80C196KC的原動機(jī)仿真系統(tǒng)的設(shè)計

翟微

摘要：基于80C196KC的原動機(jī)仿真系統(tǒng)借鑒并發(fā)揚了以往原動機(jī)各個模塊仿真系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的學(xué)術(shù)成果。該仿真系統(tǒng)通過采用相關(guān)的計算機(jī)模擬軟件來提高原動機(jī)整體的穩(wěn)定性、可靠性和控制精確度，通過這些性能的提高簡化原動機(jī)系統(tǒng)的硬件線路，包括電流調(diào)節(jié)器線路、觸發(fā)器線路、調(diào)速器線路等。我們通過對該系統(tǒng)進(jìn)行一系列的靜態(tài)、動態(tài)檢測發(fā)現(xiàn)，基于80C196KC的原動機(jī)仿真系統(tǒng)不僅比設(shè)計模擬電路具有更出色的效果，而且該系統(tǒng)能更精確地對原動機(jī)的自動平衡與原型調(diào)速器進(jìn)行仿真模擬。

關(guān)鍵詞：原動計算機(jī)；仿真系統(tǒng)；設(shè)計

1 原動機(jī)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

在實驗室環(huán)境中，我們無法對真實的大型原動機(jī)，如汽輪機(jī)和水輪機(jī)進(jìn)行檢測與調(diào)試，必須借助原動機(jī)仿真系統(tǒng)對原動機(jī)及其內(nèi)部的各個模塊進(jìn)行模擬，以便對原動機(jī)電路系統(tǒng)中大規(guī)模的干擾問題和機(jī)電暫態(tài)過程進(jìn)行模擬檢測?，F(xiàn)階段在我國為原動機(jī)建立的系統(tǒng)仿真模型大多采用模擬電路方式，雖然這種全模擬方式因省去了計算步驟而具有很快的響應(yīng)速度，但模擬電路的相關(guān)設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜、電子元件容易老化與損壞、維修難度大且易受到外來干擾而導(dǎo)致檢測結(jié)果缺乏可靠性。

本文介紹基于80C196KC原動機(jī)仿真系統(tǒng)，通過采用數(shù)字電路替代傳統(tǒng)的模擬電路的部分功能，除了能克服以上講到的模擬電路固有的缺點之外，還具備兼容性強(qiáng)、易于維護(hù)、成本低、體積小等優(yōu)點。通過在仿真模型上添加人機(jī)通信模塊來連接外部傳感設(shè)備與觸屏液晶面板，可以使實驗人員能更直接地通過數(shù)字信號將各種運行參數(shù)上傳到計算機(jī)。原動機(jī)仿真系統(tǒng)除了要對原動機(jī)本身進(jìn)行數(shù)字化仿真模擬，還要對變速器進(jìn)行仿真模擬。原動機(jī)通過串級連接將原動機(jī)與調(diào)速器連成一個整體，這個整體包含一個速度與電流組成的雙閉環(huán)作為數(shù)字內(nèi)環(huán)和一個單獨速度環(huán)作為數(shù)字外環(huán)。

原動機(jī)系統(tǒng)為了實現(xiàn)自平衡，通過采用勵直流電動機(jī)對原動機(jī)進(jìn)行模擬。原動機(jī)仿真系統(tǒng)通過數(shù)字內(nèi)環(huán)中電樞電流與轉(zhuǎn)速的負(fù)反饋形成雙反饋系統(tǒng)進(jìn)行自我控制。

2 80C196KC單片機(jī)

單片微型計算機(jī)（Single Chip Microcomputer）簡稱單片機(jī)。它在一塊芯片上集成了微型計算機(jī)的各個組成部件：微處理器（MPu）或中央處理器（CPU），存儲器（包括隨機(jī)存儲器RAM和只讀存儲器ROM）和各種I/O接口電路（如并行I/O接口電路、串行I/O接口電路、定時器/計數(shù)器電路、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器電路等）。換句話說，一塊芯片就是一臺微型計算機(jī)。80C196KC具有以下特點：

（1）80C196KC采用通用寄存器組進(jìn)行數(shù)據(jù)的輸入與輸出，克服了由c-51的內(nèi)部結(jié)構(gòu)而引起的累加器瓶頸，提高了CPU數(shù)據(jù)的讀取與寫入速度。

（2）額外增加了PTS板塊，也就是外設(shè)事務(wù)服務(wù)器，PTS構(gòu)成的高精度交流采樣系統(tǒng)可以對多路信號進(jìn)行采集，大大提高了CPU數(shù)據(jù)的隨機(jī)讀取能力。

3 控制系統(tǒng)硬件

3.1 實時轉(zhuǎn)速的測量

旋轉(zhuǎn)設(shè)備的轉(zhuǎn)速通常是用光學(xué)編碼器測量的，光學(xué)編碼器通過向旋轉(zhuǎn)設(shè)備發(fā)射脈沖信號，這些脈沖信號對因旋轉(zhuǎn)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的光隔進(jìn)行感應(yīng)，再通過施密特觸發(fā)器將脈沖波形組成整形電路，再將電路信號輸送給80C196KC單片機(jī)進(jìn)行運算并得出旋轉(zhuǎn)設(shè)備的轉(zhuǎn)速。其他測量方法還包括通過M測速法計算在一定時間內(nèi)脈沖發(fā)生裝設(shè)產(chǎn)生的脈沖數(shù)來測量轉(zhuǎn)速，適用于高速測量；T法測速通過兩個脈沖的間隔寬度來確定兩個脈沖的時間從而計算出旋轉(zhuǎn)速度，適用于低速測量；當(dāng)我們對測量精度沒有那么嚴(yán)格的要求時，可以采用M/T法進(jìn)行測量，同時通過3個計數(shù)器與計時器對定時時間、高頻脈沖和輸入脈沖進(jìn)行測量。

3.2 主程序

主程序在啟動時首先對數(shù)字內(nèi)環(huán)中電樞電池速度與信號速度進(jìn)行采集和測量，再通過閉環(huán)運算得出控制量，根據(jù)延遲角將控制量轉(zhuǎn)化為脈沖觸發(fā)時刻。

3.3 A/D轉(zhuǎn)換

霍爾電壓、電流傳感器具有比較高的精度和運算速度等特點?；魻杺鞲衅鲗畲烹娏鳌㈦姌须娏髋c端電壓轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電流信號，再通過精密測量電阻將電流信號最終傳輸?shù)絺鞲衅鱽硗瓿葾/D轉(zhuǎn)換。

4 結(jié)束語

基于80C196KC的原動機(jī)仿真系統(tǒng)，通過一系列軟件與硬件在最大程度上發(fā)揮了80C196KC單片機(jī)的強(qiáng)大性能，尤其是對SHI、HS0、A/D轉(zhuǎn)換進(jìn)行充分調(diào)動，使單片機(jī)通過相對簡單的硬件結(jié)構(gòu)就可以得到比較快的運算速度，使仿真系統(tǒng)能夠適應(yīng)更多的仿真參數(shù)。