基于AT89C51单片机的电机软启动器设计

1、 1. 绪论绪论 在现代工业设备中，三相异步电动机具有结构简单、运行可靠、价格低廉、维修方便、寿命长等优点，因此它在工业生产中应用极为广泛。但是异步电动机在启动过程中，瞬时电流冲击大，通常是额定电流的47倍，而且启动转矩小，启动转矩冲击也很大。这将对电动机本身、拖动设备和电源设备的使用寿命有很大的影响，同时对电网电压也会造成很大的冲击，影响同一电网其他电气设备正常运行。在大、中功率异步电动机的启动过程中必须限制启动电流。 随着工厂生产规模的扩大和自动化程度的提高，交流电机应用越来越广泛。传统启动异步电动机的方法很多，启动电流虽然得到限制，但仍然有电流冲击。由于异步电动机具有参数时变、严重非线性

2、特性、强耦合性等不确定因素，采用传统PID闭环控制解决异步电动机在启动过程中电流冲击，存在如下问题：（1）异步电动机启动过程中的闭环控制是非线性时变系统；（2）PID控制要求建立精确的数学模型，由于被控对象的数学模型不清楚，现有的数学模型也不易于过程实现，难以建立精确的数学模型；（3）PID参数的调整也将是很困难的事。 由于模糊控制主要是模仿人的控制经验而不是依赖于控制对象数学模型，因此模糊控制能近似的反映人的控制行为，无需建立控制对象的精确数学模型。本设计的软启动器，运用模糊控制原理，设计模糊控制器，通过软件编程适时改变双向晶闸管的导通角，控制电机端电压，减小启动电流，实现适当提高启动转矩和

3、启动过程电流冲击小的软启动过程1。2.2.模糊理论模糊理论 模糊控制系统是一种自动控制系统，它以模糊数学、模糊语言形式的知识表示和模糊逻辑的规则推理为理论基础，采用计算机控制技术构成的一种具有反馈通道的闭环控制结构的数字控制系统。它的组成核心是具有智能性的模糊控制器，这也就是它与其他自动控制系统的不同之处，模糊控制系统也是一种智能控制系统。 如图下所示，模糊控制系统由模糊控制器、输入/输出接口、执行机构、被控对象和测量装置等五部分组成。 A/D模糊控制器D/A执行机构被控对象 测量装置 模糊控制技术是一种由模糊数学、计算机科学、人工智能、知识工程等多门学科领域相互渗透，理论性很强的科学技术，实

4、现这种模糊控制技术的理论，即称为“模糊控制理论”。 模糊控制系统模糊控制系统 （1）采样设备将执行机构的瞬时参数反馈输入系 统接口。（2）启动A/D转换，输入被测状态。 （3）计算误差和误差变化。（4）给出输入比例因子量化（模糊化），由此查 询控制表。（5）启动D/A转换，作为模糊控制器实际模拟量输 出。（6）由输出的电流信号控制晶闸管的导通角控制来调节被控电机的端电压。3.3.控制过程控制过程 反馈电路 触发电路 数字显示 D/A转换M3相序检测 整形检测电路 稳速负反馈 A/D转换单 片 机 FU 4.4.硬件构成硬件构成 晶闸管是在半导体二极管三极管之后发现的一种新型的大功率半导体器件，

5、它是一种可控制的硅整流元件，亦称可控硅。 工业上常用的异步电动机都是三相的，因此晶闸管交流调压电路大都采用三相交流调压电路。将三对反并联的晶闸管（或三个双向晶闸管）分别接至三相负载就构成了一个典型的三相交流调压电路。负载可以是形连接，也可以是Y形连接。 通过双向晶闸管相位控制以实现降压节能。 以ATMEL公司的AT89C51系列单片机为核心构成模糊控制器的硬件电路。运算放大器LM324把检测到电动机启动电流信号Uiq变为05V电压。由键盘输入的电流给定信号送入AT89C51，A/D转换器ADC0809把检测到的启动电流信号进行采样变为相应的数字信号送给AT89C51。这两种信号在单片机内进行模

6、糊处理。8951单片机内部含有4KB闪速存储器，模糊控制所执行的程序、模糊控制表、用于存放模糊控制所必须的变量都存放在AT89C51内部4KB闪速存储器中，无须再扩展外部程序存储器。ADC0809AT89C51DAC0832驱动电路D/A转换器DAC0832把AT89C51输出的数字量转换为模拟量，再经运算放大LM324变为010V电压信号Ua作为双向晶扎管触发电路的控制电压，用于控制触发电路输出脉冲的触发角a。当电动机达到额定电压时，驱动电路输出UJC用于驱动晶扎管调压电路中的接触器触点JC闭合6。运算放大器LM324运算放大器LM324KesKec粗调控制规则KuKi被控对象Ke1sKec

7、1细调控制Ku1Ki11/s 语言变量的模糊子集的隶属度函数(x)究竟选用哪一种好，目前没有统一的理论依据。在工程应用的实际中，通常根据经验和实际控制要求确定模糊隶属度函数一般情况下，高斯模糊隶属度函数的正态分布特性能满足大部分工程的精度要求和控制性能，所以采用高斯模糊隶属度函数。uA(x)uA(x)uA(x)10t 5.5.软件的设计软件的设计 模糊控制器是整个控制系统的核心，首先将表5和表6中的数据存在内存中，然后根据实际采样值系统的转速误差e和误差变化e，运用通过专家意见和工人操作规律形成的数据库和规则库做出决策，查得的控制量变化乘以比例因子加到模糊控制输出上，然后经过积分环节输出。得到控制量，通过对晶闸管的导通角控制来调节被控电机的端电压。控制电机实现软启动，减小电流冲击。模糊控制模块的流程图如上页图9所示6。 结束语结束语 在设计中，通过用模糊控制原理，将三对反并联的晶闸管（或三个双向晶闸管）分别接至三相负载就构成了一个典型的三相交流调压电路。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，较好的解决了传统方法和PID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。模糊控制软启动技术的应用将会在更多的领域发挥更大的作用。谢辞谢辞 在这次毕业设计的过程中，感谢院系