机外部为通用 Ｉ／Ｏ端口，内部则通过配置相应的寄存器控制交叉开关配置到所选择的端口上。 Ｃ８０５ｔＦ片内ＪＴＡＧ调试支持功能允许使用安装在最终应用系统上的ＭＣＵ进行非侵入式（不占用 片内资源）、全速和在系统调试。在使用调试ＪＴＡＧ时，所有的模拟外设和数字外设都可全功能运行。 对于开发和调试嵌入式应用系统来说，在系统调试比采用标准ＭＣＵ仿真器要优越得多，因为这一技术 能保证精确模拟外设的性能。Ｃ８０５１Ｆ具有可在系统编程的ＦＬＡＳＨ程序存储嚣．可用于非易失性数据 存储。使用ＦＬＡＳＨ编程非常方便，可圳，在ＳｉｌｉｃｏｎＬａｂｓ集成开发环境（１ＤＥ）下通过３ＴＡＧ接口进行编 程，不需要专用编程器或适配器；还可以通过用户软件对ＦＬＡＳＨ进行编程，允许现场更新固件，为产 品的软件升级提供了极大的方便。ＦＬＡＳＨ存储器还具有安全机制，可以保护程序代码和数据。以防止 程序或数据被读取或意外改写。Ｃ８０５１Ｆ虽然采用３Ｖ供电，但所有Ｉ／Ｏ端口司以接收５Ｖ逻辑电平的输 入，在选择漏极开路输出加上拉电阻到５Ｖ电源后，也可驱动５Ｖ逻辑器件，所以Ｃ８０５１Ｆ与现在通用 的电子电路具有很好的兼容性。８２－３五Ｃ８０５１Ｆ单片机型号选择Ｃ８０５１Ｆ系列单片机型号众多，其中Ｆ００ｘ／ＦＯＩｘ系列ＭＣＵ在一个芯片内集成了１个１００ｋｓｐｓ多通道 ＡＤＣ子系统（包括１个可编程增益放大器ＰＧＡ和１个模拟多路选择器ＡＭＬｒＸ）、２个电压输ⅢＤＡＣ、 ２个电压比较器、电压基准、ＳＭＢｕｓ／ｌ ２Ｃ总线接口、ＵＡＲＴ、ＳＰＩ总线接口、４个通用１６位定时器、１ 个具有５个捕捉／比较模块的可编程计数器／定时器阵列（ＰＣＡ）、内部振荡器、４个８位通用数字Ｉ／Ｏ 端口及３２ｋＢ的ＦＬＡＳＨ程序存储器和与ＭＣＳ．５１兼容的高速微控制器内核ＣＩＰ．５１。其中Ｆｏｌ８和Ｆ０１９ 可视为Ｆ０１５和ＦＯｔ６的简化舨，不包括ＰＧＡ和ＤＡＣ，而ＦＬＡＳＨ和ＸＲＡＭ分捌缩减到１６ｋＢ和ｌｋＢ。 Ｆ０２ｘ系列ＭＣＵ与ＦＯＯｘ／Ｆ０ｌｘ系列不同的是在一个芯片内集成了２个多通道ＡＤＣ子系统（每个子系统 包括１个可编程增益放大器和１个模拟多路选择器）、８个８位通用数字Ｉ／Ｏ端口及６４ｋＢ的ＦＬＡＳＨ程 序存储器。Ｆ２ｘｘ系列ＭＣＵ与ＦＯＯｘ／Ｆ０１ｘ系列不同的是在一个＝卷片内集成了３个通用１６位定时器、３２ 个或２２个通用数字Ｉ／Ｏ端口及８ｋＢ的ＦＬＡＳＨ程序存储器，但不包括ＤＡＣ、电压基准、ＳＭＢｕｓ／Ｉ Ｃ总 线接１２１及可编程计数器／定时器阵列（ＰＣＡ），其中Ｆ２３ｘ系列不包括ＡＤＣ［６Ｉ。 根据本课题需要．选择型号为Ｃ８０５１Ｆ０１９，它在满足本课题的需求条件下，具有最小的资源和最低 的成本。Ｃ８０５１Ｆ０１９的主要特点如下： ＋逐次逼近型（ｓＡＲ）高速ＡＤＣ； ＋与ＭＣＳ．５１兼容的高速微控制器内核ＣＩＰ．５１； ＋ｊ２８０Ｂ内部数据ＸＲＡＭ和ｔ６ｋＢ的程序存储器ＦＬＡＳＨ： ＋４个字节宽的Ｉ／Ｏ端口，均能耐受５Ｖ电压。 Ｃ８０５１Ｆ０１９的管脚图和结构框图如图２．２和图２．３所示ｐ】：２图２．２Ｃ８０５１Ｆ０１９管脚图Ｆｉｇ．２．２ Ｃ８０５１Ｆ０１９ ｐｉｎｏｕｔ ｄｉａｇｒａｍ９重垂！磐！！！皇篁堡塞夔皇垫垫星堡堡型垂錾墼堡堑量堑塞图２．３Ｃ８０５１ＦＯｌ９结构框图Ｆｉｇ．２．３ Ｃ８０５１Ｆ０１９ ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｒａｍ１０——一一堡些三些奎兰堡圭耋堡堡垒第三章模糊理论基础及模糊控制世界上任何事物都存在模糊性，而当人对事物进行研究时，它在人脑中的反映也是模糊的。既然模 糊性是－－｝ｉｅｅ客观存在，用“模糊理论”去研究事物也就是理所当然的。１９６５年，美国数学教授ＬＺａｄｅｈ 提出用一种模糊集合（Ｆｕｚｚｙ Ｓｅｔｓ）来描述事物的数学模型，建立了模糊数学。１９７４年，英国ｊ二程怖ＥＨＭａｍｄａｎｉ研制成功第一个模糊控制器，用在过程控制上的效果很好。从此模糊控制理论和模糊控制系 统开始得到广泛的应用，模糊控制理论在控制领域的应用具有广阔的前景Ｉ”。 计算机具有运算速度快、精度高以及逻辑判断能力强的特点，使模糊控制器能够借助｛二它而容易实 现。模糊控制是一种智能控制，它己成为一类重要的和大有发展前途的计算机控制系统。§３－１模糊数学基本概念尤如数学大师Ｇｅｏｒｇｅ Ｃａｎｔｏｒ的普通集合理论是现代数学的基础一样，Ｌｏｔｆｉ Ｚａｄｅｈ教授的模糊集合 理论是模糊数学的基础，而隶属函数则是模糊数学中的基本概念。３－１—１模糊集合的概念在世界上，有些事物可以用普通集合描述，有些事物则无法用普通集合描述。例如，男人和女人的 集合都是有清晰的外延和内涵的，故而容易用普通集合去描述。而聪明人和蠢人的集合则没有明显的边 界，其外延和内涵都是模糊的．显然这就不能用普通集合去描述。为了描述具有模糊性的事物，必须引 入模糊集合的概念。模糊集合的概念用语言可以简单描述如下【９】： 模糊集合：在不同程度上具有某种特定性质的所有元素的总和。３－１．２隶属函数的概念１．特征函数在普通集合中，描述集合的方法之一是特征函数。 设Ａ是论域ｕ的一个子集，对于论域ｕ中的每一个元素ｉ，ｉ，必有／，／∈Ａ或者“ｇＡ，两者必居其一。如果把“∈Ａ记作…１’，把Ⅳ盛Ａ记作…０，则在论域ｕ中，每一个集合Ａ都和ｕ中的一个二值函数肌对应。这个二值函数就是普通集合的特征函数。２，隶属函数在具有模糊性的事物中，用上述特征函数来描述是不恰当的。由于无法明确确定模糊事物的归属董垂篁！！！！！墼篁堡塞篁皇垫垫星堡堡型至垒笪堡生耋堑窒所以不能用绝对的“】”或者“０”来描述，而只能用［Ｏ，１］中某一点来表示，这样特征函数就变成～个值域为【０，１］的连续函数，郾模糊集合的特征函数——隶属函数。隶属函数：用于描述模糊集合，并在［Ｏ，Ｉ］中连续取值的特征函数。隶属函数反映了客观事物的模糊性，可以用∥Ａ（ｚ）表示。其中Ａ表示模糊榘台，ｘ表示论域ｘ的 元素。隶属函数满足：０≤卢月（功≤１。有了隶属函数之后，人们就可以把某一元素对模糊集合的归属度恰当地表示出来。这种表示能反映 客观世界固有的模糊性。需要指出的是．模糊集合中隶属函数的确定带有主观性，通常是经过经验或统 计丽确定的。３－ｌ－３模糊集合的表示方法模糊集合通常是某个论域中的子集．所以在讨论模糊集合时．一股也称模糊集合为模糊子集。ｍ ｒ 模期集合没有明确的边界，因此在普通集合中所用的枚举法和定义法都不能用于描述模糊集合，只能『＿｝；ｊ 隶属函数来描述。 当论域ｘ中的元素为有限时，模糊集合可以用下列三种方法表示【ｌｏ】： ?向量表示法：当论域ｘ中的元素有序捧列时，可以用元素隶属度的排列来表示模糊集台Ａ。例 如．约４０岁的人这个模糊集合Ａ。元素年龄是有序的，可以表示为：Ａ＝｛０．０１８，０．１０５，０．３６７，０．７７，１，０．７７，０．３６７，０，１０５，Ｏ，１０８｝＋序偶表示法：这种方法是把元素和对应隶属度组成一个序偶表示：Ａ＝｛（ｘ，∥。（功）ｆ ｚ∈Ａ）。此种形式元素在前，隶属度在后，把所有有关序偶列举出来表示模糊集合Ａ。例如上例又可以写成：Ａ２｛（３６，０．０１８），（３７，０．１０５），（３８，０．３６７），（３９，０．７７），（４０，１），（４１，０，７７），（４２，０．３６７），（４３，０ １０５），（４４，０．０１８））＋单点表示法：这种方法用单点表示模糊集合Ａ。若Ｘ为连续域，则表示为：Ａ：ｆ』：４盟，若Ｘ毒ｒ为离散域，则表示为：Ａ：争兰盟。例如上例还可以写成：葛。ｚ，Ａ＝０．０１８／３６＋０，１０５１３７＋０．３６７／３９＋０．７７／３９＋ｌ珥叶０。７７／４｝＋Ｏ．３６７／４２＋ｏ。１０５／４３＋０．０ｔｇ／４４３－１．４模糊集合的基本运算与普通集台的基本运算相类似，模糊集合也有相等、包含、补、并和交等基本运算。同一论域上的 两个模糊集合可进行各种运算，运算时逐点对其隶属度进行相应的运算。除了存普通集台中成立的排中 律和矛盾律对于模糊集台不再适用外，其它普通集合运算的基本性质，如分配律、结合律、交换律、吸 收率。幂等律、同一律、双重否定律和ＤｅＭｏｒｇｅｎ律等，完全适用于模糊集台。＋模糊集合的相等：对于Ｖｒ∈Ａ，都有／．ｚ。（∞＝／ｔ口（工），则称模糊集合Ａ和模糊集合Ｂ相等，１２型ｉ！ｊ！些奎耋堡圭耋堡篓圣记作Ａ＝Ｂ。＋模糊集合的包含：对于Ｖｘ∈Ａ，都有∥＾（ｘ）≤∥Ｂ（ｘ），则称模糊集合Ａ包含模糊集合Ｂ，记作Ａ∈Ｂ。‘模糊集合的补：对于Ｖｘ∈Ａ，都有心（ｘ）＝１一∥８（Ｘ），则称模糊集合Ａ为模糊集合Ｂ的补．记作Ｂ＝万。＋模糊空集：对于Ｖｘ∈Ａ，都有∥』（Ｘ）＝０，则称模糊集合Ａ为模糊空集，记作Ａ＝中。＋模糊集合的并：两个模糊集合Ａ和Ｂ的并集Ｃ的隶属函数为：／１（（ｘ）＝∥。（Ｘ）Ｖ∥“ｘ）。模糊集合的并运算即取隶属度大的数为运算结果，记作Ｃ＝Ａｔ，ｊＢ。?模糊集合的交：两个模糊集合Ａ和Ｂ的交集Ｃ的隶属函数为：∥ｃ、＠）＝∥。（Ｘ）＾∥，（Ｘ）。模糊 集合的交运算即取隶属度小的数为运算结果，记作Ｃ＝Ａ ｎ Ｂ。§３－２模糊逻辑和模糊推理３－２。１模糊逻辑 １．语言变量 语言是人类进行思维和信息交流的重要工具。一般而言，语吉可分为两种：自然语言和形式语言。 人们日常所用的语言属于自然语言，自然语言的特点是语意丰富、灵活，同时具有模糊性。通常的计算 机浯言属于形式语言．形式语言具有严格的语法规则和语义，不存在任何模糊性和歧义。带模糊性的语 言称为模糊语言，它可用于模糊推理，在人工智能和模糊控制方面取得了广泛的应用。 语言变量是自然语言中的语句，它的取值不是通常的数，而是用模糊语言表示的模糊集合。 ２．模糊逻辑 模糊逻辑：对于模糊命题，它的逻辑值是在［ｏ，１］内任意取值的，一般等于模糊集合的隶属函数 值。人们称这种研究模糊命题的逻辑为模糊逻辑。 模糊逻辑的真值ｘ在［０，１］中连续取僖：ｘ越接近１，说明真的程度越大；Ｘ越接近０，说明真的 程度越小。可见模糊逻辑是二值逻辑的推广，模糊逻辑实质上是无限值逻辑，它仍然具有二值逻辑的逻 辑并（析取）、交（合取）、补（否定）等运算。应用模糊理论，可以对用模糊语言描述的模糊命题进行 符合模糊逻辑的推理。｝２－２模糊推理推理就是根据已知的一些命题，按照一定的法则，去推断一个新的命题的思维过程和思维方式。住 客观现实中，很多问题是具有模糊性的，传统的形式逻辑和近代的数理逻辑都无灌解决这类问题。解决 模糊性问题需要运用模糊推理【１１ｌ。１３董垂！塑！望皇苎堡塞篓皇垫堡垦堡堡型墨堑墼堡鎏量堡塞模糊推理：是一种近似的推理。应用模糊集合理论，可以对近似推理进行定量的讨论，这样可以得 到较精确的结论和明确的结果。 常用的模糊推理形式有如下３种：＋ｉｆＡｔｈｅｎＢ：当输入为Ａ时，则输出Ｂ．蕴涵关系为爿斗Ｂ。＋ｉｆＡｔｈｅｎ Ｂｅｌｓｅｃ：当输入为Ａ时，则输出Ｂ：否则，当输入为Ａ时，则输出为Ｃ，蕴涵关系为（爿－－９．Ｂ）Ｖ（爿—｝Ｃ）。＋ｉｆＡａｎｄＢｔｈｅｎｃ：当输入为Ａ和Ｂ时，则输出ｃ，蕴涵关系为（一Ａ鳓—＋ｃ。对于模糊蕴含关系的运算方法，一般有最小运算方法Ｒ。、积运算方法Ｒ。、算术运算方法Ｒ。、最 大一最小运算方法Ｒ，、Ｂｏｏｌ运算方法Ｒ６和两种标准法运算方法Ｒ。和Ｒ。等７种运算方法，一般采用 第一种运算方法。合成方法一般有最大一晟小合成方法、摄大一代数积合成方法、摄大一有界积合成方 法和最大一强制积合成方法等４种合成方法，一股采用第一种台成方法。 在模糊控制系统中，用得最多的语句就是“ｉｆＡ ａｎｄＢｔｈｅｎＣ”语句。这是因为在火量的模糊控制系 统中，不但要考虑给定值和实际值所形成的误差，同时还要考虑误差的变化率。 模糊推理方式为：蕴含关系运算采用最小运算方法，台成运算采用最大一最小合成方法，ａｎｄ运算 采用求交运算方法，ａｌｓｏ运算采用求并运算方法。３－２－３模糊控制规则的优化模糊控制规则是对系统控制经验的总结，这些经验是以模糊条件语句的形式来描述的。模糊控制规 则中有的是通过对手工操作的系统观察生成的，有的则是综合了专家的经验之后提炼概括出来的。这就 决定了控制规则必须经过一个优化过程，以达到去粗取精、去伪存真的目的。模糊控制规则的优化包括 规则条数的优化和内容的优化两方面： ＋模糊控制规则条数的优化：模糊控伟８规则的条数不能过少，否则控制规则会不完全和粗糙；同样 控制规则的条数也不能过多，否则会出现功能相近的规则，造成处理上的麻烦和推理上的时问消耗。 ＋模糊控制规则内容的优化：模糊控制规则的推理应合理。如果某条规则的推理不太合理，则控制 品质就会较差：如果两条推理规则是相互矛盾的。则系统就有可能产生发散，即出现振荡。所以模糊控 制规则内容的优化也是十分重要的。§３－３模期自整定ＰＩＤ参数控锚器的设计目前，常规ＰＩＤ调节器己被广泛地应用于工业过程控制中，并取得了较好地效果，原因在于ＰＩＤ 控制器结构清晰，而且通过调节ＰＩＤ控制器的比例系数足Ｐ、积分系数Ｋ，和微分系数Ｋ，：）．使其可以 适用于各种不同的对象。但由于常规ＰＩＤ调节器不具有在线调整参数置，、Ｋ，和世。的功能，并且选１４型ｉｉ三些奎耋堡圭堂堡堡塞取参数有一定的麻烦，致使其不能满足系统在不同偏差Ｉ ｅ（ｋ）ｌ及偏差变化率Ｉ Ａｅ（ｋ）Ｊ下对ＰＩＤ参数的调整要求，影响其控制效果的进一步提高。模糊控制原理采用与人类思维方法相类似的推理方法，具有很 大的灵活性。综合以上因素进行考虑，我们选用采用模糊推理在线调整ＰＩＤ参数的控制器。 模糊自整定ＰＩＤ参数控制器是以过程控制的知识为基础的，以模糊控制规则所组成的知识库，摘 述过程控制有关规律的推理机理。在实际控制中，采用模糊援则和模糊推理，得到整定之后的ＰＩＤ参 数，从而实现对ＰＩＤ控制器的在线调蘩，取得满意的效果。 模糊控制器具有以下特点： ＋模糊控制器不依赖于被控对象的精确数学模型，易于对不确定性系统进行控制； ＋模糊控制器易于控制和掌握，是一种语言控制器： ＋模糊控制器抗干扰能力强，响应速度快，控制系统特性具有很好的鲁棒性。３善ｌ模期自整定ＰＩＤ参数控｛爨系统结构模糊自整定ＰＩＤ参数控制系统是以模糊控制规则进行推理，实时调节Ｐ１Ｄ参数的一种控制系统， 模糊控制规则给出的是在不同实时状态下对ＰＩＤ参数的推理结果。模糊自鹅定ＰＩＤ参数控制系统的结 构如图３．１所示１１“。 模糊自整定ＰＩＤ参数控制就是在一般的ＰＩＤ控制系统的基础上，采用模糊推理思想，加上一个模 糊推理环节，模糊推理环节是为了根据系统实时状态调节ＰＩＤ的参数而设置的。图３．１模糊自整定ＰＩＤ参数控制系统结构图Ｆｉｇ．３．】Ｓｅｌｆ－ｔｕｒｎｉｎｇ ｆｕｚｚｙ ＰＩＤ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｒａｍ在ＰＩＤ控制器中，偏差ｅ（ｋ）、ｅ（ｋ—１）和ｅ＜ｋ一２）都是已知的输入量，而参数Ｋ”Ｋ，和符Ｄ则是需要确定的。在一般系统中，Ｋ，、Ｋ，和足Ｄ都需要根据实用工程方法整定。这些工程方法都要对 被控对象进行现场实际测定之后，才能确定参数Ｋ，、Ｋ，和Ｋ。。 比例系数Ｋ，的作用是加快系统的响应速度，提高系统瞩节精度：Ｋ，越大，则系统的响应速度越 快，系统的调节精度越高，但Ｋ。过大则容易产生超调，甚至导致不稳定；若足。过小，则会降低调节 精度，使响应速度缓慢．从而延长调节时间，使系统动静态特性变坏。积分系数彤，的作用在于消除系薹至曼！墼！￡墼堇￡Ｉ基蒌皇鍪ｌＩ星璧羹墅囊墼墼篓墼耋矍塞渊～统的稳态误差：置，越大，系统的静差稍际待越快，但好，过大在响应过程ｆｌ勺初期尉套产生积分饱和现 盈，从雨引起哺成过程韵较太超调：若芷，过小，将使系统的静差难以消除，影响系统前调节精度。微 分系数Ｋ。韵作用在于改善系统的动态特性：因为微分环节是响应偏差变化率ｆ Ａｅ（ｋ）ｌ的，其作崩主爰 是在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化，对偏麓变化进行提前制动，１日Ｋ。过大，则会健响应过程 过分提前制动，从而拖长调节时间，而且系统的抗干扰性较盏。 根据ＰＩＤ拄糊的基奉特性，在不同的儡罄｛ｅ（ｋ）ｆ和偏差变化率ＩＡｅ（ｋ）｜时．对Ⅳ．，、甜Ｊ和彭Ｄ的饔隶也不尚；＋当｛ｅ（老）｜较大时ｔ蝥尽快消除偏差．提离响成速度，Ｋ，应该取的大些ｕ为避免出现趣调，西，强好为零，Ｋ。应取较小ｅｔ当Ｉ ｅ（ｋ）Ｉ处于中闻时，为了撼小系统响应的超调，Ｋｐ Ｋ，和直Ｄ都币＃＆鞭得太＿凡：岸，应墩较 书售，Ｋ，和《Ｄ的太小要适中?以镙持系统的相应速度。 ?当ｌ Ｐ（竞）｛辕小时，为使系统具有良好前稳态性能，瘦适当增大ＫＰ和Ｋ，?葡对为避免系统在设 定值附近出现振荡，捧考壤割系统的抗干扰性能，选取Ｋ。漂剥为：当１Ａｅ（ｋ）ｌ较小时?Ｋ。应取中等走小；当ｌＡｅ（ｋ）ｌ较大时，ＫＤ应取小些。３岳２模糊皂整定ｍ参数控制调节撬剡啦剩定由以上参数照定原则，采用模糊逻辑推理ｌｌ勺方法设计模糊自整定ＰＩＤ参数控制器，步骤如下㈦： １确定控制器的输入羊Ⅱ输出语雷变量 由模糊自整定Ｐ１Ｄ参数控制系统结构图可知，参数修正部分实质上是一个模糊控制器，奠输入语 言变量为ｌ Ｐ（露）１和ｆＡｅ（ｋ）Ｉ，输出语言变耋为ＫＰ、ＫＪ和正Ｄ。确定各个语言变壁论域，在其论域卜定 义模糊量。设模糊控锘』器备个语言蹙麓论域如下： ｛８（七）｜：ｆ＝｛１，２）；｛加（≈）Ｉ：ｙ＝｛ｌ，２）：Ｋ，＝｛０，ｚＪ．ｚ：，ｚ，｝＝｛０，０．１，０ ２，０．３｝；玛＝｛Ｏ，Ｚｌ，ｚ？，Ｚ３｝＝｛０，０．００００１，０．００００２，０．００００３｝；Ｋ。＝｛Ｏ，五，ｚ：，ｚ，）＝｛０，０．１，０．２，０．３）其中在输入语言变最ｌ Ｆ（七）ｆ和｜Ａｅ（ｋ）｜的论域中语言值取¨ｐ”（Ｍ）和“小”（ｓ）两础?萁语裔值隶 属函数曲线如闰３．２所示。 在输出语言变量岸Ｐ、Ⅳ，和置Ｄ的论域中语言值取“＿Ａ－”（Ｂ）、“中”（Ｍ）、“小”（ｓ）和“零”（ｚ） 四种，萁语言值的隶Ｊ蕊函数曲线如图３，３所示。］６２决定挺Ｐ、嚣，和芷。的调节规则 可知在线调整ＰＩＤ参数的模糊挣制器是阻１ ｅ（ｋ）Ｉ和ｌＡｅ（ｋ）｛为输入语言变量，瞳Ｋ，、符，鄣■。为 输出语亩变量的模糊控制器，它的控制规盟Ｕ就是对ＫＰ、Ｋ，和ＫＤ的调节规则。由于｛ｅ（ｋ）和１△Ｐ（露）Ｉ一般不是很犬，舜｝以Ｉ ｅ（ｋ）ｉ和ｌＡｅ（ｋ）Ｉ的论域中语言值可以灵鞋“中”（Ｍ）和“小”（ｓ）两种。这样将会太大简化模糊控制规则，以免规则过于复杂，造成拄制语句过丁繁碳，难 以实现。Ｏ２３霉ｓ１２Ｉｇ（七）Ｉ和ｌＡｅ（七）ｌ的隶属函数 ｏｆ｛ｅ（ｋ）；ａｒｉｄ Ａｅ（ｋ）Ｆｉｇ ３．２ Ｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐ ｆｕｎｃｔｉｏｎ０Ｚ１Ｋ Ｐ，Ｋｉ、Ｋ， ｚ！图３．３彭Ｐ、Ｋ，和ＫＤ的隶属函数Ｆｉｇ．３＿３ Ｍｅｍｂｅｒｓｈｉｐ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆＫＰ、Ｋ，∞ｄＫＤ根据以诣在过程控带４方面应用模糊控制的经验，制定ＫＰ、岸，』ｆⅡＫＤ的调节规则衰，如表３ Ｉ、表３．２和表３．３所示ｉ”ｊ：３穗糊推理和模糊运算的举例根据Ｂ、Ｋ，和Ｋｐ的调节规到表ｔ可以将模糊推理写成条件语句鼬形式：ｌｆＸ＝ＡＣ Ｚ。ａｎｄＹ＝Ｂ一，ｈｅｎ例如程据表３１，有；一一：：＝：：垂至！塑！！！篁量垫塞鎏塞垫垫星堡篓墅垂堑墼堡塾量堑塞ｉｆｉｆＰ（七）ｌ＝ｓａｎｄｉＡｅ（ｋ）『＝ｓｔｈｅｎＫ。＝Ｂ；ｊ Ｐ（七）ｆ＝Ｍａｎｄ｝Ａｅ（ｋ）ｆ＝ｓｔｈｅｎＫ。＝Ｍ模糊推理中蕴含关系运算采用最小运算方法，台成运算采用最大一晟小台成方法，ａｎｄ运算采用求 交运算方法，ａｌｓｏ运算采用求并运算方法，清晰化采用加权乎均方法。那末计算公式为：∥Ｍｌ（ＺＰ）＝／－ｔＭＥ。（Ｍ＿Ｍ）Ａ∥ｍ。（Ｓ斗Ｍ）；∥”２（Ｚｐ）＝Ｐｕｔ；。（Ｍ＿Ｍ）＾∥ｗ。（Ｍ斗Ｍ）例如ｆ ｅ（ｋ）Ｉ和ＩＡｅ（ｋ）Ｉ尺度变换后的论域值分别为１．３和１．２。由图３．２可知，此时｝ｅ（ｋ）ｆ可模糊化为“中”和“小”两个模糊量，隶属度分别为： 表３．】 ＫＰ值的调节规则表Ｔａｂｌｅ ３．１ Ｆｕｚｚｙ ｒｕｌｅ ｏｆ Ｋ，ＳＳ————１广—————一Ｓ—————１矿———————————丽———————————弋ｒ——表３．２ Ｋ，值的调节规则表Ｋ，Ｔａｂｌｅ ３．２ Ｆｕｚｚｙ ｒｕｌｅ ｏｆＭ百——袁３．３Ｋ口值的调节规则表ＫＤＫ。Ｔａｂｌｅ ３．３ Ｆｕｚｚｙ ｒｕｌｅ ｏｆｅ（七）Ｉｆ衄（七）ｔ∥Ｅ，（１＿３）一∥ｗ（１．３）＝０．７＝＝＝＝＝＝＝＝—＝＝＝＝；＝＝＝＝＝；；：堡些三！燮璧圭兰堡鎏塞／２￡２（１．３）＝∥∞（１．３）＝０．３ 而Ｉ Ａｅ（ｋ）Ｉ也可模糊化为“中”和“小”两个模糊量，隶属度分别为： ∥Ⅱｌ（１．２）＝∥Ｍ＊（】．２）＝Ｏ．８；ⅣⅡ２（１．２）＝卢ｍ（１．２）＝０．２对于当前输入的ｌ ｅ（ｋ）１和Ｉ ａｅ（ｋ）Ｉ，在表３．１中只有以下四条模糊推理规则：ｉｆ ｉｆ ｉｆ ｉｆｅ（ｋ）ｌ＝Ｍ ａｎｄ ｌＡｅ（ｋ）ｌ＝ｓｔｈｅｎ ｅ（１ｃ）ｆ＝ＭＰ（七）ｌ＝ｓａｎｄ ａｎｄＫ，＝Ｍ；ｆＡｅ（ｋ）ｉ＝Ｍｔｈｅｎ Ｋ。＝Ｍ：ｌＡｅ（ｋ）Ｊ＝ｓｔｈｅｎＫ，＝Ｂ；ｅ（ｋ）｜＝ｓ ａｎｄ｜△ｅ（．ｉ｝）Ｉ＿Ｍｔｈｅｎ Ｋ，＝Ｂ那么对应的隶属度计算为：／－ｔｘｐｌ（乙）＝∥ｍ（１．３）。（肘叶肘）Ａ∥Ⅲ（１．２）。（ｓ斗Ⅳ）＝ｆｏ．２，０．２，０．２，０．２１；．，ＵＫ，０２（乙）２／ａＭｓ（１．３）。（Ｍ哼Ｍ）＾∥Ⅲ（１．２）。（Ｍ＿Ｍ）＝【Ｏ．２，０．２，０．７，０．２］；，ｕｘｐｓ（Ｚｐ）＝∥船（１．３）。（Ｓ—｝口）＾∥眦（１．２）。（ｓ—｝Ｂ）＝【０．２，０．２，０．２，０．２１；∥胛４（ｚＰ）＝卢越（１．３）。（Ｓ寸Ｂ）＾Ａｔ村姑（１．２）。（Ｍ—｝曰）＝［０．２，０．２，０．２，０．３】 将∥”，（Ｚ，）进行ａｌｓｏ运算，得到Ｋ，的模糊输出量为：∥”（ｚＰ）＝ＵｆｌｌＫｐｉ（乙）＝【ｏ．２，０．２，０．７，０．３】由清晰化方法得到Ｋ，的精确值为：世Ｐ：—０．—２—。—０＋—ｉ０．ｉ２。—０：Ａ：＋—０—．７—。—０—．２—＋—０—．３—×一０．３：０Ａ ７ ０．２＋０．２＋０．７＋０．３。同理可推得Ｋ，和ＫＤ的精确值。因此可以在线调整ＫＰ、ＫＪ和ＫＤ的值，直接输出作为常舰ＰＩＤ 的参数整定值，从而实现模糊自整定ＰＩＤ参数的功能。９董垂星！！！！！塞苎垫妻堡皇垫垫堡堡篓型蚕丝塑堡堡耋堑壅第四章系统的硬件设计整个硬件系统共包括单片机部分、触发电路部分、整流电路部分、光耦隔离部分和直流电机等五部 分，如图４．１所示。其中单片机部分重点讲述Ｃ８０５１Ｆ０１９内嵌的ＡＤＣ，而直流电机部分和一些附属电 路就不再这里讲述了。 给定值图４．１系统框图Ｆｉｇ．４．１ Ｓｙｓｔｅｍ ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｒａｍ§４＿１可控整流电源电路的设计４－１—１可控整流电源电路的设计本课题中整流电路采用三相桥式全控整流电路作为直流电动机的电源，３８０Ｖ三相交流电源经空气 开关送至三相变压器。为减少商次谐波对电网造成的不良影响，变压器采用△Ⅳ接法，整流电路采用由晶闸管ＶＴ】、ＶＴ２、ＶＴ”ＶＬ、ＶＴ５和ＶＴ６组成的三相全控桥，晶阐管布局如图４．２所示㈣。ＵｄＶＴ４ＶＴ６ＶＴ２图４．２三项桥式全控整流电路Ｆｉｇ．４．２ Ｔｈｒｅｅ—ｐｈａｓｅ ｆｕｌｌｙ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｒｉｄｇｅ ｒｅｃｔｉｆｉｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ晶闸管ＶＴ６和ＶＴ】在控制角口被触发导通后，ＶＴＩ和ＶＴ２、ＶＴ２和ＶＴ３、ＶＴ３和ｖＴ４、ｖＴ４和ＶＴ；河北工业大学碗士学位论文ＶＴ５和ＶＴ６相差６０。依次被触发导通，从而每隔６０。就有一“个晶闸管换相。从三相桥式整流电路的Ｔ作 过程可以知道： ＋－－－－｝Ｎ桥式整流电路在任何时刻都必须有两个晶阐管导通才能形成回路，其中一个晶闸管是共阴极 组的，另一个晶闸管是共阳极组的。 ＋触发脉冲的相位．共阴极组的ＶＴＩ、ＶＴ３和ＶＴ５之问应相差１２０。，共阳极组的ｖＴ２、ｖＴ。和ｖＴ。 之间也应相差１２０。。接在同相的晶闸管，ＶＴ】和ＶＴ４、ＶＴ３和ＶＴ６、ｖＴ５和ｖＴ２之间则相差１ ８０。。 ?为了保证整流桥合闸后共阴极组和共阳极组各有一个晶闸管导通，或由于电流断续后能再次导 通，必须对两组中应导通的一对晶闸管同时施加触发脉冲。可以采取两种办法：一种办法是佳每个触发 脉冲的宽度大于６０。（一般取８０。～１００。），这是宽脉冲触发：另一种办法是在触发某个晶闸管时同时 给上一个晶闸管补发一个脉冲，相当于用两个窄脉冲代替一个宽脉冲，这是双脉冲触发。虽然两种方法 实现的功能没有区别，但是双脉冲触发可以减小触发电路的输出功率，所以本课题采用双脉冲触发。４－１．２保护电路的设计在任何情况下，不论在正常工作时或者发生故障时，必须保证晶闸管的工作条件不超｜＝ｉｊ它的允许范 围。由于很短时间的过电压或过电流都会损坏晶闸管，所以除了在选用器件时要留有充分合理的裕量以 外，还必须采取采用有效的过电压和过电流保护措施。 ＋过电压保护：在三相桥式全控整流电路中，晶闸管在正常工作时所能够承受的最大峰值电压为：Ｕ。＝４６×Ｕ２，凡是超过【，。值的都是过电压。为了防止过电压对晶闸管造成损害，可以采用阳容保护，在每个晶闸管两端并联一条电阻和电容支路。由于电容两端的电压不能突变，可以限制变压器次级 的电压变化率，因而限制了瞬时电压的上升水平，电阻也可以消耗部分能量。 ?过电流保护：整流电路在运行时，可能由于某一器件击穿短路引起相邻器件出现过电流，或者由 于电机过载等出现过电流，所以为了保｛芷整流电路安全可靠地运彳亍，必须采取过电流保护措施。在本该 题中采用快速熔断器作为过流保护。快速熔断器具有较好的快速熔断特性，它的熔断时间小７－＂ｌｏｒｅｓ， 一旦发生过电流可及时熔断，保护晶阐管。快速熔断器安装在变压器次级绕组输出侧。§４＿２同步信号电路的设计为了保证触发脉冲与交流电源具有相同的频率，并且保持一定的相位关系，必须形成同步信号。同 步信号电路主要包括一个双通道通用运算放大器ＬＭ３５８，同步信号电路如图４．３所示【１６］。 同步信号取自三相电源的ｕ相，从变压器的原边输入ｕ相，经隔离降压后得到副边电压，再经过 Ｒ】限流后输入ＬＭ３５８的反相输入端，ＬＭ３５８的同相输入端接地，由此构成一个过零检测电路。该电 路输出一方波，方波的上升沿对应着ｕ相正弦波的正半波。此方波信号作为计时信号送入单片机，使单２】基于Ｃ８０５ＩＦ单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究片机获悉ｕ相已经过零，开始计算触发时刻，准备触发。为了防止比较器损坏，可在正反向输入端并联 ２个二极管加以保护。由于三相电压每两相之间相位相差固定，故只需一个同步信号检测环节，对其余 两相的过零时刻进行相应的计算即可推知。对于Ａ相而言，检测到Ａ相过零点，送入单片机，触发角 度如果确定，由交流电压的周期即可计算出该触发角度所对应的时间ｔ，在时刻ｔ给晶闸管ＶＴ６和ＶＴＩ 施加触发脉冲。在ｖＴｌ触发６０４后触发ＶＴｌ和ＶＴ２，在ＶＴ２触发６０。后触发ＶＴ２和Ｖ＇Ｉ’３，如此依次 触发。这种检测电路节省硬件资源，有利于设备的维护与检查。Ｐ１．０■０图４．３同步信号检湖４电路Ｆｉｇ．４．３ Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ§４－３数据采集模块此模块的主要功能是采集给定电压值和实际电压值。经过降压隔离后送入单片机中，在单片机内进行模数转换，得到给定电压值和实际电压值的偏差Ｉ ｅ（ｋ）１和偏差变化率ＩＡｅ（ｋ）Ｉ。定电压值和实际电压值的采样由Ｃ８０５１Ｆ０１９的内部ＡＤＣ来完成，如图４．４所示ｐｌ。 Ｃ８０５１Ｆ０１９的ＡＤＣ子系统包括１个９通道的可配置模拟多路选择器ＡＭＵＸ和１个１００ｋｓｐｓ的１０ 位分辨率的逐次逼近寄存器型ＡＤＣ，ＡＤＣ中集成了跟踪保持电路，ＡＭＵＸ、数据转换方式及窗口检测 器郡可用软件通过特殊功能寄存器来配置【１７】。 通过设置模拟多路选择器ＡＭＵＸ的控制寄存器ＡＭＸＯＳＬ，可以选择不同的通道，从而分别对设定 量和反馈量进行检测。 当ＡＤＣ控制寄存器ＡＤＣＯＣＮ中的ＡＤＣＥＮ位被置１时，ＡＤＣ子系统才被允许工作。向ＡＤＣＯＣＮ 中的ＡＤＢＵＳＹ位写ｌ，即开始转换；转换结束后，ＡＤＢＵＳＹ位自动转换为０，而ＡＤＣＩＮＴ位自动转换 为１。转换结果保存在ＡＤＣ数据字寄存器ＭＳＢ和ＬＳＢ中，数据对齐方式由ＡＤＣＯＣＮ中的ＡＤＬＪＳＴ位 决定，在这里中只保留高８位转换值。 当通过向ＡＤＣＯＢＵＳＹ写１启动东数据转换时，应查询ＡＤＣＩＮＴ位，以确定转换何时结束。奁询 转换的步骤为：４向ＡＤＣＩＮＴ写０； ＋向ＡＤＢＵＳＹ写１；＋查询并等待ＡＤＣＩＮＴ变１：２２型：！．！。些薹堂堑：！姜堡篓圣‘处薄数据。图４－．４Ｆｉｇ４．４１０位ＡＤＣ功能模块框图１０一ｂｉｔＡＤＣ ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｒａｍ§“触发毫路的设计触发电路是整流电路中的主要配套电路，是整流电黯能否正常工作的美键ｔ触技电路［Ｉ尊摹率作用是 Ｉ≈晶阔管的门辍提供触发脉冲。对触发电路需要注意如ｒ ＪＬ点： ＋为了佳显嘲管始婷可靠触笈．触发电路应能提供足够大的触发电压轴触发电流； ?触麓脉冲的形状耍陡； ＋触发脉冲的宽度为ｌｍｓ； ＋触发脉冲廊与三相电源保持同步的相位关系。 在本课题中采用光耦台／光隔离器ＭＯＣ３０２３和６缓冲器／驱动器ＳＮ７４ＬＳｌ７作为触发弓蹿主要的 元件，这种触发电路不需要另外的触发电源。ＭＯＣ３０２３是一种双向输｝丑型的光耦台光隔离嚣，输入端 承受靛最走反向电瑟为３ｖ，输入电流为３ｍＡ，最丈输由电流为１００ｍＡｔ最大隔离电压为７５００Ｖ?可盲 接驱动２５０Ｖ的电气设备。在这里它的作用是触筮外都的晶阉管，并量隔离单片机电路与辨帮的整流电 路。ＳＮ７４ＬＮｌ７是一种６缓冲器／驱动器，它可以进一步提高单片机发出的触发脉冲的功睾。触技电路妇瞪４．５所示¨…。当单片机的Ｐ０．０端输出高电平时，ＳＮ７４ＬＳｌ７将提高触发脉冲的功警．ＭＯＣ３０２３的鞠入端有电流 输入，通过内部的对发光／光敏二板管拄制输出端的晶闸管，给晶闸管ＶＴｌ的ｒｊ板施加～个旺：同电董量！！塑！！皇丛垫要夔皇垫！！星堡堡型至堑塑堡墼量堑塞压。在ＶＴｌ承受正向电压的情况下，ＶＴ】被触发导通。当Ｐ０ ０端输出低电平时，ＭＯＣ３０２３截止，停ｆＥ 发出触发脉冲，但ＶＴｌ仍导通，直到其自然关断。触发脉冲的宽度由单片机控制，即ＭＯＣ３０２３内部发 光＝极管的导通和截止时间由单片机控制。为保证能够有效可靠的触发晶闸管．触发脉冲必须足够宽。 Ｐｏ．１至Ｐ０．５发出的信号分别控制晶闸管ＶＴ２至ＶＴ６的导通。由于三相电源每两相之间的相位差１２０。， 所以Ｐ０．１至ＰＯ。５输出的脉冲每两个相差６０’。 ＭＯＣ３０２３ 门极 阴极图４．５触发电路Ｆｉｇ．４．５ Ｔｒｉｇｇｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ§４＿５反ｔ凌４＃ｍ电路的设计在电路中需要把模拟信号与单片机电路隔离开，或者说需要将强电部分和弱电部分隔离开。在本课 题中．用线性光耦台器组成的模拟信号隔离电路有效地解决了这个问题。 线性光耦合器是将输入信号通过光电作用与其它电路隔离开来，得到与输入信号成线性关系的输出 信号的一种光电器件。由线性光耦合器构成的模拟信号隔离电路利用光耦的固有特性，使得输入电路和 输出电路绝缘隔离，并且输入信号和输出信号成线性关系。在本课题中采用的线性光耦合器型号为高线 性模拟光耦台器ＨＣＮＲ２０１，电路如图４．６所示”…。ＨＣＮＲ２０１ＡｎｑＯ门图４；６模拟信号隔离电路Ｆｉｇ．４．６ Ｓｅｐａｒａｔｅ ｃｉｒｃｕｉｔ ｏｆａｎａｌｏｇ ｓｉｇｎａｌ线性光耦台器ＨＣＮＲ２０１由发光二极管ＬＥＤ、反馈光敏二二极管ＰＤＩ和输出光敏二极管ＰＤ２组成。 当ＬＥＤ通过驱动电流时，发出红外光分副照射在ＰＤｌ和ＰＤ２上，ＰＤｌ吸收ＬＥＤ光通量的一部分，从 而产生反馈电流，这一部分电流用来调节驱动电流以补偿ＬＥＤ的非线性特性。ＰＤ２产生的输出电流与 ＬＥＤ发出的光通量成线性比例。使用时ＬＥＤ的阴极接地，ＰＤｌ和ＰＤ２的阳极分别接模拟电路电源的ｌ【：２４型！！三些套耋堡圭耋堡篁塞极和数字电路电源的正极。ＨＣＮＲ２０１输入电流典型值为】０ｍＡ，反馈电流称为伺服电流增益，典型俊为０ Ｓ％。在模拟信号隔离电路中，需要在ＨＣＮＲ２０１的前面加一级驱动，在后面加一级缓冲。为统一嚣件， 在这里选用双通道通用运算放大器ＬＭ３５８。 从主电路中采集到模拟量信号，首先要经过分压电路降压处理，然后经过线性光耦合器ＨＣＮＲ２０ｌ 组成的模拟信号隔离电路进行隔离和线性转换后，再送入单片机内的ＡＤＣ进行模数转换，最后进行数据处理。§４＿６系统的抗干扰设计随着单片机在工业控制领域中的广泛应用，单片机系统的可靠性越来越受到人们的关注。单片机系 统的可靠性是由多种因素决定鲍，其中系统抗干扰性能的好坏是影响系统可靠性的一个重要圉素。因此 在系统设计中，抗干扰设计也是一个不可忽视的重要方面１：２０１。４—６，ｌ系统中的主要干扰渠道干扰一般都是以脉冲的形式窜入系统的，干扰窜入系统的渠道主要有三条：即通过电磁辐射窜入系 统和过程通道的干扰；通过与单片机相连的过程通道窜入的干扰；供电系统的干扰。在一般情况Ｆ，蔡 一辩干扰在强度上远小于其它两个渠道窜入的干扰，而且可以通过照好的屏蔽与正确的接地鳃决，所以 系统抗干扰设计的重点是在防止从供电系统和过程通道窜入的干扰。４一丘２系统的抗干扰措施系统的抗干扰措施主要有两方面： ＋供电系统的抗干扰措施：任何电源及输电线路都存在内阻。如果没有内阻存在，无论任何噤声都 会被电源短路吸收，在线路中不会产生任何干扰电压，因此正是这些内阻引起了电源的噪声干扰。为了 防ＬＬ从电源系统窜入干扰，本系统供电采用隔离变压器。隔离变压器的初级和次级之间均采Ｉ｝；｛｛屏蔽层隔 离，减少其分布电容，可以有效地抑制初级和次级之间寄生电容耦合所产生的高频噪声。 ＋过程通道的抗干扰措施：过程通道是外部系统和单片机之间进行信息传输的途径。为了保证信息ｔ传输的正确性，通常在过程通道上采用光耦隔离措施。光耦的主要优点是能够切断光耦合器两侧信号的 电气联系．有效地抑制尖峰脉冲及各种噪声干扰，使过程通道的信噪比太为提高。董至！！！ｉ！！苎苎垫塞亟塞垫垫星堡篓型薹些墼篓笪皇堑塞第五章系统的软件设计§ｓｑ系统软件的主程序流程图在本课题中采用查询方式得到触发脉冲的同步信号。通过查询三相电源中Ｕ相的过零时刻，得到触 发脉冲的初始相位。很多单片机嵌入式触发器采用外部中断方式来获得触发脉冲，但这种方式很容易受 到外部干扰，造成触发失败，这是目前嵌入式触发器推广应用中面Ｉ临的最主要问题。若同步信号采用非 中断输入，就可以从根本上避免这种局面。 本课题中系统软件的主程序包括同步查寻子程序、采样子程序、保护模块子程序、模糊自整定ＰＩＤ 参数子程序、数据转换子程序、触发脉冲子程序以及延时予程序等，在模糊自整定ＰＩＤ参数子程序中 完成对ＰＩＤ参数的调整，和对最终输出触发脉冲相位角的确定。在主程序中首先完成了各有荚特殊功 能寄存器的初始化和各种表单的设置。 主程序流程图如图５．１所示。５－１—１ＡＤＣ特殊功能寄存器的配置＋特殊功能寄存器ＡＤＣＯＣＮ用于ＡＤＣ的控制，其中ＡＤＣＥＮ位为ＡＤＣ允许位，设为１即为允许 ＡＤＣ进行转换；ＡＤＣｌＮＴ位为ＡＤＣ转换结束中断标志，设为０；ＡＤＢＵＳＹ位为ＡＤＣ忙标志位，设 为ｌ即开始转换。ＡＭＸＯＣＦ的控制格式如下ｆ６】：Ｒ／ＷＢｉｔ７Ｒ／ＷＢｉｔＥ，ＲＡＶＲｆＷＲ／ＷＢｉｔ３Ｒ／ＷＲ／ＷＢｉｔｆＲ／ＷＢｉｔ０Ｂｉｔ５Ｂｉｔ４Ｂｉｔ２（ｂＬｌ日ｄ☆ｅ蛳ｂｋｌ攀Ｒｅｓｃｔ Ｖａｌｕｅ?特殊功能寄存器ＡＤＣＯＣＦ用于ＡＤＣ０的配置，其中７－－４位用于确定ＡＤＣ的转换时钟周期，本 处设为０００，即１个系统时钟，其它位未使用。ＡＤＣＯＣＦ的控制格式如下：Ｐ，／ＷＢｉｔ７Ｒ／ＷＢｉｔ６Ｒ／ＷＲ／ＷＰｄＷＢｉｔ３Ｒ／ＷＲ２ＷＲ／ｗ０１ １０００００Ｂｉｔ５ Ｂｉｔ４ ＢＲ２ ＢｉｔＩ Ｂｉｔ０ ＳＦＲ Ａｄｄｒｅｓｓ：ＯｘＢＣ‘特殊功能寄存器ＡＭＸＯＣＦ用于ＡＭＵＸ的配置，其中３￣ｏ位用于确定各输入端为单端输入或差 分输入，本处设为００００，即全为单端输入，其它位未使用。ＡＭＸＯＣＦ的控制格式如Ｆ：Ｒ，Ｗ Ｒ／Ｗ Ｒ／Ｗ ＲＩ＇Ｗ Ｒ／Ｗ Ｒ／Ｗ Ｒ／Ｗ ｇ／ＷＲｅｓｅｔ Ｖａｌｕｅ００００００００ＢＩｔ７ Ｂｉｔ６ Ｂｉｔ５ Ｂｉｔ４ Ｂｉｔ３ Ｂｉｔ２ Ｂｉｔｊ Ｂｉｔ０ ＳＦＲ Ａｄｄｒｅｓ、０ＸＢＡ２６＋特殊功能寄存器ＡＭＸＯＳＬ用于ＡＭＵＸ的通道选择，其中３加位被使用，设为００００．即为选择通道ＡＩＮ０；设为０００１，即为选择通道ＡＩＮｔ，其它位未使用。ＡＭＸＯＣＦ的控制格式如下；Ｐ，ｌＷＲ／ＷＲ／ＷＲｆＷＲ／ＷＰ，／ＷＲ／ＷⅣＷＲｅｓｅｔ Ｖａ Ｊｕｅ００００００００Ｂｉｔ７ Ｂｉｔ６ Ｂｉｔ５ Ｂｉｔ４ Ｂｉｔ３ Ｂｉｔ２ ８ｉｔｌ Ｂｉｔ０ ＳＦＲＡｄｄｒｅｓｓ：０ｘＢＢ｝设置表单Ｉｌｌ开始延时ｌＤｍｓｌ』 延时期间设置定时器和初始参数＜◇一ｌ启动定时器Ｉ一｛取设定右菊反馈值Ｉ进行模糊ＰＩＤ处理番芦ｌｉ进行渐变处理』Ｎ◇ＹＩ墨堂堡竺垫！！！！型Ｉ延时６６６７ｕｓ一采样值一经历时闯延时９４４４“Ｓ－经历时间｜逐次发脉冲｜图５－１主程序流程图Ｆｉｇ．５．１ Ｍａｉｎ ｐｒｏｇｒａｍ ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ董圭！型ｉ！！皇苎垫塞堕皇垫堡星堡墼型壅篓笪堡童量堡塞ｓ＿ｌ－２定时器／计数器特殊功能寄存器的配置＋特殊功能寄存器ＣＫＣＯＮ用于定时器的控制，其中ＴＩＭ位为定时器ｊ时钟选择标志，设为０即 选择系统时钟的１２分频。定时器０的控制位和定时器１的类似。ＣＫＣＯＮ的控制格式如下：饕＋特殊功能寄存器ＴＣＯＮ用于定时器的控制。其中ＴＦｌ位为定时器１溢出标志，ＴＲｌ位为定时器 】允许标志，设为１即允许。定时器０的控制位和定时器１的类似。ＴＣＯＮ的控制格式如下：Ｒ／ＷＢｉｔ７Ｒ／ＷＲ／ＷＲ／ＷＢｉｔ４Ｐ．／ＷＢｉｔ３Ｒ／ＷＢｉｔ２ＲＡＶＲ，ｚＷＲｅｓｅｔ Ｖａｌｕｏ１３０００００００Ｂｉｔ６ Ｂｉｔ５ＢｉｔｊＢｉｔ０ＳＦＲＡｄｄｒｅｓｓ：（ｂｎ“ｄｒ曲Ｂ日“０ｘ９８＋特殊功能寄存器ＴＭＯＤ用于定时器的工作方式，其中ＧＡＴＥＩ位为定时器１门控制位，设为１ 即允许定时器１工作，与外部中断无关：Ｃ／＇ＴＩ位为计数器／定时器１选择标志，设为０即没定为定时 器。定时器０的控制位和定时器１的类似。ＴＭＯＤ的控制格式如下：Ｒ／ＷＢｉｔ７删Ｂｉｔ６Ｒ／ＷＢｉ巧Ｒ／ＷＢｉｔ４Ｒ／Ｗ脚Ｂｉｔ２Ｒ，ｔＷＰ．ＡＶＲｅｓｅｔ Ｖａｌｕｅ００００００００Ｂｉｔ３ Ｂｉｔ］ Ｂｉｔ０ ＳＦＲＡｄｄｒｅｓｓ：０Ｘ８０能否在每个周期恰当的时刻发出触发脉ｉ中，对于整个系统的正常工作是至关重要的。在触发模块程 序中完成的主要功能是检测同步电压过零点．计算触发时刻，并按顺序向６个晶闸管发出触发脉冲．触 发晶闸管１１８｜。触发模块程序流程图如图５２所示。 通过数据采集通道得到设定量，确定触发晶阐管的初始时刻，即导通角口。导通角的计算是启动 定时器完成的，具体程序流程如图５．２所示。在定时器模式Ｆ，由于本单片机系统采用的是１２ＭＨｚ晶 振，计数器由单片机内主脉冲经１２分频后计数，定时器的一个时钟周期为１峭。选择定时器Ｔｌ工作在 模式】下，定时嚣的初值可以由设定的电压鲞通过模数转换得到，然后进行延时。单片机每次在发出触发脉冲前．必须对主电路进行过压过流检测。一旦发现主电路过压或过流，将 关闭晶闸管触发系统。 主电路的过压和过流检测输入选择Ｐ１．１和Ｐ１．２。若发现过压则在Ｐ０．６输出高电平，发现过流则在堡垄三些筌耋堡圭耋堡望塞Ｐ０．７输出高电平，驱动２个ＬＥＤ发出信号。同时将发出的脉冲延时到逆变区域，实际上三相桥式全控 整流电路将停ＬＥ工作，保证了系统的安全。保护模块程序流程胬如图５，３所示。 其中Ｃ是特殊功能寄存器ＰＳＷ的进位标志位，作位逻辑运算用。开始发脉冲６延时１０００ｕｓ关脉冲６，１判断保护发脉冲１．２延时１０００ ｕｓ关脉冲】，２判断保护发脉冲２，３延时１０００Ⅱｓ关脉冲２。３延时１１６７１．ｔｓ启动定时器图５．２触发脉冲模块流程图Ｆｉｇ．５．２ Ｂｕｒｓｔ ｍｏｄｕｌｅ ｆｌｏｗ ｃｈａｒｔ图５．３保护模埂流程晷Ｆｉｇ，５．３ Ｐ１＇ｏｔｅｃｆｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ ｉ］ＯＷ ｃｈａｒｔ§ｓ４模糊身羹定岫参敷程懈熙在设计模糊自整定ＰＩＤ参数程序时，酋先需要确定辅入萱偏差ｌ ｅ（ｋ）Ｉ和偏差变化率ｌ△Ｐ（≈１｝与输出量比例系数岛、积分系数发，和微分系数ＫＤ的论域?分别将精确量横糊化，进行模糊推理ｔ再将模糊量精确化．然后通过ＰＩＤ算法计算新的Ｉ ｅ（Ｉｃ）Ｉ．计算出定时器新的栩值，继而可必得到新的触发时 刻，得到符台要求的电压值。程序流程闯蜘图５Ａ所示‘２”：３０、堡ｉｉ蒌些耋塞堡ｉ童！堡婆兰Ｅ（ｋ）－ＩＮＰＵＴ—ＢＡＣＫｕＰ＿ＫＰ＋ｆＥ（ｋ）＿Ｅ（ｋ－１）Ｊ图５．４摸糊自整定ＰｌＤ参数程序洼程图Ｆｉｇ。５．４Ｓｅｌｆ－ｍｉｎｉｎｇ呦ＰＩＤｃｏｎｔｒｏｌ ｂｌｏｃｋ ｄｉａｇｒａｍ第六章结论在现在的工业控制系统中，各种型号单片机的使用相当广。泛，而各种新型单片机系统越来越显示出在运算能力、适应范围、司扩展性以及抗故障能力等方面的优势。另～?方面，以前对电动机的简单控制 的应用较多，但是现在人们对电动机控制的水平要求越来越高，使电动机的复杂控制逐渐成为主流正成为当前工控领域的主流应用。因此，本课题从上述二者的结合点出发，采用新型单片机对直流电动机进 行复杂控制，利用新型单片机运算能力强和适应性强的特点，设计出一种采用模糊自熬定ＰＩＤ＿方法控 制的基于新型单片机直流电动机控制系统。 本课题选用基于Ｃ８０５１Ｆ０１９高速ＳＯＣ单片机的开发平台进行研究开发，在构建的硬件平台基础上 设计出基于模糊自整定ＰＩＤ的控制方法，实现了整流系统一电动机的反馈控制系统，完成了一个相列 完整实用的电机控制系统，并在此基础上进行了其它应用程序的开发。从硬件选型、平台措建，到系统 调试，完成了整个开发工作，并为后续的扩展工作打下了坚实的基础。型ｉ！；ｉ些奎兰堡圭耋堡堡圣参考文献ｆ１１王晓明．电动机的单片机控制．北京：北京航空航天大学出版社，２００２［２】中国工控网ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｏｎｇｋｏｎｇ．ｃｏｍ吲孙德文．微型计算机技术．北京：高等教育出版社，２００１［４】王兆安，黄俊．电力电子技术．北京：机械工业出版社，２０００ 【５］黄家善．王延才．电力电子技术．北京：机械工业出版社，２００３ ｆ６１潘琢金，施国君．Ｃ８０５１Ｆ高速ＳＯＣ单片机原理及应用．北京：北京航空航天大学出版社，２００２［７］Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｉｅｓ ｌｎｃ．网站ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｉｌａｂｓ．ｃｏｍ［８】李士勇，夏承光．模糊控制和智能控制理论与应用．哈尔滨：哈尔滨＿＿ｒ＿业大学出版社，１９９０【９】孙增圻．智能控制理论与技术．北京：清华大学出版社；南０‘：广西科学技术出版社，１９９７【１０】余永投，曾碧．单片机模糊逻辑控制．化京：北京航空航天大学出版社，１９９５ ｆ１１】蔡自兴．智能控制（第二版）．北京：电子工业出版社，２００４ 『１２１｛：立新模糊系统与模糊控制教程．北京：清华大学出版社．２００３ｆ１３］Ｋｅｖｉｎ Ｍ Ｐａｓｓｉｎｏ，Ｓｔｅｐｈｅｎ Ｙｕｒｋｏｖｉｃｈ．模糊控制．北京：清华大学出版社，２００１ Ｉ １４］刘普寅，吴盏达．模糊理论及其应用．长沙：国防科学技术出版社，２００１ ｌ １５］陈汝全．实用微机与单片机控制技术．成都：电子科技大学出版社，１９９８１１６］童诗白．华成英．模拟电子技术基础（第三版）．北京：高等教育出版社，２００３［１７］Ｃｙｇｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ，ｌｎｃ．Ｃ８０５１Ｆ单片机应用解析．北京：北京航空航天大学出版社，２００２『１８］耿恒山，薛美云，耿跃华等．基于ＡＴ８９Ｃ２０５１单片机的嵌入式晶闸管触发器．电力电子技术．２００４，３８（５）：７７～７９【１９］何希才．新型稳压电源及应用实例．：ｌＥ京：电子工业出版社，２００４ ｆ２０］赵文忠微型机外围接口与通道．西安：西安变通大学出版社，１９９Ｉ 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博的知识、严谨的治学态度、敏锐的学术洞察力以及平易近人的师长风范，都使作者受益匪浅。值此论 文完成之际，谨向导师致以深深的敬意和衷心的感谢。 在本课题的研究过程中，锝到了聂俊岚、韩焕平等老师的热情指导与帮助，在此谨向他们及教研室 的老师们表示衷心的感谢。 感谢师兄汪鹏、耿磊、黄健及同学杨江、刘靖超、张东斌等在试验工作中给予的帮助与支持。 衷心感谢我的父母和岳父母的理锯及无微不至的关爱，衷心感谢我的爱人的无私付出及理解和鼓 励，还有我女儿的诞生给我带来的幸福和快乐，正是在亲人们的理解、支持和鼓励下，使我得以无后顾 之忧，潜心完成学业。 衷心感谢对本论文进行评审及答辩工作的各位专家、教授。 最后，再一次向所有给予本人支持、鼓励、帮助与关心的师长、专家及耐学们表示衷心感谢。基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究作者： 学位授予单位： 被引用次数： 刘晓凯 河北工业大学 1次参考文献(37条) 1.王晓明 电动机的单片机控制 2002 2.查看详情 3.孙德文 微型计算机技术 2001 4.王兆安.黄俊 电力电子技术 2000 5.黄家善.王延才 电力电子技术 2003 6.潘琢金.施国君 C8051F高速SOC单片机原理及应用 2002 7.Silicon Laboratories Inc 查看详情 8.李士勇.夏承光 模糊控制和智能控制理论与应用 1990 9.孙增圻.邓志东 智能控制理论与技术 1997 10.余永权.曾碧 单片机模糊逻辑控制 1995 11.蔡自兴 智能控制 2004 12.王立新.王迎军 模糊系统与模糊控制教程 2003 13.Kevin M Passino.Stephen Yurkovich 模糊控制 2001 14.刘普寅.吴孟达 模糊理论及其应用 2001 15.陈汝全 实用微机与单片机控制技术 1998 16.童诗白.华成英 模拟电子技术基础 2003 17.Cygnal Integrated Products Inc C8051F单片机应用解析 2002 18.耿恒山.薛美云.耿跃华.杨昕 基于AT89C2051单片机的嵌入式晶闸管触发器[期刊论文]-电力电子技术 .何希才 新型稳压电源及应用实例 2004 20.赵文忠 微型机外围接口与通道 1991 21.何小阳 计算机监控原理及技术 2003 22.查看详情 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