单片机在晶闸管触发电路中的应用

自动化与仪器仪表 ZIDONGHUAYUYIQIYIBIAO 2002年第1期(总第99期) 文章编号：1001—9227(2002)01—0032—02 单片机在晶闸管触发电路中的应用 文定都 (株州职业技术学院 湖南株州，412000) 摘要：详细介绍了8031单片机在晶闸管触发电路中的应用：高分辨率的数字触发器。 关键词：单片机晶闸管触发电路数字触发器 AB{、TRAcT：Inthispaper，apphcationof8031singlechipmicrocomputerinthyristortriggeringcircuitis detailed：Digitalflip—flopofhighresolution． I(I孓们RDS：SingleehipmicrocomputerThyristortriggeringcircuitDigitalflip—flop 中图分类号：TP368．1 文献标识码：B 0前言 在电力拖动系统、电炉控制系统中现已大量采 用可控硅(晶闸管)元件作为可调电源向电动机或电 炉供电，这种由晶闸管组成的控制系统，主要是利用 改变可控硅的控制角e来调节供电电压。在常规控 制中，主要是用电子控制装置对可控硅实现触发，这 种 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 由于受到电子元器件的限制，其分辨率不高， 有时还会出现误触发。本文介绍一种由8031单片 机组成的触发控制系统，可实现高分辨率的数字触 发。 1硬件组成及原理 系统硬件组成如图1，只须在8031最小系统上 加一块16位的定时肼数器8253和晶振电路。另加 一块带一个14位定时／计数器的可编程RAM／Io扩 展器8155，即可组成单片机的系统线路。 1．1 0角定时 控制角0是滞后自然换相点的电角度，在工频 条件下，它和时间to有如下线性关系：：杀×o：掣ב：556×10to 0 55．610—6×o(秒)2面×a2—j丽一×2× 。×廿L杪， 其中T是工频电源周期，O是控制角。 由上式可知，由电角度0就知道对应的定时时 间to，则可利用定时肼数器就能实现对e角的定 32 时，这种用硬件定时的方法可大大节省CPU的在线 工作时间。 蜊船olJ'I。踏，黧酽．◆ —_．—一^b∞忙Bbu8十十一一ch妇去=；=晶调制巨晷 功放E；J：]o极 图1单片机系统框图 8031本身有两个16位的定时／计数器To和Tl， 若用它们定时，选用方式1工作，就为16位的定时／ 计数器方式。因为8031单片机一个机器周期由12 个振荡周期组成，工作于定时状态，计数频率为振荡 频率的1／12，而工作于计数状态，计数频率为振荡 频率的1／24，所以当取晶振频率为6MHz，选用方式 1定时工作状态时，可得： 计数周期=磊孤1顽2军=而12=2tts 分辨率为： 巾：i360×2×10—6：O．036(度) 式中，T为工频周期，T=20ms。 由于16位定时／计数器最大定时时间为65536， 万方数据 故最大定时角为： e一=0．036×65536=2359．296(度) 由此可见，用8031单片机To、Tl定时，移相范围 大，而分辨率则受本机机器周期限制，再就是用于三 相定时，2个定时／计数器也不够，故最后确定选用 NEC8253C一2定时／计数器来实现0角定时，8253 是一个三通道的16位定时／计数器，以减l计数方 式工作，三个通道刚好满足三相定时，而计数频率由 外部晶振提供，不受系统频率限制，选用计数频率为 4MHz，则分辨率和最大定时角分别为： 夺=可360×石丽1=0．0045(r度) 0一=0．0045 Y65536=294．9(度) 由上可知，分辨率和移相范围都能达到令人满 意的结果。 1．2同步信号输入和触发脉冲输出 本系统采用三相同步电路。三相交流同步电源 取自同步变压器的副绕组，经RC移相后使其过零 点正好都对准六个自然换相点，再经三个电压比较 器输出周期为20ms的三相方波同步信号，送至单片 机Pl的P1．3一P1．5，由于同步信号跳变即为自然换 相点，单片机检测这三位状态字，即可进行软件认 相，并作出±A、4-B、±C的标志，以供0角定时和输 出(触发)、控制之用。 为简化电路，减少脉冲变压器体积，增强电路的 抗干扰能力，本系统采用脉冲列触发方式。其中六 l垫塑丝lN <鼢臣衄 妒——一 等待同步跳变I ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．I．．．．．．．．．．．一笪!垄j蕉堕旦堂墼 —]酥捷丌 《离一 关SCR．关中断I (a)主程序流程图 个触发信号经8155A口送出，由外部电路调制成频 率为2kHz的触发脉冲列，经功放电路分别加到6个 可控硅的门极。整个触发装置的连接如图2。 1．3中断安排 8031单片机共5个中断源，其中1个用于串行 口，两个为T0、T1定时／计数器中断，可直接用于外 部中断的只有INTo和INTl，为了给控制系统留下更 多的硬件资源，触发器只占用矾T0一个中断源，采用 硬件和查询结合的方式，如图I，A、B、C三相中断通 过非门接至INTo，同时又各自接到R．o～P1．2位，这样 只要]I'll'T0有申请，8031单片机通过检测该三位状态， 即可确定中断源。 单 片 机 系 统 去SCR6 图2触发装置 2程序流程图 触发器控制程序由主程序和一个中断处理程序 组成，程序流程图如图3。 I堡芝塑銮I≮妒匮圃主函丽西赢是丽 恢复现场 开中断 返主 (b)i丽‘中断处理程序流程图 图3 主程序和中断处理程序流程图 主程序包括初始化，触发控制的同步认相，给相 应的8253定时／计数器通道装时间常数以及系统的 启、停控制。 玳T0的中断处理程序中，先对A、B、C认相，再 据±A(或±B、±c)标志(在主程序已设置好)，确定 (下转第10页) 33 然薰 万方数据 账卜坐等堂 ㈤ lK一=瓦A-EK+ 上面式(2)、(4)、(6)是我们对几种典型的二阶 加纯滞后对象进行PPH控制的参数整定计算式。 对式子的大量 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 ，还知道K+、K一与岛都成反比。 对于式(6)，若妫=1，则K+、K一仅与对象的L／Tl、 T2／rl的值有关。 6仿真及结论 以文献[6]所提供的二阶加纯滞后对象为例，其 Ko=O．5，L=0．5，T1=1，Tz=0．5，通过式(6)计算得 PPH控制器参数K．=8．366，K一=一2．7356，对象 无积分，Ti=O．25，为尽早切换，M取2000，仿真结果 与文献[63所得结果比较见表2。 表2仿真结果 PPH控制Fuzzy—PID控制PID控制 8p(％) O．5 0．86 4．2 tB 1．4 3．1 7．3 对文献[7]所提供的二阶加纯滞后对象，其对象 参数Ko=5，L=20，Tl=80，T2=40，同样计算可得控 制参数为：K+=2．40935，K一=一1．50596，Ti-100， M=3500。系统响应和控制曲线如图4。我们可以 看到控制结果与我们前面所预想是一样的，其控制 效果非常理想。 对于对象不存在纯滞后的情况，若用HH控 制，可通过调整M值以延长条件工成立的时间，通 过仿真证明，其控制效果也比常规PID控制要好得 多。另外，还作了大量不同的对象的仿真，看到控制 器参数与对象参数不完全匹配时，系统的暂态过程 延长，但最大时间常数变化上下几倍，系统也不失 稳。 (上接第33页) 输出控制字，产生相应触发脉冲，然后关闭本计数／ 定时器通道，等待下次启动。 占 控制线 系统响应 一，一／ ／。7 40 60 80 100 lime 图4 系统仿真曲线 该控制器结构简单，参数整定物理意义明确，实 现方便，并通过DCS组态实现在联碱生产的碳化塔 中部温度控制中得到成功应用。现在我们正在着手 考虑把此算法做成一个标准模块，相信该控制算法 能在今后各纯滞后时间较大的系统中将得到广泛应 用。 参考文献 1 BenjaminC．Kuo．AutomaticControlSystems．PrenticeHall， Inc．EnglewoodCliffs，4thEdition，1982 2柏建国等．一种新的镇定方法与控制器的结构理论．智能 控制与智能自动化(下卷)．北京：科学出版社，1834— 1844，1997 3柏建国等．多模态PID控制器．仪器仪表学报，V01．14，No． 1，1993 4柏建国．人工智能与控制决策．自动化与仪器仪表，No．3， 199B 5傅成华，柏建国．利用智能积分改善常规模糊控制器的性 能，CWCICIA’97论文集(中卷)．西安交通大学出版社， 199r7 6张波．Fuzzy—PID复合控制．自动化与仪器仪表，No．2， 2001 7周英玉等．利用Matlab的S—Function实现非线性PID控 制．自动化与仪器仪表，No．2，2001 系统已在实际生产中得到应用，获得了令人满意的 效果。 参考文献 3 结束语 1康光华．电子技术基础．北京：高等教育出版社，1990 本文采用8031单片机实现对晶闸管的数字触2余永权等．单片机应用系统的功率接口技术．北京：北京 发，组成高分辨率的数字触发器，在控制系统中实现 航空航天大学出版社，1993 平滑调节，其性能是电子触发装置无法比拟的。该 3李广弟·单片机基础·北京：北京航空航天大学出版社， 1993 10 3 2 1 O l— 万方数据 单片机在晶闸管触发电路中的应用 作者： 文定都 作者单位： 株州职业技术学院,湖南株州,412000 刊名： 自动化与仪器仪表 英文刊名： AUTOMATION & INSTRUMENTATION 年，卷(期)： 2002，(1) 被引用次数： 3次 参考文献(3条) 1.康光华 电子技术基础 1990 2.余永权 单片机应用系统的功率接口技术 1993 3.李广弟 单片机基础 1993 相似文献(10条) 1.期刊论文 海涛.齐红伟.骆武宁.文志刚.谌亮书.辛鹏.海敏.HAI Tao.QI Hongwei.LUO Wuning.WEN Zhigang. CHEN Liangshu.XIN Peng.HAI Min 基于AVR单片机的三相晶闸管触发电路的研制 -电子 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师2008,34(1) 介绍了一种应用于三相晶闸管整流或逆变电路的数字移相触发电路,该电路以AVR(Atmega16)单片机为核心,产生的触发脉冲稳定性好、可靠性高,并 且不需同步变压器,具有相序自适应功能的双脉冲序列数字移相触发器电路.阐述了触发器的工作原理,并分析了触发器涉及的关键问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 .现场实验证明,该 相控数字触发电路简单可靠,产生的脉冲对称性好,抗干扰能力强.本系统在实际应用中也已显示出触发精度高、可靠性高、易于调试、操作方便等优点. 2.期刊论文 殷晓安.吴明亮 基于单片机AT89S52的晶闸管触发电路设计 -中国科技博览2009(8) 该文阐述了基于单片机AT89S52构成的三相半波可控整流电路晶闸管触发电路的设计,介绍了AT89S52单片机控制的触发装置的硬件与软件设计,并且 成功地改造了KGT-1型晶闸管调速装置. 3.学位论文 陈刚 基于MSP430单片机的埋弧焊电源数字化控制器的研制 2008 埋弧自动焊具有生产效率高、焊接质量好、劳动条件好等优点，其作为最早获得应用的机械化焊接方法在工业中应用非常广泛。随着科技的发展 ，焊接过程的自动化和智能化是未来焊接技术的发展方向，所以将数字控制技术引入到埋弧自动焊机的控制系统，具有重要的理论意义和实际应用价值 。尤其是采用单片机为控制器，配合有效的算法、合适的软件，能够很好的控制整个弧焊过程，提高焊接质量。 本论文针对埋弧自动焊过程控制及焊接操作机控制的特点和工艺要求，在MZ-1000A晶闸管式埋弧自动焊机主电路的基础上设计了以单片机 MSP430F149为控制核心的埋弧焊数字控制系统。 设计了埋弧自动焊机数字控制系统的硬件电路和软件程序。硬件电路主要包括焊接电压、焊接电流采样电路；同步和晶闸管触发电路；焊接操作机 控制驱动电路、电机电枢电压采样电路；保护电路等。编写了同步触发脉冲控制程序模块，在引弧程序设计中运用分离式控制思想，采用移相异步触发 晶闸管的方法解决同步信号30°相位差的软件补偿问题，使控制角移相范围达0°～148°。 模块化设计系统软件，根据各个模块功能划分，包括整流电源同步触发控制、焊接过程控制、人机对话、系统参数设置与备份等。焊接电源控制和 焊接过程控制算法均采用PI控制算法，利用MATLAB软件中的Simulink模块对系统进行了建模仿真，根据仿真结果和实验确定了PI控制参数。 采用异步延时触发晶闸管的方法编写收弧控制程序，使负载波形基本呈线性变化衰减，通过调节延时触发时间来控制收弧时电流衰减时间，能够满 足不同的焊接电流和焊速等工艺条件下对焊缝成形的要求。 对所设计的控制器与焊机进行脱机与联机、空载与负载调试，经过工艺实验表明，当空载电压为65V、电流反馈控制参数为Kp=-0.055，K1=0.95、焊 接速度2.0cm/s的情况下，焊接引弧平稳，焊接过程稳定。最后对电流柔性衰减收弧控制的控制效果进行实验验证，结果表明能够改善焊道收尾处的成型 质量。 4.期刊论文 王旭光.张吉卫 用89C52单片机构成晶闸管触发器 -山东交通学院学报2004,12(2) 用89C52单片机为核心部件构成了一个晶闸管触发电路,有效地消除了晶闸管及其触发电路作为一个环节在控制系统中表现出的非线性.该触发电路可 以挂在计算机控制电路的总线上,与主CPU组成主从式双CPU结构,大大提高了系统的精度,简化了硬件电路. 5.期刊论文 王留洋.章慧.WANG Liu-yang.ZHANG Hui 单片机在电机控制系统实验装置中的应用 -淮阴工学院学报 2001,10(2) 本文主要介绍了一种用AT89C2051单片机控制的晶闸管触发电路,分析其工作原理,并给出了具体的硬件电路图和软件设计流程. 6.期刊论文 郭艳红.李爽 浅议单片机控制的数字触发器 -焦作大学学报2004,18(4) 介绍了8051单片机在晶闸管触发电路中的应用及单片机与上位机进行串口通讯的软件设计. 7.期刊论文 周志文.Zhou Zhi-wen 基于单片机的晶闸管交流调压器设计 -机械研究与应用2009(1) 用单片计算机产生触发晶闸管的脉冲具有精度高、保护完善、人机界面友好的特点.介绍了基于AT89S52单片机的晶闸管交流调压器的硬件、软件系 统设计.在硬件设计中给出了单片机系统的控制框图及晶闸管触发电路,同步检测电路,在软件设计中给出了程序的流程. 8.学位论文 刘鹏 基于单片机的无触点补偿式交流稳压装置设计 2009 随着电力电子技术的发展，很多设备都要求稳定的交流电源供电，但是交流供电系统存在电力欠缺、电网不尽合理等问题。这一切都会导致用电设 备出现工作不正常、精度下降等问题，甚至造成意外的损坏。交流供电品质的改善成了保证系统正常工作的前提。
　　 传统的交流稳压电源存在效率低、触点磨损、反应时间长、稳压精度低等问题。针对目前交流稳压电源的不足，本文设计了一种基于单片机的无触点自 动补偿式交流稳压装置。该装置包括硬件部分和软件部分的设计，其中硬件部分主要包括以下模块电路的设计：主电路，电源控制电路，电压采样电路 ，过零点检测电路，过欠压保护电路，辅助电源电路，双向晶闸管触发电路，电源功率因数检测电路和单片机接口电路等。主电路采用交流斩波的方法 进行电压补偿，交流斩波电路以PWM的方式进行控制。单片机和有关元件构成反馈控制网络，控制补偿电压的大小和同步，从而使系统保持稳定的输出电 压并使其具有较高的功率因数。
　　 软件部分采用模块化的设计思想将系统软件进行功能块的划分，主要包括两部分：控制部分和检测、显示部分。详细的介绍了各个部分的具体功能，并 给出各功能算法及其流程图。控制部分负责选用补偿电压的方式和调整补偿电压的大小：检测、显示部分负责实时地将电源输出电压幅值、电流幅值、 功率及功率因数显示在液晶屏幕上。
　　 本文设计的交流稳压电源具有无触点、调压范围宽、稳压精度高、动态响应速度快、功率因数和效率比较高等特点。最后，对样机进行了实验测试，并 对试验结果进行分析，实验结果完全符合设计要求。该论文 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 对设计无触点交流稳压电源具有参考价值。 9.期刊论文 王瑾 单片机控制的数字触发器 -甘肃科技纵横2004,33(5) 介绍了8051单片机在晶闸管触发电路中的应用,由软件控制可产生不同顺序的6组触发脉冲. 10.期刊论文 陈峦.陈池.CHEN Luan.CHEN Chi 150kW交流稳压电源系统 -装备制造技术2007(9) 电网电压的波动将严重影响设备的正常工作,设计了一套大功率单相交流稳压电源,通过单片机对晶闸管的控制来实现网压补偿.该电源由单片机系统 、主电力电路、晶闸管触发电路、检测和保护电路等组成.实践表明该电源工作可靠,稳压效果良好.研制的大功率强触发式晶闸管触发电路结构紧凑,成 本低,控制性能好,可广泛用于各种晶闸管系统. 引证文献(3条) 1.朱群峰.黄磊.王跃球 基于89C51单片机的晶闸管触发装置设计[期刊论文]-仪表技术 2009(2) 2.海涛.齐红伟.骆武宁.文志刚.谌亮书.辛鹏.海敏 基于AVR单片机的三相晶闸管触发电路的研制[期刊论文]-电子 工程师 2008(1) 3.徐开芸.韩晞春.汪木兰 可控整流装置中数字式触发器的研制[期刊论文]-中国现代教育装备 2007(2) 本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_zdhyyqyb200201012.aspx 授权使用：华中科技大学(hzkjdx)，授权号：743e5183-7fe5-4742-887b-9ebe00d84723 下载时间：2011年4月7日