一種實(shí)用數(shù)字變頻控制器的設(shè)計(jì)

0 引言

本文介紹一種基于C2051 的全數(shù)字變頻控制器，它可以根據(jù)外界環(huán)境的變化(如壓力、溫度、輸入電壓和人為地設(shè)定等)，自適應(yīng)地改變輸出電源頻率，達(dá)到自適應(yīng)對(duì)電機(jī)調(diào)速的目的。在控制算法中，采用模糊理論，設(shè)定隸屬函數(shù)，求出控制輸入的隸屬度，并進(jìn)行模糊規(guī)則判斷，得出模糊的控制輸出。然后進(jìn)行模糊量的計(jì)算，得出精確的控制輸出，達(dá)到控制運(yùn)行頻率的目的。經(jīng)過(guò)試運(yùn)行表明，自適應(yīng)能力強(qiáng)，電路簡(jiǎn)單，特別適合于低壓帶負(fù)荷啟動(dòng)困難的邊遠(yuǎn)地區(qū)用戶。

1 變頻控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

下面，以1.5 kW輸出功率的變頻控制器為例進(jìn)行介紹，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。逆變器采用三菱IPM模塊PM20CTM060，本身具有控制電源欠壓鎖定、過(guò)熱保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、短路保護(hù)，一旦保護(hù)動(dòng)作，送出一個(gè)故障信號(hào)(F0)。運(yùn)算控制單元采用ATMEL 公司的89C2051 高性能價(jià)格比單片機(jī) [1]，該單片機(jī)采用80C31內(nèi)核指令系統(tǒng)，內(nèi)含2KB Flash

用戶存儲(chǔ)器，編程較為方便。AT89C2051引腳如圖2所示。

該系統(tǒng)的工作原理如下：外部模擬量(溫度、電壓、界面設(shè)定等)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入89C2051，經(jīng)運(yùn)算處理后，求得運(yùn)行頻率，然后轉(zhuǎn)換成預(yù)置分頻器的倍數(shù)，控制尋址計(jì)數(shù)器IC4 輸入脈沖的頻率fc，從而控制27512已存波形數(shù)據(jù)的輸出速度，達(dá)到變頻的目的。27512的低11位地址(A0耀A10)由計(jì)數(shù)器尋址，控制具有一定調(diào)制度M 的SPWM 波形輸出。高5 位地址(A11 耀A15)由89C2051直接尋址。控制具有不同M的SPWM波形。

因此可選擇32種不同調(diào)制度的波形。系統(tǒng)的工作狀態(tài)及環(huán)境參數(shù)均可由顯示單元分類顯示。整個(gè)顯示部分由89C2051的RXD、TXD控制。

由于PM20CTM060 功率模塊內(nèi)含驅(qū)動(dòng)單元，故只須光耦隔離，就可以用數(shù)字電路進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。

2 控制器電路設(shè)計(jì)

如圖3所示，其中SPWM波形存于27512中。圖中211個(gè)8 位字節(jié)存儲(chǔ)一個(gè)具有固定調(diào)制度的SP原WM波形。由于SPWM 的對(duì)稱性，211位只存一個(gè)周期的1/2，具體分配方法是每個(gè)字節(jié)的0、1、2 三位存放三相SPWM 的0耀仔中的數(shù)值。3、4、5 三位存放仔耀2仔中的數(shù)值。對(duì)應(yīng)的尋址方法是IC4由0開(kāi)始計(jì)數(shù)，IC17相應(yīng)的1Y1、1Y2、1Y3輸出0耀仔波形。當(dāng)211

位計(jì)滿后，半個(gè)周期輸出完畢，再計(jì)一次數(shù)時(shí)，IC4的Q12輸出為1，經(jīng)反向器驅(qū)動(dòng)IC17的2Y1，2Y2，2Y3輸出。這時(shí)，存于27512各字節(jié)中檔的第3，4，5位的數(shù)據(jù)開(kāi)始輸出，從而產(chǎn)生SPWM的后半周期。這樣反復(fù)循環(huán)，就可輸出一個(gè)具有固定頻率、固定調(diào)制度的波形。一個(gè)完整的SPWM波形共由4 096個(gè)脈沖組成。