基于嵌入式系统的交交变频器控制

1、基于嵌入式系统的交交变频器控制AC-ACCycloconvertercontrolbasedonembeddedsystem房玉明杭柏林（青岛科技大学，山东青岛266061）摘要：本设计利用嵌入式控制器0P7200作为控制核心实现数字化控制，并结合模拟电路，通过软件和硬件的设计，实现了交交变频器。实验结果表明，本交交变频器能达到比较理想的变频效果，是经济可行的。关键词:嵌入式系统交交变频器变频调速中图分类号：TP273文献标识码：BAbstract:ThedesignusesOP7200embeddedcontrollertorealizethedigitalcontrol,andcombin

2、ewiththeanalogcircuit,realizetheAC-ACCycloconverterthroughhardwareandsoftwaresdesign.Experimentsresultshows:theAC-ACCycloconvertercancycloconvertwellanditiseconomicalandfeasible.Keyword:embeddedsystemAC-ACCycloconverterVVVF1引言近几年来，随着电力电子技术的迅猛发展，功率器件已经模块化，功率体积比逐渐提高，这使得交交变频器在结构上越来越被人们接受。特别是在频率要求不是很高的低

3、频拖动系统中的应用尤为突出，例如矿井提升机，取得了良好的效果。本文采用嵌入式系统控制的数字控制方案，以嵌入式控制器0P7200为控制核心，采用数模结合、软硬件相结合，实现交交变频器的控制，它的特点是运行速度较快，控制准确。fig1maincircuitchartofAC-ACCycloconverter图1为交交变频器主电路图，为三相半波零式电路，一个输出相为反并联的两个半桥组成，用了6只晶闸管，三相输出共使用了18只晶闸管。系统组成本设计采用嵌入式控制器OP7200为控制核心。OP7200是一款集成了开关量I/O、模拟量输入、以太网和触摸屏的嵌入式一体化液晶终端型控制器。其具有8路模拟输入,

4、19路数字量输入和8路数字量输出，CPU采用主频为22.1MHz的微处理器Rabbit2000。控制器本身带有128KSRAM和256K的Flash,5个8位定时计数器，和一个10位定时计数器TimerB。带RJ-45的10Base-T以太网接口。能满足NEMA4防水标准，使其能工作在恶劣的环境下。如图1所示.主回路由18个晶闸管构成3脉冲零式电路，6组半桥组成三相低频输出，采用星形联接。这种联接能够在选用的晶闸管承受电压较低的情况下，提高装置的输出电压。控制回路主要由嵌入式系统、同步电路、自然换向点检测电路和速度采样电路组成.系统控制原理框图如图2所示。图2控制系统结构框图fig2contr

5、olsystemstructurechart软件设计4.1软件流程图启动宦时器，ji中筍等倚同步汀数器减1胃I汙间常数计数器图3主程序流程图fig3mainprocedurefluechart控制系统简单工作过程是这样的:微处理器Rabbit2000根据给定速度指令查表U0的频率和幅值当同步脉冲中断信号到来时，对电动机速度采样，跟给定速度值比较，由速度pi调节器调节后输出控制角a值的大小.当同步脉冲到后，把a值送入定时器TimerB开始定时，定时到后向相应晶闸管送触发脉冲,完成一次触发过程。然后判断同步脉冲计数器里的数字是否为0。如果不为0，返回取下一个脉冲分配字以及相应的时间常数。如果为0，

6、说明完成了一个周期的脉冲触发，则进入下一个速度指令的读取。采用flash作为程序存储器，Flash分为4个区，为xpc、stack、data和root段。正弦表、余弦表以及脉冲分配字存放在data段内，data段具有40k的存储空间，初始地址为6000H。定时器TimerB用来做晶闸管控制角定时器。TimerB是一个只可读不可写的10位计数器。共有两个10位匹配寄存器和比较器。如果匹配寄存器与计数器相匹配则输出一个脉冲。当同步脉冲到来时，先将a值对应的时间常数写入匹配寄存器，然后启动计数器开始计数，当计数值达到对应的时间常数时，输出脉冲，完成晶闸管的触发oTimerB中断服务程序入口为0 x0

7、BoSetVectIntern(0 x0B,timerb_isr)即设定了中断服务地址。timerb_isr必须为flash内root区地址。4.2数字触发器的实现：数字触发器主要包括触发顺序字读取和a角的计算。触发顺序字：要解决触发脉冲问题，要解决两个问题：选择哪组桥;选择哪个晶闸管。下面分别探讨。A选桥:应用零电流检测环节测量变频器中每个臂的晶闸管压降。晶闸管导通时管压降为零，关断时管压降不为零，如果一个桥中6个臂的管压降均不为零，则表示“零电流”状态，只要有一个臂的管压降等于零，就是“有电流”状态。0V图4零电流检测电路fig4zerocurrentcheckcircuit上图为零电流检

8、测电路原理图。由于晶闸管对地电压高，所以用光电耦合器测量管压降。在晶闸管阻断期间，电流流过发光二极管使其发光，光敏晶体管导通，输出高电平。在晶闸管导通期间，输出低电平。有了上述电路我们就解决了发出脉冲到那个桥的问题。由于每相有正反两组晶闸管，为了能弄清向正组还是反组晶闸管送脉冲，我们将两个零电流检测电路并联使用。这里给出两个使能信号，分别为：L1，L2。其中L1为正组晶闸管使能信号；L2为反组晶闸管使能信号.上述步骤我们完成了定相选桥的任务。B定管:现在就是解决单相晶闸管触发脉冲的问题了。而单相半波交交变频器的触发为：-BA-CB-AC将单相触发信号和正反组使能信号L1,L2相或，就可以将触发

9、信号送到相应晶闸管了。a角的计算：利用CUP直接对a角进行计算是较费时的，为了减少由于计算而引起的延时，可采用查表法。只要在存储器中存放一个正弦函数表和一个反余弦函数表，Rabbit2000根据需要的输出频率和电压调制系数，实时进行查表，查出相应的a值(延时常数)，与相应的正反组使能信号L1,L2相或后送给对应脉冲形成电路，然后再经脉冲通道去触发相应的晶闸管.4.3同步计数器：同步计数器计数值C=f0*18的整数部分（1）f其中f:电源频率，单位Hz，本文中电源为工频电，50Hz0f:电机所需输出频率,单位HzC的物理意义为一个电源周期内发的脉冲数。假如本电源周期内所需输出频率为4Hz,则由公

10、式（1）可得:（50/4）*18=225，即在一个电源周期内要发225个脉冲。试验结果:nIlf!IIIHCiBillIIWill余號交占祛产生的触发腺冲输出戢电比图5实验结果仿真fig5experimentsresultsimulation在实验仿真中，所用负载为三相异步电机，额定功率为200kw，输出频率为5Hz时，输入频率为50Hz，图5即为一个周期内的仿真图形。由仿真结果可知，输出相电压和输出相电流都很好的按正弦规律变化，电动机谐波损耗小，转矩脉动也很小。6结束语将嵌入式系统应用于交交变频器中，作为交交变频器的控制核心。其强大的控制功能，广泛的软件支持，丰富的硬件资源，不仅提高了开发的

11、可靠性和效率，而且大大减小了系统的体积，提高了快速性，实时性。实验结果表明，嵌入式系统op7200完全胜任了交交变频器这种复杂数字控制系统控制核心的任务，完成了高精度的控制。本文作者创新点：1）采用嵌入式系统OP7200作为交交变频器控制核心。OP7200能提供可靠的I/O、内嵌以太网、A/D模拟输入和触摸屏的终端。它将许多由板卡完成的任务集成在了系统内部。Op7200编程使用DynamicC开发系统。此开发系统支持标准c语言嵌入，汇编语言嵌入，还可以嵌入到汇编语言中，包括了广泛的库函数和例程，以及无版税带源代码的TCP/IP协议栈，提高了开发的可靠性和效率。2）传统的零电流信号通过电流实际值

12、信号与一个基准值比较获得，灵敏度低，无环流“死时”长达5ms。而本文采用光电零电流检测装置这一方案，光耦具有反应快，灵敏度高等特点，使得无环流“死时”减小至1ms左右。3）将测量晶闸管管压降同传统的单相交交变频器触发顺序相结合，巧妙地解决了触发脉冲选相定管的问题，实现了数字触发器。参考文献:1马立华，一种低成本小功率变频器的设计，微计算机信息,2006年，03S期,166页.2易灵芝.基于87C196KC的数字式三相交一交变频电源装置,20023王良，王文文.交交变频器及其单片机控制系统.北方交通大学学报，19984马小亮，大功率交-交变频器调速及矢量控制技术，机械工业出版社，20045顾新圆

13、,丁云峰,李岚.正弦波交交变频调速系统的研究.机械工业出版社,1993作者简介：房玉明(1981-),男(汉族),山东肥城人，青岛科技大学在读硕士研究生。主要从事控制理论与控制工程领域的研究.杭柏林(1959-),男(汉族)，内蒙古通辽人，青岛科技大学教授，青岛高校软控有限公司研究员，1995年赴日本研修，主要从事机电一体化研究。Biography:Fangyuming(1981-),male(theHannationality),inFeicheng,Shandongprovince,beagraduatestudentinQingdaoUniversityofScienceandTechnology.Major:Controltheoryandcontrolproject.Ha