原创单片机控制的负阻自激振动系统

 2009-8-13 08:39  1881 8 8 分类: MCU/ 嵌入式

来源 CEPARK网站http://www.cepark.com/Index.html 作者: hnrain摘要振动式输送机是采用惯性激振器控制的机械振动系统，可以利用共振达到高效节能的目的。为了提高共振机械的运动稳定性，我们采用振动速度倒向信号的闭环反馈，利用微机控制技术实现了自动频率跟踪的平稳共振状态。
p8X2l$s LNuV5^yTPh44606关键词共振微机控制运动稳定性 7rKR CS{.?)gY44606

Y5\:Z1d/Y9LBaT&rl44606单片机控制的共振式输送机电子园51单片机学习网'iA+OMTV

-Y _~ g'W"V]Jy44606 共振式输送机是采用惯性式激振器控制的机械振动系统，分为非振动式和振动式，前者：结构简单，制造方便，工作状态稳定，但功率消耗大。而后能耗少，但工作状态难调整，微小的频率漂移将引起很大的幅值波动。于是，在工程中常采用非共振式的。针对共振运行不稳定的问题，我们采用振动速度倒相信号的闭环反馈，即利用单片机进行采集和处理反馈信号，实现频率的自动跟踪[1]，使系统处于平衡的共振状态。利用其共振的高效节能性，用小功率电机完成大功率电机所能完成的任务，对于大中型共振式机械节能优越性更为明显。该系统的结构框图如下：

J9RCox d44606 电子园51单片机学习网#Xu8Qwxvwd$S

1k1X v$s Z[{$q44606电子园51单片机学习网l3B Be+Jt$B,I

h;c*wq9x0s2q"s2P44606 共振式惯性输送机属于单自由度振动系统，由惯性激振器和机械振动系统组成，其力学简图如下：电子园51单片机学习网Uo1n%id

&@'a:k|r*Y44606 电子园51单片机学习网U5bJ"M)RZ1^awuVr
　　　　　　电子园51单片机学习网#Ys y4vJ*O%|(w

U r"Sbd6N3J0W7c44606 电子园51单片机学习网5M4Nnp.a

    该振动系统的强迫振动方程为：
'G%C(@,J g-u8S;H!h&a44606                            Q+R+P=Fcos(Ωt)
_*kwp4X OKt1s44606                         电子园51单片机学习网4h#V/v/sw

m.F%?!| Mk'E#r.}\n44606    式中，M—本体质量；X—振动位移；f—磨擦系数；K—弹簧刚度；m—激振器旋转质量
mrl@#u~44606方程有解形为：电子园51单片机学习网2Tm W L4U XT

^/G KV/W44606     只要能控制激振力的频率与方位角满足如下关系：
%yiw.K2d"~SZ ZP44606                      ；
A0I3BQ_w}!h!I44606则上述的振动方程可改写成：
L,N a&[{I44606                           电子园51单片机学习网ZX#L%p%{ij1B
其中，    ；
u%S7M!K!KJ Y7j|44606    在开机时，振幅A较小，则满足    。于是系统的运动是发散的。直到时，系统将呈现稳定的振动状态。其振幅为   。要实现这种负阻自激振动，就得要求单片机输出控制变频电源,使变频电源和主系统锁相同步工作。电子园51单片机学习网9D ?Y)N0b2t$r$W+}q

F)HdZRE4T7V ~5B44606系统的工作过程及主要程序

I ^3@B;a_:vmO \44606

G2KTN2?&l K*f*k]5i44606（一）工作过程
#?wb6R V H h44606    1、搜索同步频率：由上节计算可知共振时变频器的频率大约在40Hz，因此让变频器的频率从35Hz～45Hz 以0.2Hz步进，记录振动体的振幅的幅值.由于机械装置的惯性，所以每增加到一个新的频率时应延时３个周期．电子园51单片机学习网(l8`qcrM/pn
    2、共振运行的控制：在搜索到同频率以后，接着进行判断振动体运动到Ｔ／４的程序，即由ADC0802输入的电压由此及彼到最大的过程，在这过程中，单片机记时，则得到振动体的周期Ｔ。
KN7p1Z spX%rO44606    同理测偏心块的角速度，由于８个接收二极管每隔450安装在偏心块的运动轨迹外侧，相邻二个接收二极管依次导通时间间隔是Ｔ／８，则单片机可记录此时间同上可得到Ω我们再来推倒Ω和控制电压u的关系：
0Z3T2]/f?1T3h{2O9p44606    3、输出电压的控制：电子园51单片机学习网)s7?9OS6iv0H wS-Z
    对偏心块的位置在一个周期Ｔ1进行四次检测，通过编码器分别在T1/4，T1/2，3T1/4和T四个时刻检测，其值与理论值ｚ比较，若两者一致，则不作调整，不一致则按PID公式调整[2]。输入数字调节器的信号是经过“离散量化”后的信号，数字调节器的输出的信号必须给予“恢复”中的零阶保持器，担负着将离散信号恢复为连续信号的任务，才能对被控对象实施有效控制。下图为数字控制原理框图：电子园51单片机学习网7~4nT-W9VG8OrFM

电子园51单片机学习网/N6sF,M#r+i{

电子园51单片机学习网3n.rs9{1QQ wD6} u*x

gZs.J;IOZW44606 而 PID控制正是数字控制系统之一，它是比例积分微分控制，它具有原理简单，使用方便，适应性强特点[3]。经PID运算后得到的数值经D/A转换器输出到变频器,控制电机转速达到和振动体同速度同相位而使系统处于共振状态[4]。

4S D)la~44606 电子园51单片机学习网0X q;I&J0n%^RC

（二）主要程序
!@%M;j0h^1t44606    幅值鉴别程序：电子园51单片机学习网I6qPGxY]p2y u
          MOV   CX ，10
F?.y!r?Q44606          MOV   SI ，00H电子园51单片机学习网Q| `5B Lh
CMPAPE：电子园51单片机学习网Y\1aNDM"\:BF K
MOV   DX ，FF7CH电子园51单片机学习网 sm-WCf7t Aj:A
IN      BL ，DX
oV.`?6Mm.V }4DwV44606CALL DELY1
cRt y:EQx44606IN   AL ，DX电子园51单片机学习网%t(N Tr7F O@n o6e
         CMP AL ，BL
7w6V QG0o44606JNB CMPARE
5X/MZ6F!Q'~{ n{44606MOV   [SI+1000H，AL]
T]aR j)v ns44606INC SI
$W2{-vK@ oF%W e`44606MOV 100AH ，AL电子园51单片机学习网\ft4y'T ^5t%B
CND电子园51单片机学习网`;H [ iZ~T:k Q
    此段程序执行后，输出电压对应的数字量放在100AH内存单元中。
2@vyt6MaRn wA44606    输出程序：电子园51单片机学习网~ g0[ TF9hd
        MOV   OPTR   # 7FFFH；指向DAC0832电子园51单片机学习网t1`#d4r%y5g|
        MOV   A ，       100AH；数字量先装入累加器
4MO'] f-l44606        MOVX @ OPTR ，A      ；数字量从P0口送到P27所指向的地址，WR/有效时完成一次D/A转换。
&CV"R'AX+z6D446068255初始化程序：要求工作在方式0且A、B为输入口，C为输出口：
m3t7Jmn*E-F44606A口地址：F7CH电子园51单片机学习网Y3a$OW5oF
                          B口地址：FF7DH电子园51单片机学习网:`g"\X8AZ9d1k
                          C口地址：FFFEH
1Dm/r$U0l0jg+Z.U/xP44606控制口地址：FF7FH电子园51单片机学习网R+NV,SYH)U
则：MOV   A ， #92H；电子园51单片机学习网-\7m*d9Z)hdx#x
MOV   DPTR ，#0FF7FH；控制寄存器地址DPTR方式控制字控制寄存器电子园51单片机学习网Z\)G+hxz

gNE3~Rf44606参考书目录电子园51单片机学习网"?-r)Q;t P5A.w

电子园51单片机学习网9y |4k'cgjHe7N

[1] 潘新民《微型计算控制技术》[M] 清华大学出版社、1999年8月
NF|7q5sO7m44606[2] Hollot C,Analysis and design of controllers for AQMroters supporting TCP flows .IEEE Transactions on Automatic Control,2002,47(6)　
c6Z)e^L44606[3] 张友德《单片机微型机原理及应用》[M] 复旦大学出版社、1991年12月
H9~_@U\44606[4] 江瑞启《电机原理及控制》[M] 机械工业出版社、1999年5月
9Wh&|#@Bk5dM44606电子园51单片机学习网.?6`.W&`;Bc

6136_200904072200181fFTF