一種實(shí)用數字變頻控制器的設計

0 引言

本文介紹一種基于C2051 的全數字變頻控制器，它可以根據外界環(huán)境的變化(如壓力、溫度、輸入電壓和人為地設定等)，自適應地改變輸出電源頻率，達到自適應對電機調速的目的。在控制算法中，采用模糊理論，設定隸屬函數，求出控制輸入的隸屬度，并進(jìn)行模糊規則判斷，得出模糊的控制輸出。然后進(jìn)行模糊量的計算，得出精確的控制輸出，達到控制運行頻率的目的。經(jīng)過(guò)試運行表明，自適應能力強，電路簡(jiǎn)單，特別適合于低壓帶負荷啟動(dòng)困難的邊遠地區用戶(hù)。

1 變頻控制器系統結構原理

下面，以1.5 kW輸出功率的變頻控制器為例進(jìn)行介紹，該系統結構如圖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、過(guò)流保護、短路保護，一旦保護動(dòng)作，送出一個(gè)故障信號(F0)。運算控制單元采用ATMEL 公司的89C2051 高性能價(jià)格比單片機 [1]，該單片機采用80C31內核指令系統，內含2KB Flash

用戶(hù)存儲器，編程較為方便。AT89C2051引腳如圖2所示。

該系統的工作原理如下：外部模擬量(溫度、電壓、界面設定等)經(jīng)A/D轉換后送入89C2051，經(jīng)運算處理后，求得運行頻率，然后轉換成預置分頻器的倍數，控制尋址計數器IC4 輸入脈沖的頻率fc，從而控制27512已存波形數據的輸出速度，達到變頻的目的。27512的低11位地址(A0耀A10)由計數器尋址，控制具有一定調制度M 的SPWM 波形輸出。高5 位地址(A11 耀A15)由89C2051直接尋址?？刂凭哂胁煌琈的SPWM波形。

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

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

2 控制器電路設計

如圖3所示，其中SPWM波形存于27512中。圖中211個(gè)8 位字節存儲一個(gè)具有固定調制度的SP原WM波形。由于SPWM 的對稱(chēng)性，211位只存一個(gè)周期的1/2，具體分配方法是每個(gè)字節的0、1、2 三位存放三相SPWM 的0耀仔中的數值。3、4、5 三位存放仔耀2仔中的數值。對應的尋址方法是IC4由0開(kāi)始計數，IC17相應的1Y1、1Y2、1Y3輸出0耀仔波形。當211

位計滿(mǎn)后，半個(gè)周期輸出完畢，再計一次數時(shí)，IC4的Q12輸出為1，經(jīng)反向器驅動(dòng)IC17的2Y1，2Y2，2Y3輸出。這時(shí)，存于27512各字節中檔的第3，4，5位的數據開(kāi)始輸出，從而產(chǎn)生SPWM的后半周期。這樣反復循環(huán)，就可輸出一個(gè)具有固定頻率、固定調制度的波形。一個(gè)完整的SPWM波形共由4 096個(gè)脈沖組成。