基于單片機的邏輯無環流可逆調速系統設計

1 引言
生產中有許多機械要求既能正轉，又能反轉，而且常需要快速起動和制動，即需要可逆調速系統。由模擬電路實現的可逆調速系統，線路復雜，調整困難，可靠性低，缺乏靈活的控制。因此，這里給出一種基于單片機的邏輯無環流可逆調速控制系統設計方案。該系統設計采用全數字電路，實現數字脈沖觸發、數字轉速給定檢測和數字PI算法等功能，由軟件實現轉速、電流調節及邏輯判斷和復雜運算，具有不同于一般模擬電路的最優化、自適應、非線性、智能化等控制規律，而且更改靈活方便。

2 系統組成和控制原理
2．1 系統組成
該數字邏輯無環流可逆調速系統是由AT89C51單片機實現雙閉環控制、無環流邏輯控制、觸發脈沖的形成及相位控制，如圖1所示。圖1中，ASR為速度環，ACR為電流環，DLC為無環流邏輯控制器，GT為觸發脈沖，TA為電壓互感器，TG為測速發電機，M為直流電動機。主電路采用正組VF和反組VR兩組晶閘管裝置反并聯。控制電路采用轉速ASR和電流 ACR雙閉環系統。

2．2 控制原理
數字無環流邏輯控制是根據速度調節器輸出值的正負來選擇正組或負組晶閘管，根據主電路的電流是否為零進行相應切換．并記憶工作組的工作狀態。通過轉矩極性檢測及零電流檢測做出相應邏輯判斷，釋放一組晶閘管，閉鎖另一組晶閘管。為此，在單片機中設置有2個存儲單元L1、L2，用于記憶正組晶閘管vF和反組晶閘管VR的工作狀態。

3 系統硬件設計
系統硬件設計是以AT89C51單片機為核心，由程序存儲器EPROM、地址鎖存器、A/D轉換器、2個可編程計數器，計時器、脈沖擴寬、光電隔離、脈沖放大、過零檢測及波沿檢測等電路構成，如圖2所示。

3．1 觸發器
主變壓器和同步變壓器均接為D／Y-11，對稱的三相交流同步電壓經阻容移相后滯后30°。使其交流波形的過零點對準觸發延遲角α=0°處，其觸發脈沖只能在0°～180°之間產生。阻容移相后的三相交流電壓經過零檢測器變成互差120°、寬 180°的三相方波，加在單片機的P1.0、P1.1和P1.2引腳，作為檢測到的電源狀態，并以此狀態作為脈沖分配依據，確定VR和VF的觸發順序。方波經波沿檢測器輸出間隔為60°的負脈沖作為單片機的外部中斷請求信號。三相變壓器在每個周期產生6個中斷信號，在每次中斷服務程序中完成脈沖的形成、分配和移項控制。