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[摘 要]工业生产中，不同的生产机械运动规律存在差异，因而对传动装置性能的要求也不同，转速调节与相应的自动控制成为许多生产机械的要求，同时对电力传动装置的拖动性能要求也变高了。本文对直流调速系统进行了较深入的研究，从直流调速系统原理出发，介绍了电流控制器的原理，并给出软、硬件实现方案。电机调速系统采用电子实现数字化控制，该方法模式下电机各项指标均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求，是电气传动发展的未来趋势。
[关键词]直流调速系统 电子控制 原理 实现方式
中图分类号：TM921.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0012-01
一.引言
直流调速系统是以电动机为控制对象，以电子装置为核心起到变换电力电子功率作用的执行装置。目前在国民经济的各个领域中，在电能机械能转化过程里，通过对电动机的控制，进而控制机械按既定运动规律运行的新型电气传动自动化技术己广泛应用。
现代化工业生产中，大部分的生产机械对电力传动装置的使用频率非常高，几乎无处不在。然而实际生产中常常面临的一个问题是，不同的生产机械运动规律存在差异，因而对传动装置性能的要求也不同。出于对产品质量、产量、生产效率的实现，转速调节与相应的自动控制成为许多生产机械的要求，同时对电力传动装置的拖动性能要求也变高了。
二.直流调速系统的基本概念
直流电动机调速方案大致分为以下几种。
1.改变电回路总电阻
电阻增大，特性线斜率则也增大，体现在机械特性上，则是机械特性变软。负载大小保持不变，电阻越大，转速越低。这种方法也存在一些问题，电阻大则耗能大，机械特性软则调速范围窄，无级平滑调速不能实现，导致这种调速方案只能运用于一些要求不高的情况下。
2.减弱电机励磁磁通
在额定磁通下运行，普通电动机的铁芯一般都接近饱和，磁通只能增加不能减小。磁通减小同时特性线斜率增大，这种调速方法的优点是，能实现平滑调速，但也有问题，其特性较软，调速范围太小，一般只有在额定转速上作小范围升速的情况下才可采用。
3.改变电动机端电压
保持不变额定励磁不变，特性线斜率不变的情况下，随着电压的减小，理想空载转速减小，由此可实现额定转速以下的，机械特性硬度不变的较大范围内的平滑调速，此方案目前被各调速系统采用较多。通过变电压来调速，要求有可调的直流电源。由电源的种类差异分为两种情况：一是将交流电转变为可调的直流电，一般需要采用可控变流装置，二是在具有恒定直流供电电源的地方，采用直流斩波器，从而实现脉冲调压。实际的工业生产中，大多为交流电源，因此前一种情况应用较广。
三.电子控制直流调速系统
1.控制原理介绍
工业生产中，同一套机械在进行不同的生产任务时一般会以不同的速度工作，因此电机速度的调节要求快速精确。目前，数字电子控制可控硅元件，相较传统笨重的电动、发电机组的控制方式，在投资、占地、噪音、运行费用、效率等方面都颇具优势。其原理是通过可控硅的控制角的改变，调节电动机电枢电压，实现平滑调速，由电动机、触发器、调节器、转速/电流检测与反馈环节组成电子控制装置，对系统实现电子触发、电子测速、电子调节，即所谓全电子控制。
2.硬件组成
三相全控桥式该系统的主电路，由微机控制输出触发脉冲的产生和移相，通过功放电路送到下一门级，其中，速度控制器的输入信号是速度给定信号与转速反馈信号的偏差，电流控制器的输入信号则是速度控制器的输出信号与电流反馈信号，输出信号经光隔后，可以起到驱动相应的晶闸管的效果，从而达到调速的目的。
整个电子控制系统，人机通讯部分采用8279编程键盘，之所以这样选择，是因为在初始化后，通过8279接口芯片可以自动实现对键盘的扫描和刷新显示，且由于其与单片机之间采用中断通讯的耦合模式使得单片机在不加重单片机CPU的负担的前提下，既能及时接受来源于键盘的控制命令和各种数据，又能零间隔地将系统状态输出显示，又不会因为这些功能而，效果较好。8279接口，可设包括10个数字键、l个小数点键、4个功能键（功能选择、读出、键入和清显）和一个备用键在内的控制按键16个。五位LEO数码管加载于显示器件，采用动态方式显示1位功能符号和4位数据。
3.软件设计
控制系统的软件设计，首先采用的是二级中断分时速度调节控制方式。服务程序安排为低优先级，而同步中断服务安排为高优先级。其中，同步中断服务程序的主要功能包括电流反馈信号采集、转速反馈信号采样、控制移相角以及时间量化等。其中，关于电流反馈信号采集，3.3ms是电流环的采样间隔，转速环的采样周期应为10ms，转速环进行一次采集和运算，电流每循环运算3次。在转速环进行反馈信号采集时，中断服务程序被设定为从定时器读入即时的相应指标实时测量值，通过测速法计算，并比较计算结果与转速给定值的差异，将结果运送至运算子程序，计算和量化电流环给定值。
在这样的软件系统设计下，可以实现整个系统的电子化控制，同时，在这样的基础设计负载下，使得系统整体，能通过软件引进各种特殊的控制方式方便地对系统整体的多功能便利化应用进行实现。例如在电机起动时，速度确定的时间只需几毫秒，该系统可以通过电子程序的判断，分离转速环PI数字控制器，直接进行大比例环节的运算，保证电流环的给定立即达到最大值，从而实现电动机和机械整体的快速起动。
四.結语
本文对直流调速系统的电子控制进行了较深入的研究，从直流调速系统原理出发，介绍了电流控制器的原理，并给出了软、硬件实现方案。笔者认为，电机调速系统采用电子实现数字化控制，该方法模式下电机各项指标均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求，且结构简单，可靠性高，操作维护方便，电机稳态运行时的稳速精度水平高，同时其经济地使用能源、提高生产稳定性，降低劳动强度，将会成为现代化国家的一个重要技术基础，是电气传动行业发展的未来趋势。
[关键词]直流调速系统 电子控制 原理 实现方式
中图分类号：TM921.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0012-01
一.引言
直流调速系统是以电动机为控制对象，以电子装置为核心起到变换电力电子功率作用的执行装置。目前在国民经济的各个领域中，在电能机械能转化过程里，通过对电动机的控制，进而控制机械按既定运动规律运行的新型电气传动自动化技术己广泛应用。
现代化工业生产中，大部分的生产机械对电力传动装置的使用频率非常高，几乎无处不在。然而实际生产中常常面临的一个问题是，不同的生产机械运动规律存在差异，因而对传动装置性能的要求也不同。出于对产品质量、产量、生产效率的实现，转速调节与相应的自动控制成为许多生产机械的要求，同时对电力传动装置的拖动性能要求也变高了。
二.直流调速系统的基本概念
直流电动机调速方案大致分为以下几种。
1.改变电回路总电阻
电阻增大，特性线斜率则也增大，体现在机械特性上，则是机械特性变软。负载大小保持不变，电阻越大，转速越低。这种方法也存在一些问题，电阻大则耗能大，机械特性软则调速范围窄，无级平滑调速不能实现，导致这种调速方案只能运用于一些要求不高的情况下。
2.减弱电机励磁磁通
在额定磁通下运行，普通电动机的铁芯一般都接近饱和，磁通只能增加不能减小。磁通减小同时特性线斜率增大，这种调速方法的优点是，能实现平滑调速，但也有问题，其特性较软，调速范围太小，一般只有在额定转速上作小范围升速的情况下才可采用。
3.改变电动机端电压
保持不变额定励磁不变，特性线斜率不变的情况下，随着电压的减小，理想空载转速减小，由此可实现额定转速以下的，机械特性硬度不变的较大范围内的平滑调速，此方案目前被各调速系统采用较多。通过变电压来调速，要求有可调的直流电源。由电源的种类差异分为两种情况：一是将交流电转变为可调的直流电，一般需要采用可控变流装置，二是在具有恒定直流供电电源的地方，采用直流斩波器，从而实现脉冲调压。实际的工业生产中，大多为交流电源，因此前一种情况应用较广。
三.电子控制直流调速系统
1.控制原理介绍
工业生产中，同一套机械在进行不同的生产任务时一般会以不同的速度工作，因此电机速度的调节要求快速精确。目前，数字电子控制可控硅元件，相较传统笨重的电动、发电机组的控制方式，在投资、占地、噪音、运行费用、效率等方面都颇具优势。其原理是通过可控硅的控制角的改变，调节电动机电枢电压，实现平滑调速，由电动机、触发器、调节器、转速/电流检测与反馈环节组成电子控制装置，对系统实现电子触发、电子测速、电子调节，即所谓全电子控制。
2.硬件组成
三相全控桥式该系统的主电路，由微机控制输出触发脉冲的产生和移相，通过功放电路送到下一门级，其中，速度控制器的输入信号是速度给定信号与转速反馈信号的偏差，电流控制器的输入信号则是速度控制器的输出信号与电流反馈信号，输出信号经光隔后，可以起到驱动相应的晶闸管的效果，从而达到调速的目的。
整个电子控制系统，人机通讯部分采用8279编程键盘，之所以这样选择，是因为在初始化后，通过8279接口芯片可以自动实现对键盘的扫描和刷新显示，且由于其与单片机之间采用中断通讯的耦合模式使得单片机在不加重单片机CPU的负担的前提下，既能及时接受来源于键盘的控制命令和各种数据，又能零间隔地将系统状态输出显示，又不会因为这些功能而，效果较好。8279接口，可设包括10个数字键、l个小数点键、4个功能键（功能选择、读出、键入和清显）和一个备用键在内的控制按键16个。五位LEO数码管加载于显示器件，采用动态方式显示1位功能符号和4位数据。
3.软件设计
控制系统的软件设计，首先采用的是二级中断分时速度调节控制方式。服务程序安排为低优先级，而同步中断服务安排为高优先级。其中，同步中断服务程序的主要功能包括电流反馈信号采集、转速反馈信号采样、控制移相角以及时间量化等。其中，关于电流反馈信号采集，3.3ms是电流环的采样间隔，转速环的采样周期应为10ms，转速环进行一次采集和运算，电流每循环运算3次。在转速环进行反馈信号采集时，中断服务程序被设定为从定时器读入即时的相应指标实时测量值，通过测速法计算，并比较计算结果与转速给定值的差异，将结果运送至运算子程序，计算和量化电流环给定值。
在这样的软件系统设计下，可以实现整个系统的电子化控制，同时，在这样的基础设计负载下，使得系统整体，能通过软件引进各种特殊的控制方式方便地对系统整体的多功能便利化应用进行实现。例如在电机起动时，速度确定的时间只需几毫秒，该系统可以通过电子程序的判断，分离转速环PI数字控制器，直接进行大比例环节的运算，保证电流环的给定立即达到最大值，从而实现电动机和机械整体的快速起动。
四.結语
本文对直流调速系统的电子控制进行了较深入的研究，从直流调速系统原理出发，介绍了电流控制器的原理，并给出了软、硬件实现方案。笔者认为，电机调速系统采用电子实现数字化控制，该方法模式下电机各项指标均能较好地满足工业生产中高性能电气传动的要求，且结构简单，可靠性高，操作维护方便，电机稳态运行时的稳速精度水平高，同时其经济地使用能源、提高生产稳定性，降低劳动强度，将会成为现代化国家的一个重要技术基础，是电气传动行业发展的未来趋势。