基于80C196KC的廣播短波發(fā)射機馬達控制系統(tǒng)設(shè)計

1．1 微控制器
    本系統(tǒng)中的微控制器采用Intel80C196KC芯片，其工作頻率為12 MHz。芯片內(nèi)置的lO位模擬／數(shù)字轉(zhuǎn)換器的模擬輸入可用于測量相關(guān)調(diào)諧數(shù)據(jù)，如輸出功率(Pfwd)、射頻末級屏壓(VAV2)和射頻末級柵流(IGIV2)等。微控制器的地址范圍是64 k字節(jié)，可外接四片EPROM和一片RAM(用“Memory”表示)。兩片EPROM可用于存儲監(jiān)控程序，另外兩片EPROM用于存儲用戶程序，一片RAM則作為用戶數(shù)據(jù)區(qū)來存儲中間數(shù)據(jù)。在硬件復(fù)位后開始啟動時MAP為零，處理器從2080H地址處開始啟動監(jiān)控程序。若已裝了用戶程序EPROM，程序則跳至1D xxH．并將MAP設(shè)為1(2000H ……27FFH應(yīng)為用戶程序)，同時用戶程序由2080H開始執(zhí)行。
1．2 A／D、D／A及數(shù)字I／O電路
    與交流和直流馬達齒輪機械連接的多圈電位器給出的馬達絕對位置的反饋信號可作為模擬信號輸入到馬達控制板，然后通過一個12位的模／數(shù)轉(zhuǎn)換器進行數(shù)字化處理后，便可輸入給微處理器作為馬達的位置控制信號。
    微處理器輸出的馬達控制信息(運轉(zhuǎn)方向、位置、速度等)可通過一個10位D／A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬信號后傳給馬達裝置。交流馬達的控制指令分別為前進、后退、停止，它們與馬達控制器的數(shù)字輸出端口相連；直流馬達由與所需速度成比例的電壓進行驅(qū)動。同型轉(zhuǎn)換器也可用來為不同的測量元件產(chǎn)生校準(zhǔn)信號。
    82C55用來作為數(shù)字I／O模塊，它有三個8位端口，每個端口都可設(shè)置為輸入或輸出，可作為交流MS和MP中的兩條控制線(L和H)及MS狀態(tài)返回信號。
1．3 顯示模塊
    顯示模塊分為A和B兩塊，主要用來顯示馬達的位置、狀態(tài)等參數(shù)。它包含RAM、ASCII解碼器和LED驅(qū)動電路及顯示部分。顯示部分由四個數(shù)碼管組成。每個數(shù)碼管可顯示24個數(shù)字及字符。顯示的字符、數(shù)字由存儲在RAM中的ASCII碼讀出，當(dāng)RAM中的ASCII碼改變時，顯示也隨之改變。
1．4 外部接口
    馬達控制器可通過串行接口RS422與發(fā)射機的控制系統(tǒng)(中央控制系統(tǒng)ECAM)相連，中央控制系統(tǒng)(ECAM)作為馬達控制器的上級管理器(上行機)，一般通過RS422向(ECAM)馬達控制器傳送用戶指令。
    另一個連接到顯示器(Monitor)的RS232串口，可在調(diào)試時作為擴展工具和人機交互平臺的端口使用。

2 馬達控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計
    本控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計采用基于16位的匯編語言編寫，同時采用模塊化的設(shè)計思路，因而具有可讀性好、執(zhí)行效率高等特點，其工作過程采用基于插值曲線的自動調(diào)諧控制方式。其工作過程，首先是依據(jù)工作頻率進行粗調(diào)，將馬達開關(guān)MS和電容、電感的伺服馬達MP運轉(zhuǎn)到與工作頻率對應(yīng)的位置；然后，再依據(jù)射頻驅(qū)動級輸出網(wǎng)絡(luò)并根據(jù)鑒相器Ф1提供的誤差信號進行細(xì)調(diào)；最后，根據(jù)鑒阻器△P和鑒相器Ф2提供的誤差信號對射頻末級輸出網(wǎng)絡(luò)持續(xù)進行自動細(xì)調(diào)。
2．1 馬達位置粗調(diào)
    粗調(diào)就是控制器根據(jù)工作頻率首先從用戶調(diào)諧數(shù)據(jù)存儲器中查找對應(yīng)的數(shù)據(jù)，然后將各馬達調(diào)整到預(yù)置位置。如果工作頻率沒有被存儲，則可采用內(nèi)插法在相鄰的兩個預(yù)置頻率之間通過計算獲得。
    粗調(diào)開始時，用戶需設(shè)置一個固定的位置作為馬達運行的粗調(diào)預(yù)置位置，通過將移動方向和目標(biāo)位置一起存儲來補償齒輪的機械誤差。當(dāng)在目標(biāo)位置右邊開始進行自動調(diào)諧時，MP首先會被移動到一個能自動進行驅(qū)動的位置(如圖中目標(biāo)位置的左邊)。這就是為何MP開始經(jīng)常會越過給定位置的原因?？紤]到慣性影響，當(dāng)馬達運行到距目標(biāo)位置為暫停位置時便停下來，以期望能到達準(zhǔn)確的位置。并對所到達的位置進行檢查，若不在誤差允許的范圍內(nèi)，則修正暫停位置和馬達的其它數(shù)據(jù)，并重新開始該定位過程。圖2所示是馬達粗調(diào)定位方法示意圖。

2．2 驅(qū)動級細(xì)調(diào)
    驅(qū)動級細(xì)調(diào)是通過對驅(qū)動級電子管的高末柵流(IGIV2)驅(qū)動電流的調(diào)整來實現(xiàn)的。它包含兩個任務(wù)：一是調(diào)諧射頻網(wǎng)絡(luò)，以將驅(qū)動級反射調(diào)到最??；二是設(shè)置射頻預(yù)放的放大倍數(shù)(即通過設(shè)置射頻衰減器的衰減量來控制寬放的輸出)，以使高末柵流(IGlV2)達到合適的幅度。
    (1)驅(qū)動級調(diào)諧
    驅(qū)動級調(diào)諧主要以鑒相器1(Ф1)的輸出作為調(diào)諧依據(jù)，圖3所示是鑒相器的控制原理圖。Ф1和驅(qū)動級電子管的負(fù)載阻抗有關(guān)，若要獲得高末電子管柵極的最佳傳輸，那么，Фl必須為零。調(diào)諧算法一般是一個稱為“bang-bang控制器”的適當(dāng)擴展。

    (2)射頻衰減器的調(diào)諧
    射頻衰減器主要用于設(shè)置輸入激勵(IG1V2)的幅度，可由用戶提供IG1V2的額定值(GNOM)。圖4所示是射頻衰減器的控制原理圖。

2．3 末級細(xì)調(diào)(插入曲線)
    末級調(diào)諧一般根據(jù)以下兩點進行：第一是發(fā)射機輸出到天線的功率應(yīng)達到預(yù)設(shè)功率；第二是發(fā)射機效率達到最佳。有如下三個測量值可用于調(diào)諧：
    ◇決定額定輸出功率的高末屏壓VAV2。
    ◇決定實際輸出功率的入射電壓VFWD。
    ◇鑒相器2(Ф2)的輸出，在效率最佳時，輸出應(yīng)為0。
    輸出功率和額定功率之比可通過如下公式計算求得：
   
    當(dāng)p[0／00]=1000及Ф2=O時，末級調(diào)諧最佳。

3 軟件流程
    根據(jù)以上工作原理，可以設(shè)計出如圖5所示的自動調(diào)諧控制的軟件流程。該系統(tǒng)的調(diào)諧誤差分為兩種，即小調(diào)諧誤差和大調(diào)諧誤差。一旦發(fā)生大的調(diào)諧誤差，發(fā)射機就會從驅(qū)動級重新開始順序調(diào)諧，而小調(diào)諧誤差只有在一定時間累積成較大的調(diào)諧誤差后，才會造成發(fā)射機重新開始順序調(diào)諧。

4 結(jié)束語
    本文通過對馬達控制系統(tǒng)控制規(guī)律的研究，給出了一種基于插值曲線的自動調(diào)諧細(xì)調(diào)馬達控制系統(tǒng)的設(shè)計方法。系統(tǒng)的運行表明，以80C196KC單片機為核心的馬達控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對馬達的控制，從而實現(xiàn)廣播發(fā)射機頻率調(diào)諧的目的。該方法軟、硬件設(shè)計正確，控制邏輯選擇基本合理?？梢栽诳刂凭?、實時性、可靠性、設(shè)計成本等方面完全滿足系統(tǒng)要求。