3 软件设计
采用 T 计 。 。按工 程设计方法 , 电流内环按典型 Ⅰ 型系统设计 , 转 速外环按典型 Ⅱ 型系统设计 。结合调节器设计 、 H 桥双极性直流斩波控制算法 、模数转换和故障保 护 , 本调速系统的软件设计由 3部分组成 :即主程 序 、 初始化程序和中断服务子程序 。主程序完成 实时性要求不高的功能 , 完成系统初始化和其他 外设通信等功能 。其流程如图 5所示 。初化始后 , 实现键盘处理 、刷新处理与上位计算机和其他程 序完成硬件工作方式的设定 、系统运行参数和变 量的初始化等 。 其流程如图 6所示 。 中断服务子程 序主要完成实时性强的功能 , 如故障保护 、 P WM 生成 、 状态检测和数字 P I 调节等 。中断服务子程 序由相应的中断源提出申请 , CP U 实时响应 。它 包括了 3种中断服务申请 , 其中 , 转速调节中断服 务子程序流程如图 7所示 。 电流调节中断服务子程 序流程如图 8所示 。 故障保护中断服务子程序流程 如图 9所示 。
本系 统 设 计 脉 冲 编 码 器 在 每 个 P WM 周 期 (50μs 都对直流调速系统进行一次电流采样和电 流 P I 调节 , 因此电流采样周期与 P WM 采用定时器 1周期中断标志来启动 A /D转换 , 转换结束后申 请 ADC 中断 。 图 10是 ADC 中断处理子程序框图 。 全部控制功能都通过中断处理子程序来完成 。
由于速度时间常数较大 , 在本程序中设计每 90个 P WM 周期 (即 415m s 对速度进行一次 P I 调节。
速度反馈量是按以下方法计算的 :在每个 P WM 周期都通过读编码器求一次编码脉冲增量 , 并累计。 设电动机的最高转速是 200r/min 即 10/3r/s 。 采用 1024线的编码器 , 经 DSP4倍频后每转发出 4096个
脉冲。 所以在这个转速下 , 每秒发出 10/3×4096=
40960/3个脉冲。 那么 415m s 发出的最大脉冲数为 40960/3×415×103
=61144。 令编码器脉冲速度转
换系数 K SPEED =1/61144, 其 Q22格式为 K SPEED =222
/61144, 即 10AAAH 。用编码器的脉冲累计值乘以 K SPEED 就可以得当前转速反馈量相对于最高转速的比 例值 n, 当前转速反馈量等于 200n /222
。
程序中的速度 P I 调节器和电流 P I 调节器的各个参 数可以根据要求在初始化程序中改写 。
常规的模拟 P I 控制系统由模拟 P I 调节器和被 控对象组成 。采用 DSP 对电动机进行控制时 , 使 用的是数字 P I 调节器 , 而不是模拟 P I 调节器 , 也 就是说用程序取代 P I 模拟电路 , 用软件取代硬件 。 数字 P I 调节器的算法 :
u k =K P e k + T I ∑ k j =0 e +u 0 —
35—
或 u k =K P e k +TK I ∑ k j =0 e j +u
图 10 式中 , k k 2, ; u k 为第 k
; e k 为第 k 次采样时刻输入的 偏差值 ; k I 为积分系数 , K I =K P /T I ; u 0为开始进 行 P I 控制的原始初值 。
根据工程设计方法 , 按照实际系统的具体要 求计算得到两个调节器的实际参数 , 然后将模拟 P I 调节器离散化得到数字 P I 调节器后 , 求得以下 数字调节器的参数 :
电流比例系数 I_K P =4A14H, Q12格式 ; 电流积分系数 I_K I =134AAAH, Q12格式 ; 电流积分饱和修正系数 I_K C =000DH, Q12格式 ;
速度比例系数 N _K P =5666H, Q12格式 ; 速度积分系数 N _K I =71000H, Q12格式 ;
速度积分饱和修正系数 N _K C =0199H, Q12格式 ; 电流最大值 I M AX =7666H, Q12格式 。 4 结 论
本文根据上海一精密仪器加工系统进行了设 计 。 该系统的基本参数和设计要求是 [2][7]
:电动 机功率 P N =200W , U N =48V, I N =317A , n N = 200r/min, 电枢电阻 R a =6
Ω, 电枢回路总电阻 R =8Ω, 电动势系数 C e =0112V ? m in /r, 允许电流 过载倍数 λ=2, 电磁时间常数 T 1=01015s, 机电 时间常数 T m =012s, 电流反馈滤波时间常数 T oi
=01001s, 转速反馈滤波时间常数 T on =01005s 。 设调节器输入输出电压 U nm 3=U i m 3=U cm =10V , 调节器 输入 电阻 R 0=40k
Ω。已 知 电 力 晶 体 管 D202的开关频率 f =1kHz, P WM 环节的放大倍数 K s =418。 要求是 :进行动态参数设计 , 设计指标 为 :稳态无静差 , 电流超调量 σi Φ5%, 有抗负载 性能 , 空载起动到额定转速时的转速超调量 σn Φ20%, 过渡过程时间 t s ≤ 011s; 进行数字化控制 ; 有完善的自动保护功能 。