电机交流调速系统设计

用单片机控制的电机交流调速系统设计用单片机控制的电机交流调速系统设计#图18CD4527引脚图8253是可编程序定时/计数器，片内具有3个独立的16位计数器通道，每个通道有6种工作方式。关于8253引脚功能、工作方式等这里不再赘述。本系统中，设定0、1、2通道工作在方式3（方波信号发生器），用比例分频的输出分别作为0、1通道的计数时钟信号，对'f,v进行整数位分频，产生FCT、VCT两路时钟信号。0、1通道的计数值即位整数分频系数，由CPU通过执行几条输出指令置入。2通道用来产生RCT、OCT时钟信号RCT、OCT共用一路时钟信号，且频率固定。因fRCT280fc（max）取fc（max）1KHz，贝UfRCT280KHZ。时钟①的频率为2MHz，故RCT可由时钟①经7分频来获得，故置通道计数值为7。由于整数分频和小数分频分开进行，所以需将分频系数Pf,Pv分别分解为纯整数Zf,Zv和纯小数Xf,Xv两部分，整数部分Zf,Zv送8253的0、1通道作为计数值，小数部分Xf,Xv送比例分频器CD4527作为比例分频系数。Zf,乙,Xf,Xv与Uf1关系如下:84000+630W片€4005.95 t；,,>400对应Uf1的一个值，（Zf,Xf）,（Zv,Xv）有多组取值。考虑到由于硬件的限制,Xf,Xv只能取小数点后两位这一条件，Zf与Xf，Zv与Xv必定有一最佳组合。基于这一想法，取使（[Xf]168Uf12*1060）的绝对值趋于最小，且Zf为偶数的一组值Zf,Xf和2*106使［Z?84000*63^的绝对值也趋于最小，且zf为偶数的一组值Zv,Xv,（［Xf］,［Xv］为两位纯小数）。这种寻优法的计算法的计算量工作量较大， 难以实时完成。本系统中采用查表的方法获得Zf,Xf,Zv,Xv。用高级语言程序离线生成（Zf,Xf）Ufi和（zv,xv）Ufi两个表格，存入内存。系统运行时，根据求得的频率指令信号Ufi，查表获得对应的分频系数Zf,Xf,Zv,Xv，然后将它们送到相应的比例分频器和8253的0、1通道，8253的0、1通道便会产生相应频率的方波信号输出，这样就完成了二进制码到方波信号的变换。 比例乘法器CD4527不能直接与CPU连接，系统中可扩展一片8255,用它作为二路比例乘法器与CPU的接口。8253定时/计数器则直接与CPU连接。4.4.3 光电隔离及驱动电路设计HEF4752输出的PWM控制信号功率很小，无法直接驱动GTR，要经过脉冲功率放大才能驱动GTR，脉冲功率放大电路选用模块EX359。该模块是一个带有光隔离的功率放大电路，其电源电压为12V，输入信号4:5V，输出电压1.6V（对应GTR导通）和-2V（对应GTR关断），工作频率为2:5KHz，可驱动50A以下的逆变器，其内部电路如图19所示。图19EX359驱动模块内部结构444故障检测及保护电路设计故障检测及保护电路如图20所示，该电路采用电阻取样的电压、电流保护电路，通过调节电位器RP1、RP2来设定最大的允许电压、电流值。电路中C1、C2接8255的C口中的PC2、PC3,O端接HEF4752的L控制端。这样保护电路可通过门1输出控制信号的封锁HEF4752输出的PWM控制信号，断开主回路电源。A1、A2接8255的C口中的PC4、PC5,通过PC4、PC5输入故障信号，用以检测故障类型。+5VClAT.XRESETA-,图20过电流，过电压保护电路445模拟量输入通道的设计i討锁PWM信号W电平有效）由于本次设计中选用的MCS-51单片机没有模数转换器所以需要在外部电路中加上模数转换电路。经过考虑选用的是 ADC0808芯片。它能完成8路模拟量的转换，为了削弱反馈信号中的交流分量，在需在反馈信号输入前加一RC滤波电路，取R10K ，C0.47uF，对应的时间常数为0.005S。4.5系统软件的设计4.5.1 程序框图及其介绍（1） 系统主程序主程序框图如图21所示。先进行芯片初始化，然后，清系统工作区,开放8051外部中断，启动软件定时器10ms（采样周期）。所以，系统初始化完毕，进入控制循环：显示转速-中断服务（Un,Un和UsM,PI运算，查表求出Zf,Xf,Zv,Xv）7可逆切换程序7输出控制量7显示转速。CUD.Chl.cu1Ajth 却切miHsMUt.A.Eirrtflih,匚助州I人.仪怡出nfHTJjv 1 动怙号、aA.11确的时甘4〜腔53011.图21系统主程序框图(2)转速调节程序转速调节程序即为软件定时器0的中断服务程序，其程序框图如图22所示。在转速调节程序中，完成转速、U在转速调节程序中，完成转速、UsM的采样，进行PI运算，求出频率指令信号Ufi，然后查表求得分频系数Zf,Xf,Zv,Xv。(3)增量式PI运算子程序增量式PI运算子程序框图如图23所示，它包括按图所示控制曲线计算转差频率增量Us(K),由Us(K)求出转差频率控制量Us(K)，再由Us(K)求出频率指令信号Ufi(K)。

图22转速调节程序框图可逆切换程序可逆切换程序由停车控制和可逆切换控制两部分组成，其程序框图如图 24所示。系统的停车与工作由工作/停车控制开关控制，其开关状态由PC6输入。在可逆切换程序中，先对PC6进行判断。若PC6=0,表示命令停车，这时接下来判断转速是否为0。若不为0,则经PC2输出“T电平，使HEF4752的L端为0,封锁其输出信号，使逆变器输出为0,电动机转速下降。当转速已降到0时，经PC3输出“1”电平信号，切换主回路电源，然后显示停车标志“0000”。若PC6=1,则表示继续工作，于是转去检测正/反开关状态，进入可逆切换部分。电动机的转向由正/反控制开关控制，其开关状态由PC7输入。现以正转到反转为例说图23增量式PI运算子程序框图明切换过程。当正/反转开关由“正”转到转，接下来判断当前转向是正（CW=1明切换过程。当正/反转开关由“正”转到转，接下来判断当前转向是正（CW=1）“反”时，PC7输入0电平，表示反还是反（CW=0），若转向为正，表示与给定转向不一致，需进行切换，于是经为0,封锁其输出信号，使逆变器输出为PC2输出1电平，使HEF4752的L端0，电动机转速下降。然后判断电动机转速是否为0。当转速未降到0时，不开放L端，电动机转速继续下降。一旦转速降到0,则经PC1输出0电平至CW端，经PC2输出0电平，开放L端，于是HEF4752输出相序为U、W、V的PWM控制信号，逆变器重新开始工作,输出相序为U、W、V，使电动机反向启动，至此，切换过程结束。从反转到正转的切换过程与上述过程相仿，不再赘述。甘镀P1VM暗号ttiJt信号显帛停卡懈志tDOWV开放RWMttiJt信号显帛停卡懈志tDOWV开放RWM肓号(IfPC寸时额P怙TM信号开曲PW丽信号图24可逆切换程序故障处理程序故障处理程序即为8051外部中断服务程序，其程序框图如图25所示。

图25故障处理程序4.5.2部分子程序对于0809的编程，采用软件延时的方法Main:MOVR1,#DATAMOVDPTR,#7FF8HMOVR7,#08HLOOP:MOVX@DPTR,AMOVR6,#0AHDLAY:NOPNOPNOPDJNZR6,DLAYMOVXA,@DPTRMOV@R1,AINCDPTRINCR1DJNZR7,L0OP对于8253编程，计数器工作在方式3MOVDPTR,#7FFFHMOVA,0B6HMOVX@DPTR,AMOVDPTR,#7FFFHMOVA,#32HMOVX@DPTR,ACLRAMOVX@DPTR,A对于8255编程。工作在方式0,A口作为输入，B，C口作为输出。MOVA,#90HMOVDPTR,#0FF7FHMOVX@DPTR,AMOVDPTR,#0FF7CHMOVXA,@DPTRMOVDPTR,#0FF7DHMOVA,#DATA1MOVX@DPTR,#0FF7EHMOVA,#DATA2MOVX@DPTR,A5结束语毕业设计是学生综合学习的一个难得的机会，同时它也是检验这几年学习水平的一个机会。在设计中涉及到的知识面很广，它需要我们查阅大量的资料，从中吸取对设计有帮助的东西来达到一个优化的目的。 在设计过程中肯定有我们以前没有学习过的新知识需要我们自学，这就需要耐心，需要刻苦的钻研和推敲,特别是对于各部分的衔接是经过论证后得出的。通过毕业设计，真正的学习到了不少东西，特别是对于自己动脑思考问题,动手解决问题的能力无疑是上了一个台阶，让自己知道了从事技术方面的学生扎实的基本功是必不可少的，对于创新能力的培养和加强得引起高度的重视， 光课堂的学习是不够的，通过自学是提高的一个途径，能够将所学到的知识和自学的新知识柔和在一起已证明了我们具有一定的能力。当然了，方案肯定能再次得到优化，这是以后在工作中需要考虑的问题。参考文献王晓明.电气传动的微机控制.北京：北京航空航天大学出版社，1999张毅刚彭喜元.MCS-51单片机应用设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2001黄俊.电力电子技术.北京：机械工业出版社，1997天津电气传动设计研究所.电气传动自动化手册.天津，2001致谢作者在研究学习和课题设计期间，经唐宇老师的悉心指导和耐心启发，学习到了设计课题的基本方法，具备了将一定的理论知识用于实践的能力，提高了自学水平，基本上达到的学以致用。唐老师