模糊控制电机软启动系统设计论文

1模糊控制电机软启动系统设计摘 要：本系统是以 AT89C52 单片机为核心的电机软启动模糊控制，由软件生成SPWM 波，并基于一种参数自调整模糊控制方法进行变频变压软启动,给出了参数自调整方案，根据模糊原理设计出模糊控制表及模糊控制参数调整表，并由软件控制实现单相和三相的转换。关键词：电机软启动 AT89C52 单片机 SPWM 模糊控制 参数调整一、引言：异步电机由于其结构简单、运行可靠、价格低廉、维护方便、寿命较长等特点被广泛应用于工业、农业生产，但其启动性能较差，启动瞬时电流冲击较大，一般会达到额定电流的 47 倍，有时甚至会达到额定电流的 10 倍以上，给电机本身、电源及拖动设备造成很大的冲击和伤害，也会影响到同一电网中的其他设备的正常运行。本文采用单片机技术、模糊控制技术及变频技术进行软启动控制。这样既解决了电动机由于电压降低而使转矩减少的矛盾，同时也克服了电网电压波动过大而造成对其他用电设备的影响。并且本系统通过继电器和软件控制，可实现单相及三相电动机的软启动控制。二、系统硬件及工作原理：异步电动机在软启动时，必须要考虑的一个重要因素是：尽量保持电机主磁通为额定值不变。如果磁通弱，电机铁心不能充分利用，电磁转矩变小，负载能力下降，磁通过强，电机处于过励磁状态，电机会因励磁电流过大而严重发热。由电机原理可知，异步电机定子每相电动势的有效值为：E1 = 4.44f1N1mE1 定子每相感应电动势 f1 定子频率N1 定子每相绕组有效匝数m每极磁通由式中可以看到 m 的值由 E1/f1 决定，但由于 E1 难以直接控制所以在电动势较高的时候，可以忽略定子漏阻抗压降而以定子相电压 U1 俩代替，保证 U1/f12的比值不变即可。在电动势和频率都较低时，定子电阻压降要比漏抗压降大的多，为了能正常启动，本系统采用软件的方法进行低频补偿，保证补偿后的U1/F1 仍为常数。即在降低电压的同时降低频率，以保证电机启动时有较大的力矩。本系统即采用 SPWM 控制进行变频变压软启动控制，保持 U1/f1 不变。（一） 、系统硬件：本系统的主电路及控制电路如附图（1）所示。结构简图如下：电机电流反馈1、主电路：本系统主电路中 AC/DC 转换采用三相桥式二极管整流电路，二极管采用400V 系列可耐压 1600V，开关器件采用开关频率较高的绝缘栅双极晶体管IGBT，IGBT 为电压型驱动功率模块，但要驱动 IGBT 需要由足够的电压幅值与电荷量，还必须考虑到控制信号与主回路强电之间的电位隔离。基于以上考虑，本系统采用富士电机的 EXB841 集成驱动电路。该集成电路抗干扰能力强，集成化程度高，速度快。模块内部集成有光耦、过流检测保护电路、低速关断电路及饱和保护电路等，保护功能完善。可实现对 IGBT 的最优驱动。驱动电源为一组+20V 电源，需由外部接入。2、控制电路：控制电路采用 AT89C52 8 位单片机作为核心部件，外部扩展 1 片 8253 可编程定时器/计数器，1 片 8155 可编程 I/O 接口，用于扩展 LED 及键盘，以实A/D转换键盘及显示各相定时模糊控制处理SPWM波生成及AT89C52 驱动电路逆变电路故障电路单三相转换控制电路 主电路整流电路负载3现人机对话，1 片 ADC0809 用于对电机转速的采集。89C52 的 P1 口中的 P1.0-P1.5 口用于输出 SPWM 波，与 EXB841 的控制信号输入端相连,以驱动 IGBT，P1.7 口外接蜂鸣器用以对故障及停机的指示。如附图（1） ，电路逻辑关系保证，当 P1 口输出为高电平时，对应的集成光耦截止；当 P1 口输出为低电平时，对应的集成光耦导通。以免在 89C52 给电复位时，P1 口的输出全为高电平，造成直通短路。关于微机控制部分简要说明以下几点：（1） 、采样周期由 89C52 的内部定时器 T0 定时；（2） 、89C52 扩展了一片 8253 可编程定时器/计数器，其中计数器 0、计数器 1、计数器 2 分别定时 U、V、W 三相的脉宽。由 89C52 的 P2.3 口与8253 的 GATE0、GATE1、GATE2 直接相连，用一启动三个定时器定时。任一定时器定时时间到，由定时器的输出端 OUT0 或 OUT1 或 OUT2 经或非门使89C52 的 INT1 有效，发出中断请求信号。在中断服务程序中，查询P2.4、P2.5 和 P2.6 以判断是哪个定时器时间到，以便进行相应的处理；（3） 、单相电动机软启动时，8253 就不再工作而改采用 89C52 内部定时器T1 定时脉宽。（二） 、工作原理：本系统利用软件生成 SPWM 波，通过电流反馈对逆变器的输出频率进行模糊控制，电流与输出电压有关系，输出电压由调幅比 M（调幅比指正弦调制波与三角载波的幅值之比，这里用 M 表示，调幅比越大输出电压越高）而在一定的载波比 N（载波比指正弦调制波与三角载波的周期之比）下，M 与频率 f有唯一确定的关系，故可通过 f 来调整 M 既而控制 I。系统开机后由键盘输入电源及电动机相数及额定电压，由软件判断进行单相或三相电动机软启动控制，当进行三相电动机软启动控制时，电源及电动机即如附图（1）所示，将三相电源接入 R、S、T 端，电动机接入 U、V、W 端；当进行单相电动机软启动控制时，将单相电源接入 R、S 端，电动机接入 U、V 端。需要注意的是一般电容式单相电动机由于低频下不能形成圆磁场，不能顺利的启动， 罩极式单相电动机情况较好。故在进行单相电动机软启动控制时，所设初始频率较高为 10Hz。1、由软件生成 SPWM 信号（1） 、生成原理及控制算法采样型 SPWM 法有自然采样法、对称规则采样法和不对称规则采样法之分。4不对称规则采样既在三角波的顶点位置 A 又在底点位置 B 对正弦波进行采样如下图：BAtoff ton ton toffTs由采样值形成阶梯波，则此阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽，在一个三角波的周期内的位置是不对称的。利用三角形的相似关系，可以得出下式：toff =Ts( 1Msint1)/2ton =Ts( 1+ Msint1)/2ton =Ts( 1+ Msint2 )/2toff =Ts( 1Msint2)/2（1）式不对称规则采样法所形成的阶梯波比对称规则采样法时更接正弦波，并有很多的优点，如：不对称规则采样法在载波比 N 等于 3 或 3 的倍数时逆变器中不存在偶次谐波分量，其高次谐波的幅值也较小。所以本文采用不对称规则采样法。对于三相逆变器来讲，要求三相输出电压对称，因而要求有三个相位角互差 120 的正弦调制波与同一组三角波相交。由于相位差 120 相当于一周的1/3 因此必须取载波比 N 为 3 的整数倍。这样，三相的采样就具有简单的对应关系。当载波比为 N 时，每一采样周期对应的角度为 360/2N=180/N，V 相落后于 U 相 120，即落后于 120/（180/N）=2N/3 个采样周期；而 W 相超前 U相 120，即超前于 2N/3 个采样周期。所以，对于同一个采样点 k,幅值为 1 的各相电压采样值为5Uu=sin(k180)/NUv=sin (k2N/3) 180/NUw=sin (k+2N/3)180/N（2）式式中，k 为采样点的序号k=0，1，2，3， （2N-1） （3）式根据式以上式子，可以将 U、V、W 三相的 toff、ton 和 toff、ton 表达式写成如下形式：当 k 为偶数时，既顶点采样时，对于 U 相有tuoff =Ts 1Msin(k180)/N/2tuon =Ts 1+Msin(k180)/N/2（4）式当 k 为奇数时，即底点采样时，对于 U 相有tuon =Ts 1+Msin(k180)/N/2tuoff =Ts 1Msin(k180)/N/2（5）式当 k 为偶数时，既顶点采样时，对于 V 相有tvoff =Ts 1M sin (k2N/3)180/N/2tvon =Ts 1+M sin (k2N/3)180/N/2（6）式当 k 为奇数时，即底点采样时，对于 V 相有tvon =Ts 1+M sin (k2N/3)180/N/2tvoff =Ts 1M sin (k2N/3)180/N/2（7）式当 k 为偶数时，既顶点采样时，对于 W 相有t off =Ts 1M sin (k+2N/3)180/N/26t on =Ts 1+M sin (k+2N/3)180/N/2（8）式当 k 为奇数时，即底点采样时，对于 W 相有t on =Ts 1+M sin (k+2N/3)180/N/2t off =Ts 1M sin (k+2N/3)180/N/2（9）式由以上各式即可分别求出 U、V、W 三相的脉冲宽度。各式中，采样周期 Ts 为三角波载波周期的 1/2，故 Ts 与正弦波频率 f 和载波比 N 由如下关系：Ts=1/2Nf载波比 N 随频率 f 分段变化。因此，采样周期 Ts 与频率 f 有确定的关系。式中的 M =Uc/Ur， Uc 为正弦波峰值 Ur 为三角波峰值。在一定的 N 值下，M 与 f 有确定的关系，而它们的关系与 Uf 曲线有关。变频器工作时，输出线电压有效值与输出频率的关系，即 Uf 曲线应满足负载的要求。调频的同时相应的改变调幅比 M，以改变脉宽，从而改变输出电压 U。异步电动机的负载特性较为相似，现设 Uf 曲线为一条通过原点的斜线如图Uu0 fn这是一种简单的线性关系，可以用数学表达式确定 UF 的关系，即而确定 M的值。当 Uf 曲线是不通过坐标原点的直线是，仍然可以用数学表达式确定Uf 的关系，但当 Uf 曲线为非线性曲线时，则问题要复杂很多。这时可以在不同的 M 下，对输出电压 PWM 波进行傅立叶级数分析，求出电压基波有效值U 对调幅比 M 的函数关系。根据这个函数关系以及非线性 Uf 曲线，就可以建立 M 与 f 的函数关系，将 M 与 f 的关系制成表格存入 E2PROM 中，以备查用。至于正弦函数，可以预先根据不同的 N 值计算出幅值为 1 的正弦函数7sin（k180/N）对应于各 k 点的值。把计算结果构成表格，称为基准正弦函数表。这样在调频范围内有多少个 N 值就有多少张基准正弦函数表。当由微机实现控制时，可将个基准正弦函数表存入 E2PROM 中，以备查用。由于三相正弦函数具有如式所示的关系，因此，在查表时，用移动查表指针的方法由同一张基准正弦函数表可以确定出 U、V、W 三相的正弦值。具体的说，给定频率 f，由 f 所处的范围决定出 N 的值，然后从与 N 值对应的一张表中查取某一 k 值时的 sin（k180/N）值；将查表的地址指针向后移动2N/3 个单元，查得的值即为 sin(k2N/3)180/N值；同理，将查表的地址指针向前移动 2N/3 个单元，查得的值即为 sin(k2N/3)180/N值。当 k 为偶数时，将以上所得的 Ts、M 以及三个正弦函数值代入式、进行运算，就可以得到各相的 toff 值；当 k 为奇数时，将所得的Ts、M 以及三个正弦函数值代入式、进行运算，就可以得到各相的 ton 值。（2） 、量化方法由微机实现 SPWM 控制时，必须对 SPWM 控制算法的某些量进行量化。a、采样周期 Ts 的量化 采样周期 Ts 由 89C52 内部定时器 T0 定时。89C52 采用 6MHz 晶振，内部定时器 T0 的计数频率为振荡器的 1/12，故定时器T0 的计数速率为 0.5MHz,即每 210-6s（2s）发出一个计时脉冲。因此，若设在一个采样周期内定时器 T0 的计数脉冲数为 R，则采样周期为Ts=210-6R因此，使用 89C52 内部定时器 T0 定时采样周期 Ts，可将 Ts 量化为计数脉冲R。而一个采样周期内应有的计数脉冲数 R 则是由载波比 N 及频率 f 决定的，即可得 R 与 f、N 的关系如下：R=106/4Nf实际上，如后所述，N 与 f 的关系也是确定了的，因此 R 与 f 由唯一的对应关系。由于本系统需要的调频范围是 160Hz，将 f 分为五个区段，各区段 N 与 f的关系如下表：注：本系统只做出了软启动时需要频段的 N 值表，如需要其他频段只需要扩大N 值表并存入 E2PROM 内即可。8f（Hz） N18 45812 301220 212035 153560 9b、89C52 内部定时器 T0 定时初值 由于 89C52 内部定时器 T0 为加法计数器，当设定为 16 位计数器即设定位方式 1 时，采样周期 Ts 的定时初值为（2 16R） 。c、8253 定时器/计数器的定时初值 8253 计数器 0 用来定时 U 相的输出脉宽。当 k 位偶数时，8253 计数器 0 定时时间应为：tuoff =Ts 1Msin(k180)/N/2当 k 为奇数时，8253 计数器 0 定时时间应为：tuon =Ts 1+Msin(k180)/N/2由于 8253 计数器 0 的计数时钟输入线是与 89C52 的地址锁存允许线 ALE 直接连接的，而 89C52 采用 6MHz 晶振，故 ALE 的输出频率为 1MHz，即每 1s 发一个计数脉冲送 8253 定时器 0，由前可知，每 2s 发一个计数脉冲时，R 个计数脉冲就定时一个采样周期，现在是每 1us 发一个计数脉冲，因此定时同样的采样周期则需要 2R 个计数脉冲，即 Ts=110-62R。因此，这种情况下如将采样周期量化为计数脉冲，即为：Ts=2R将此式代入式可得：tuoff =R RMsin(k180)/N k 为偶数时tuon =R+RMsin(k180)/N k 为奇数时于是，余下得问题就是如何求 M 和正弦函数的值。d、调幅比 M 当输出电压为 U 时调幅比为：M= 2U/Ur式中，三角波载波峰值 Ur 是不变的，本例中可取 f=50Hz 时，M=0.9 的条件（注意为了保证电动机的电压不超过额定电压在频率为 5060Hz 时 M 的取9值仍为 0.9，有恒转矩运行改为恒功率运行）确定：输出电压为 380V 时： Ur=2380/0.9=597VU=380f/50将上两式代入 M 的表达式得：M= 2380f/（50597）输出电压为 220V 时： Ur=2220/0.9=346VU=220f/50将上两式代入 M 的表达式得：M= 2220f/（50346）按此式进行计算式时，当 f 变化时 M 得变化较小。为此可将 M 的值扩大256 倍，待运算完 RM sin（k180/N）以后，再缩小 256 倍（因单片机采用二进制运算为方便其间，扩大 28 倍） 。e、单位正弦函数 sin（k180/N） 单位正弦函数 sin（k180/N）的值与载波比 N 的值及采样点 k 有关。对与某一个给定的频率值，可根据它所在的频率区段取定出相应的 N 值；对应于某一 N 值可计算出 k=2N 个正弦函数值，将这些正弦函数值作成正弦函数表。本系统中有五个频率区段，则就有五张正弦函数表，由于这些正弦函数值都很小，同样可将它们扩大 256 倍，作成正弦函数表存入 E2PROM 中，以备查用，待运算完 RM sin（k180/N）以后，再将其缩小 256 倍。由于单相软启动时 SPWM 波的生成与三相时相同，故在此不再赘述。2、模糊控制模糊控制（FUZZY CONTROL）采用语言变量和模糊集合理论形成控制算法，适合非线性及无法得到精确数学模型的系统，具有较好的快速性，并能很好的适应受控对象的信号变化即鲁棒性较强。（1） 、参数自调整模糊控制器设计基本模糊控制采用 e（采样值和预定值之间的偏差）和 ec（偏差的变化量）为输入，输出量则为控制量的变化量（在此以 u 表示） ，在经过变量的模糊化、基于不同模糊控制规则的模糊推理、模糊判决等步骤后可以得到一张二维的模糊控制查询表，其关键在于建立一个满意的二维控制表。基本模糊控制其一般只适用于某一类特定的过程，不具有可调参数，没有自适应和自组织能力，无法满足实际系统的要求。例如设转速偏差的变化范围为+1500r/min，-101500r/min时，模糊化可将此变量量化到基本论域+6，-6之间，而当转速偏差为+150r/min，-150r/min时，对应的模糊集论域为+0 ，-0，显然基本模糊控制器的精度是很差的。为了提高系统精度、减小超调量，采用调整比例因子、量化因子的方法，通过在线调整参数改善系统的响应速度，提高精度。由于控制系统在控制的各个极端呈现出不同的特点，故应对不同的阶段进行不同的控制策略。合理的改善基本模糊控制器中的量化因子 K1、K2 和比例因子 Ku 对控制器有很大的控制作用，因此在不同的阶段调整它们的大小可提高控制系统的性能。调整的原则是误差较大和误差变化较大时，采用“粗调”控制，误差较小和误差变化较小时，采用“细调”控制。这样就可以满足动静的双重要求了。系统原理图如下图：e Eec ECaa、 模糊控制表的设计把系统的偏差 e 和偏差变化 ec 作为基本模糊控制器的输入，将它们的论域定为-6，+6 。偏差 e 分为 14 个档，即-6+6（含 -0，+0 ） ，偏差变化 ec 划分13 档，即-6+6 ，输出量 u 的变化范围为-7，+7，分为 15 档，即-77。为了将以上三个连续变量离散化，我们将 e 分成八个级别，每个级别对应一个语言变量。分别为 PB（正大） 、PM （正中） 、PS（正小） 、PZ（正零） 、NZ（负零） 、 NS（负小） 、NM（负中） 、NB（负大） 。同理我们将偏差变化 ec和输出 u 分为七个级别，分别为 PB（正大） 、PM （正中） 、PS（正小） 、ZO（零） 、NS（负小） 、NM（负中） 、NB（负大） 。设偏差 e、偏差变化 ec 和输出 u 的离散变量分别为 E、EC 和 U，根据控制规则可以构成控制规则表 1 如下：模 糊控制表 Ku对象K1d/dt K2模糊参数调整表 1/a11EECNB NM NS NZ PZ PS PM PBPB X X NS NM NM NM NB NBPM X X NS NM NM NM NB NBPS PM PM ZO NS NS NM NB NBZO PB PB PM ZO ZO NM NB NBNS PB PB PM PS PS ZO NM NMNM PB PB PM PM PM PS X XNB PB PB PM PM PM PS X X根据表 1 的 48 条规则，运用模糊推理，先求出每条模糊规则的 Ri，最后求取 R=R1R2R48。有了 R，取 E 和 EC 的非模糊观测结果作为输出量，由模糊算法计算出相应控制量的模糊子集 U，最后按取隶属函数最大值的原则得到模糊控制表如表 2：ECE-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6-6 7 6 7 6 7 7 7 4 4 2 0 0 0-5 6 6 6 6 6 6 6 4 4 2 0 0 0-4 7 6 7 6 7 7 7 4 4 2 0 0 0-3 6 6 6 6 6 6 6 3 2 0 -1 -1 -1-2 4 4 4 5 4 4 4 1 0 0 -1 -1 -1-1 4 4 4 5 4 4 1 0 0 0 -3 -2 -1-0 4 4 4 5 1 1 0 -1 -1 -1 -4 -4 -40 4 4 4 5 1 1 0 -1 -1 -1 -4 -4 -41 2 2 2 2 0 0 -1 -4 -4 -3 -4 -4 -42 1 2 1 2 0 -3 -4 -4 -4 -3 -4 -4 -43 0 0 0 0 -3 -3 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -64 0 0 0 -2 -4 -4 -7 -7 -7 -6 -7 -6 -75 0 0 0 -2 -4 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6 -6126 0 0 0 -2 -4 -4 -7 -7 -7 -6 -7 -6 -7将此表存入 E2PROM 中，以备查用。b、模糊参数调整表设计设第 k 个采样时刻被控量的偏差为 e（k） ，偏差变化为 ec（k） ，量化后的模糊子集为 E（k）和 EC（k） ，则根据模糊合成运算法则输出 U（k）可由下述公式决定，即U（k）=E（k）X EC（k） O R式中 X直积运算符O模糊关系合成运算符R模糊关系由于 E（k）=K1e（k） ，EC（k）=K2ec （k） ，则 U（k）可以表示为如下关系U（k）=fK1e（k） ，K2ec（k）U=KuU（k）上式说明输出量 u 与量化因子 K1、K2 和比例因子 Ku 相关。当 E 和 EC较大时主要应考虑的是系统响应问题，因而可以采用“粗调”的方法，即用降低量化因子 K1、K2 的方法来降低丢 E 和 EC 输入量的分辨率，同时加大比例因子 Ku，从而可以获得较大的控制量，使响应加快。当 E 和 EC 较小时说明系统已经接近稳定状态，此式应考虑的问题是系统精度，减少超调量，因而应采取“细调”的方法，即用增大量化因子 K1 和 K2 的方法提高对输入变化的分辨率，同时减少输出比例因子 Ku，以减少超调量，提高稳态精度。在不影响控制效果的前提下，我们取 K1、K2 增加的倍数为 K 减小的倍数的 1/2。根据自调整的原则和思想，以偏差 E 和偏差变化 EC 为输入量，调节倍数 为输出变量。偏差及偏差变化范围和语言的选取同前面的控制表，输出调节倍数 的论域为1/8，1/4，1/2，1，2，4，8，分别对应语言变量的 CH（高缩） 、CM（中缩） 、CL（低缩） 、OK（不变） 、AL（低放） 、AM（中放） 、AH（高放），根据调整规则可以建立调整规则表 3。13EECNB NM NS NZ PZ PS PM PBNB CH CM CL OK OK CL CM CHNM CM CL OK OK OK OK CL CMNS CL OK OK AM AM OK OK CLZO OK OK AL AH AH AL OK OKPS CL OK OK AM AM OK OK CLPM CM CL OK OK OK OK CL CMPB CH CM CL OK OK CL CM CH由表 3 按照前述方法可建立模糊调整表 4。EEC-6 -5 -4 -3 -2 -1 -0 0 1 2 3 4 5 6-6 1/8 1/8 1/4 1/2 1 1 1 1 1 1 1/2 1/4 1/8 1/8-5 1/8 1/4 1/4 1 1 1 1 1 1 1 1 1/2 1/4 1/8-4 1/4 1/2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1/2 1/4-3 1/2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1/2-2 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 1-1 1 1 1 1 1 2 4 4 2 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 4 8 8 4 1 1 1 1 11 1 1 1 1 1 2 4 4 2 1 1 1 1 12 1 1 1 1 1 1 2 2 1 1 1 1 1 13 1/2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1/24 1/4 1/2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1/2 1/45 1/8 1/4 1/4 1 1 1 1 1 1 1 1 1/2 1/4 1/86 1/8 1/8 1/4 1/2 1 1 1 1 1 1 1/2 1/4 1/8 1/8将此表存于 E2PROM 中，以备查用。自调整步骤：以原始的 K1、K2 对 e、ec 进行量化。查调整表得出调14整倍数 ，使 K1=K1；K2=K2；Ku=2Ku。用调整后的新K1、K2、Ku 对 e、ec 重新量化。用重新量化的 E、EC 查控制表，得出控制量。用比例因子 Ku 乘以 U 获得新的控制量 u。三、软件流程及程序清单（一） 、软件流程微机控制系统由主程序、键盘显示子程序、软启动子程序及T0、T1、8253 定时器、INT0 中断服务程序组成。对于单相电动机的软启动控制与三相软启动控制基本相同，只是在对 IGBT 的驱动个数及顺序不太一样，其主要的 SPWM 波产生及模糊控制两大部分基本相同，则在此只对三相电动机软启动控制进行说明，单相同样适用。各部分程序流程如下：主程序关 V1V6关 8253 关 T0初始化 8155设置 8253 及 T0 的方式清屏调键盘扫描子程序按键判断功能 1 功能 2 确定键？调显示子程序 调显示子程序 键值送显示调用键盘扫描 调用键盘扫描确定键按下？ 确定键按下？输入 In 输入各项参数NYY YNN15调用软启动子程序 调用键盘扫描显示错误 判断正误调用软启动子程序主程序主要完成各部件的初始化，功能的选择判断，额定电流的输入。键盘扫描子程序调全列置零子程序有键按下吗？延时 10MS的确有键按下？逐列扫描读行值某行有键按下吗？ 调整为下以列列号送 R4，行号送 A，计算键值延时 10MS键放了吗？返回键盘扫描及显示子程序主要完成对键盘的扫描，所按下键的判断及显示功YNNNN 8 列完?NNYYYYY16能。软启动子程序判断输出相为几相单相 三相关 8253 置第一步标志 置第一步标志给 f f0=10Hz 给 f f0=1Hz查表得 Ts 的量化值 R确定采样次数 2N第一步？清第一步标志T0 定时 Ts单相 三相查表得 U 相第一个采样点得函数值 查表得三相第一个采样点得函数值查表得 M 查表得 M求得 U 相第一个脉宽定时初值 求得三相第一个脉宽定时初值开中断YN17启动 0809读 0809计算 e 及 ec查表得 计算 K1 ,K2,Ku计算 E,EC查表得 ff 改变了吗?软启动子程序根据给定的频率值，计算出第一个采样点的 U、V、W 三相脉宽的定时初值和采样周期，并首次启动定时器 T0，以定时采样周期。输出频率的一个周期后采样一次电机电流，通过模糊控制规则求出新的频率值，并计算出下一个采样点的 U、V、W 三相脉宽的定时初值和新的采样周期。T0 中断服务程序保护现场T0 定时 Ts单相 三相A 送 T1 A,B,C 送 8253最后一次采样吗?Y NNY18读频率频率改变了吗? 置频率改变标志取老的采样次数单相 三相查表得 U 相下一个采样点得函数值 查表得三相下一个采样点得函数值求得 U 相下一个脉宽定时初值 求得三相下一个脉宽定时初值恢复现场返回T0 中断服务程序用来定时采样周期。单相时把 U 相脉宽的定时初值送T1。三相时把 U、V、W 三相脉宽的定时初值分别送入 8253 定时器 0、定时器1、定时器 2，并启动 8253 开始定时。同时再计算下一个采样点的 U、V、W 三相脉宽的定时初值。当发完最后一个采样点的三相脉宽时，启动 ADC0809，读入速度，通过模糊控制规则求出新的频率值。上述计算得到的三相脉宽定时初值一定要大于 8253 中断服务程序的执行时间，否则应将其定时初值加大。8253(INT1)中断服务程序保护现场判断哪一个定时器中断偶数次? 偶数次? 偶数次? P1 口为高电平 转换结束关 V4 关 V1 关 V6 关 V3 关 V2 关 V5 调故障显示 读 0809NYYNNNYY19死区 死区 死区 死区 死区 死区开 V1 开 V4 开 V3 开 V6 开 V5 开 V2恢复现场返回8253 定时器的中断服务程序，是先判断哪一相定时中断。若是 U 相偶数次（顶点）采样中断时，由 P1.0 和 P1.3 输出控制信号使逆变器中的 U 相的上桥臂导通，下桥臂截止；奇数次（底点）采样中断时，使逆变器中的 U 相的下桥臂导通，上桥臂截止。若是 V 相偶数次（顶点）采样中断时，由 P1.1 和 P1.4输出控制信号使逆变器中的 U 相的上桥臂导通，下桥臂截止；奇数次（底点）采样中断时，使逆变器中的 V 相的下桥臂导通，上桥臂截止。若是 W 相偶数次（顶点）采样中断时，由 P1.2 和 P1.5 输出控制信号使逆变器中的 U 相的上桥臂导通，下桥臂截止；奇数次（底点）采样中断时，使逆变器中的 U 相的下桥臂导通，上桥臂截止。如此，形成三相交流电。另缺相检测电路的输出接在INT1 上，检测出为缺相故障后，停机并显示“1111”指示故障。0809 的转换完的中断信号也接在 INT1 上，这些中断源通过一个五路的或非门接入 INT1，将 INT1 的中断源数目扩大。T1 中断服务程序保护现场P1.4,P1.5 为高电平偶数次?关 V3,V4 关 V1,V6死区 死区NY20开 V1,V6 开 V4,V3恢复现场返回T1 中断服务程序利用 U 相的脉宽定时初值，在偶数次采样时，使V3、V4 关闭 V1、V6 导通，奇数次时，使 V1、V6 关闭 V3、V4 导通，这样在单相电机内形成单相的交流电。INT0 中断服务程序P1 口置 1调故障显示程序返回INTO 端接各 EXB841 的过流输出端，INT0 中断设为高优先级，以保证接到INT0 的中断请求时，可以马上响应，既将 P1 口置高电平，使各相输出截止，并显示“0000”指示故障。 在逆变器中各相的上下桥臂导通截止的过程中，应用软件形成死区，死区时间设为 4s，以防止直通短路。（二） 、程序清单：见附录四、结束语在设计中，通过用模糊控制原理，利用了变频调速技术及单片机技术，通过软件产生三相 SPWM 波实现了对异步电动机的软启动，使得系统在启动过程中，避免了启动电流大，启动转矩小，并采用参数自调整方法较好的解决了传统模糊控制方法存在的缺点，使系统超调量小、相应快、启动过程平稳，提高了系统的可靠性。且本系统通过软件技术实现单相和三相的转换，扩大了使用范围。五、谢辞在这次毕业设计的过程中，感谢院系领导给我们创造良好的环境和机会，让我们能够将所学得以所用，也感谢设计的指导老师刘法治老师的教导和帮助，21并且通过设计，让我们理解到了专业一些前沿的知识，最终得以完成毕业设计任务，在此表示最衷心的感谢！六、参考文献1 电机控制技术 李铁才、杜坤梅 哈尔滨工业大学出版社2 电机控制专用集成电路 谭建成 机械工业出版社3 PWM 变频调速技术 陈国呈 机械工业出版社4 变频器应用技术及电动机调速 黄立培、张学 人民邮电出版社5 现代交流调速技术 胡崇岳 机械工业出版社6 交流调速系统 陈伯时、陈敏逊 机械工业出版社7 电气传动的脉宽调速控制技术 吴守箴、臧英杰 机械工业出版社8 SPWM 变频调速应用技术 张燕宾 机械工业出版社9 模糊控制原理与应用 诸静 机械工业出版社10 模糊控制技术在家用电器中的应用 黄布毅 中国轻工业出版社11 单片机模糊逻辑控制 余永权、曾碧 北京航空航天大学出版社12 单片机原理及接口技术 李朝青 北京航空航天大学出版社13 模糊推理的程序化同小军等 2000 年第 6 期电气自动化14 变频器压频比的正确设计谷海颖等 2001 年第 6 期电工技术杂志七、附录模糊控制电机软启动系统设计程序清单：说明：E 2PROM 中从 0030H012 FH 存放基本函数值表；0130H01 FFH 存放模糊控制表；0200H 02FFH 存放模糊调整参数表；0300H033CH 存放输出电压为 380V 时的 M 值表；033DH0378H 存放输出电压为 220V 时的 M 值表；0380H03BCH 存放 N 值表；03C0H0438H 存放 R 值表；0440H0540H 存放 A/D 转换值表；0600H06FFH 存放低频补偿值表。1、主程序22ORG 0000HLJMP 0800HORG 0800HMAIN： MOV P1，#FFH ;关 V1-V6CLR P1.7 ;关警报SETB P2.1 ;关 8253CLR P2.0 ;选 8155CLR TR1 ;关 T1CLR TR0 ;关 T0MOV A,#03H ;8155 命令字MOV DPTR ,#7F00H ;8155 命令口地址MOVX DPRT, A ;将命令字送入命令口SETB P2.0 ;关 8155CLR P2.1 ;选 8253MOV DPTR ,#2003H ;控制寄存器地址送 DPTRMOV A,#31H ;控制字送计数器 0 控制寄存器MOV DPTR ,AMOV A, #71HMOV DPTR ,AMOV A, #B1HMOV DPTR ,A MOV A,#11H ;写入 T0T1 控制字MOV TMON,ASETB IT0 ;设置外部中断由下降沿触发 SETB IT1LCALL CLEARMOV 52H,#00HLCALL KEYBOARD ;调用键盘扫描子程序KEY: MOV B,ARL A23ADD AMOV DPTR ,#KEYBOARDJMP A+DPTRKEYTAB: LJMP KEYP1LJMP KEYP2LJMP KEYP3KETP1: NOP ;显示 SYS 1MOV 52H ,#01HMOV 63H,#01HMOV 62H,#0AHMOV 61H,#0BHMOV 60H,#0AHLCALL DIS LCALL KEYBOARDKEYP2: NOP ;显示 SYS 2MOV 52H ,#02HMOV 63H,#02HMOV 62H,#0AHMOV 61H,#0BHMOV 60H,#0AHLCALL DIS LCALL KEYBOARDKEYP3: NOPMOV A,52HJNZ A,SSYSLCALL ERRLCALL KEYBOARDSSYS: CJNE A,#01H,SYS1 ;功能键判断CJNE A,#02H,SYS2SYS1: LCALL INMOV 4DH,#324MOV 4EH,#3LCALL SOFTSUSYS2: LCALL XOUTMOV 4DH,#1LCALL SOFTSUENDERR: MOV 63H,#00H ;显示 ERRMOV 62H,#0DHMOV 61H,#0DHMOV 60H,#0CHLCALL DIS RETIN: MOV 63H,#0FH ;输入 InMOV 62H,#0FHMOV 61H,#10HMOV 60H,#0EHLCALL DIS VIN: LCALL KEYBOARDPOP R0CJNE R0,#0CH,VINMOV A,#SP ;将输入的 In 值转换SUBB A,#6FHMOV R0,AMOV R1,#6AHMOV B,#0MOV R7,#0CADC: POP R1MOV A,#DATEADD A,BMOV DPTR,AMOV A,R125MOVC A,A+DPTRADD A,R7MOV R7,AMOV DPTR,#0440HMOVC A,A+DPTRMOV 30H,AMOV A,#0AHADD A,BMOV B,ADJNZ R0,CADCDATE: DB 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9DB 10,20,30,40,50,60,70,80,90DB 100,200RETXOUT : MOV 63H,#0FH ;输入输出相数MOV 62H,#0FHMOV 61H,#11HMOV 60H,#12HLCALL DIS LCALL KEYBOARDPOP 4EHMOV A,4EHJNZ A ,EQOEQO; BACKCJNE A,#1,ERR1AJMP BACK ERR1: LCALL ERRAJMP XOUTBACK: RET2、键盘扫描及显示程序26KEYBOARD: NOPBEGIN: ACALL DIS ;调显示子程序ACALL CLEAR ;清屏ACALL CCSCAN ;键盘扫描JNE INK1 ;有键按下转 INK1AJMP BEGIN ;无键按下继续扫描INK1: ACALL D10MS ;延时 10MS 消除抖动ACALL CCSCAN ;键盘扫描JNZ INK2 ; 有键按下转 INK2INK2: MOV R2,#0FEH ;确有键按下,逐列扫描MOV R4,#0COLUM: MOV DPTR,#7F02HMOV A,R2MOVX DPTR,AINC DPTRMOVX A,DPTRJB ACC.0,LINK1MOV A,#0AJMP KCODELINK1: JB ACC.1,LINK2MOV A,#04HAJMP KCODE LINK2: JB ACC.2,LINK3MOV A,#08HAJMP KCODELINK3: JB ACC.3,NEXTMOV A,#0CHKCODE: ADD A,R4 ;键号=行首键号+ 列号MOV B,AKON: ACALL D10MS27ACALL CCSCANJNZ KONMOV A,BSUBB A,#0AHJNC CKEYMOV SP ,#70HPUSH BACALL PUTBUFACALL DISLJMP BEGINNEXT: INC R4 ;行号加 1MOV A,R2JNB ACC.3,KERR ;4 行扫描完仍无键按下重新扫描RL AMOV R2,AAJMP COLUMKERR: AJMP BEGINCCSCAN: MOV DPTR,#7F02H ;判断有无键按下MOV A,#00H MOVX DPTR,AINC DPTR MOVX A,DPTRCPL AANL A,#03HRETCLEAR: MOV DPTR,#7F02H ;清屏MOV A,#0MOVX DPTR, ARETDIS: MOV R0,#60H ;显示缓冲区地址MOV R3,#0FEH28MOV A,R3AGAIN: MOV DPTR,#7F02H ;8155PB 口MOVX DPTR,A ;送位选码MOV A,R0 ;取要显示数据MOV DPTR,#DSEGMOVC A, A+ DPTR MOV DPTR.#7F01HMOV DPTR,AACALL DLIMSINC R0MOV A,R3JNB ACC.3,OUTRL AMOV R3,AALMP AGAINOUT: RETDSEG: DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH DB 7DH