【正文】 器計(jì)算負(fù)荷重。圖51 規(guī)則采樣法說(shuō)明取三角波兩個(gè)正峰值之間為一個(gè)采樣周期Tc，使每個(gè)脈沖的中點(diǎn)都以相應(yīng)的三角波中點(diǎn)（即負(fù)峰點(diǎn)）為對(duì)稱?？紤]到LS052A微控制器的實(shí)時(shí)性，數(shù)據(jù)處理有幾個(gè)技巧，其一，將正弦值先用Excel計(jì)算出來(lái)，再算出來(lái)某一相的比較值存儲(chǔ)在ROM中，計(jì)算的時(shí)候，只要查表并作簡(jiǎn)單計(jì)算即可，部分正弦表及比較值如表51所示，其中載波比分別取6321。從開(kāi)關(guān)器件來(lái)看，在半周期內(nèi)，同一相橋臂的上下兩個(gè)MOS管，其中一個(gè)一直導(dǎo)通，另一個(gè)導(dǎo)通或關(guān)斷。原因有以下幾點(diǎn)：其一，單極性調(diào)制方式雖然程序?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單，但其輸出正弦波不及雙極性調(diào)制平滑，即雙極性調(diào)制輸出正弦波與理論輸出正弦波失真度較小。在載波比為6時(shí)，圖54顯示調(diào)制信號(hào)頻率變化時(shí)半周期內(nèi)的載波信號(hào)個(gè)數(shù)沒(méi)有發(fā)生變化。如圖55所示，在調(diào)制信號(hào)頻率變化時(shí)，載波信號(hào)的頻率沒(méi)有變化，但在半個(gè)調(diào)制周期內(nèi)的個(gè)數(shù)變化了。 圖55 非同步調(diào)制中波形比較圖還有一種分段同步調(diào)制的方法，即在不同的頻率段采用固定的載波比。分段同步調(diào)制在程序?qū)崿F(xiàn)上比同步調(diào)制稍微復(fù)雜。硬件方面載波頻率由MOS管的開(kāi)關(guān)特性限制，它不可能做的很高；軟件方面中斷中修改占空比及周期的速度就越快，受單片機(jī)計(jì)算速度的限制，頻率也不能太高。這樣，在輸出頻率較低時(shí)，由同步調(diào)制引起的低頻諧波的影響降到最小。主程序以循環(huán)結(jié)構(gòu)運(yùn)行，并等特中斷。另外，定時(shí)器的開(kāi)啟計(jì)數(shù)命令應(yīng)當(dāng)放在初始化程序的最后一行。本次設(shè)計(jì)中取M=4，P=3，f=，可得死區(qū)時(shí)間大約為540ns。這樣才能做到有的放矢，以最高的效率調(diào)通電路板。如此進(jìn)行直到調(diào)試好這個(gè)模塊為止。軟件調(diào)試是個(gè)重復(fù)檢查的過(guò)程，花費(fèi)的時(shí)間也多，限于篇幅，此處不一一列舉。電機(jī)是阻感負(fù)載，不需要要濾波，可直接接在逆變器輸出端。測(cè)試結(jié)果說(shuō)明，此次設(shè)計(jì)能夠平滑啟動(dòng)電機(jī)，順利將電機(jī)遷入同步運(yùn)行狀態(tài)。（a）單片機(jī)管腳輸出波形 （b）單片機(jī)管腳輸出濾波后波形圖66 單片機(jī)輸出SPWM波形如圖67所示是：（a）低頻時(shí)N=63，（b）低頻時(shí)N=63單片機(jī)發(fā)出的SPWM波形仿真。如圖69所示是：（a）高頻頻時(shí)N=21單片機(jī)發(fā)出的實(shí)際波形，（b）N=21時(shí)單片機(jī)發(fā)出的SPWM波形仿真。圖611 反電動(dòng)勢(shì)波形無(wú)刷直流電機(jī)是永磁同步電機(jī)的一種，其反電動(dòng)勢(shì)波形是梯形波，但是對(duì)于小功率無(wú)刷之流電機(jī)來(lái)說(shuō)，其反電動(dòng)勢(shì)波形接近正弦波，從而可以采用同步電機(jī)的變壓變頻控制，此次實(shí)驗(yàn)波形正好驗(yàn)證了這一點(diǎn)。系統(tǒng)具有如下技術(shù)指標(biāo)：(1) 啟動(dòng)時(shí)間：系統(tǒng)能在5s之內(nèi)快速升速至3000轉(zhuǎn)每分，并保持最高速運(yùn)行。U/F曲線可調(diào)節(jié)以適應(yīng)不同負(fù)載。 設(shè)計(jì)展望鑒于時(shí)間、經(jīng)費(fèi)和個(gè)人能力等多方面局限性，本設(shè)計(jì)難免存在一些不足，下面對(duì)這些不足做些說(shuō)明。(3) 本次設(shè)計(jì)的最高頻率是200Hz， 然而要進(jìn)一步提高電機(jī)轉(zhuǎn)速，提高頻率是必須解決的問(wèn)題，根據(jù)本次設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提高頻率有兩種方法，硬件方面，提高晶振頻率以縮短計(jì)算時(shí)間，LS單片機(jī)最高可支持40M晶振頻率；軟件方面，由于LS單片機(jī)有三道程序并發(fā)功能，可以采用一些策略，提高單片機(jī)的運(yùn)算效率，可以提高電機(jī)的轉(zhuǎn)速。xxx老師著重培養(yǎng)啟發(fā)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，自己解決問(wèn)題的思維方式和能力，xxx老師的這種方法雖然讓我走了很多彎路，但是實(shí)踐證明，這種方法更能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，更能鍛煉學(xué)生獨(dú)立完成科研項(xiàng)目的能力。附錄1 整體電路圖附錄2 部分源程序/**************************************************************三道并發(fā)程序之第一道程序功能：并行計(jì)算全比較單元比較值的高位 以縮短比較值得計(jì)算時(shí)間，獲得較好 的實(shí)時(shí)性 **************************************************************/void LP1_main(void) // 第 1 道程序的入口函數(shù){ while(1) {// P1_0=0。 } else if(Fr=150) { //計(jì)算全比較單元的比較值 tmp1_cmph=(uint)(1000/Fr*tmpA100_cmp[point])8。 tmp2_cmph=(uint)(2000/Fr*tmpB200_cmp[point])8。 //測(cè)量時(shí)間基準(zhǔn) sf1set()。0xff。0xff。0xff。0xff。// 置同步標(biāo)志 2 為 1 // 另：這句包含自動(dòng)翻頁(yè)和自動(dòng)恢復(fù)頁(yè)碼 }}。0xff。0xff。0xff。0xff。0xff。 } num++。 tmp3_cmph=(uint)(1000/Fr*tmpC100_cmp[point])8。 tmp2_cmph=(uint)(500/Fr*tmpB50_cmp[point])8。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我要特別感謝xxx公司的辛經(jīng)理及同事們，在繪制原理圖和PCB設(shè)計(jì)的過(guò)程中，辛經(jīng)理和同事們對(duì)我提出了許多中肯的意見(jiàn)，最后的制板也是在辛經(jīng)理的直接幫助下完成的。在后期研究當(dāng)中可以采用算法優(yōu)化濾去高次諧波，以減少電機(jī)的發(fā)熱量。(2) 本設(shè)計(jì)為速度開(kāi)環(huán)控制，如果能采用轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，則能獲得更好的調(diào)速精度和更強(qiáng)的帶載能力。(4) 輸出電流：2A(5) 輸出功率：24W。輸出頻率最大值可以根據(jù)實(shí)際情況加大，但由于單片機(jī)運(yùn)算速度有限，要增加最高頻率必須采取其他措施。第7章 結(jié)論與展望 設(shè)計(jì)結(jié)論本設(shè)計(jì)在理論基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)踐，設(shè)計(jì)了一種基于LS052AX單片機(jī)的SPWM電壓源型變頻器，用以控制電機(jī)的開(kāi)環(huán)啟動(dòng)。c. 死區(qū)波形本次設(shè)計(jì)采用的是雙極性調(diào)制，為防止MOS管同一橋臂同時(shí)導(dǎo)通，本次設(shè)計(jì)加入死區(qū)時(shí)間，理論設(shè)計(jì)死區(qū)時(shí)間為542ns，如圖610所示，從實(shí)際輸出波形看來(lái)，實(shí)際輸出波形符合理論設(shè)計(jì)，且沒(méi)有影響逆變器電壓輸出。如圖68所示是：（a）中頻時(shí)N=33單片機(jī)發(fā)出的實(shí)際波形，（b）中頻時(shí)N=33單片機(jī)發(fā)出的SPWM波形仿真。如圖63（a）所示，當(dāng)頻率比較低時(shí)，載波比N=63時(shí)逆變電路輸出電壓波形，（b）為此時(shí)的仿真波形（a）N=63低頻時(shí)你變輸出電壓波形 （b）仿真波形圖63 逆變輸出電壓波形（a）中頻時(shí)N=33輸出電壓波形 （b）中頻時(shí)輸出電壓波形仿真圖64 中頻時(shí)輸出電壓波形（c）高頻時(shí)輸出電壓波形 （d）輸出電壓仿真波形圖65 逆變電路輸出電壓波形從輸出波形中可以看出，無(wú)論是低頻、中頻還是高頻，輸出電壓都能很好的保持“品”字波形而沒(méi)有變形，與仿真波形一致，并且兩相電壓相差120度，相位也沒(méi)有問(wèn)題。由于本系統(tǒng)采用了分段同步調(diào)制，電機(jī)的啟動(dòng)過(guò)程相對(duì)平滑，由于沒(méi)有初始定相，電機(jī)在最開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)可能會(huì)有點(diǎn)抖動(dòng)，之后啟動(dòng)平滑轉(zhuǎn)速迅速升高至最高速，順利遷入同步運(yùn)行。圖61程序編譯結(jié)果 系統(tǒng)測(cè)試結(jié)果 電路板接上電機(jī)測(cè)試結(jié)果本次設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)基于LS單片機(jī)的變頻器。在不斷的調(diào)試過(guò)程中，我總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)：軟件調(diào)試可以采用跟硬件調(diào)試相同的方法，分模塊調(diào)試，針對(duì)軟件當(dāng)中的某一個(gè)具體功能單個(gè)調(diào)試。以電源模塊為例進(jìn)行說(shuō)明。如圖57所示為中斷服務(wù)程序的流程圖。 死區(qū)單元的配置死區(qū)單元主要用與控制每個(gè)比較單元相關(guān)的2路PWM輸出不在同一事件內(nèi)發(fā)生，從而保證了所控制的一對(duì)正向和負(fù)向設(shè)備在任何情況下不同時(shí)導(dǎo)通。a. 定時(shí)器的計(jì)數(shù)方式本次設(shè)計(jì)定時(shí)器的計(jì)數(shù)方式是增減技術(shù)方式，在這種方式下，通過(guò)全比較單元可以很容易實(shí)現(xiàn)對(duì)稱PWM波形的生成，并且，在這種計(jì)數(shù)方式下，相同周期下寄存器賦值可減小一半。從主流程圖中可以看出，軟件部分的主要任務(wù)是按恒壓頻比控制方式生成SPWM波。另外，為了使輸出一相波形正負(fù)半周嚴(yán)格對(duì)稱，載波比還應(yīng)滿足3的整數(shù)倍且為奇數(shù)。載波比既不能太高，也不能太低。綜合以上考慮，本次設(shè)計(jì)采用分段同步調(diào)制。然后，由于正負(fù)半周會(huì)出現(xiàn)不對(duì)稱的情況，因而輸出波形會(huì)出現(xiàn)偶次諧波。而高次諧波會(huì)在電機(jī)上產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)和噪聲。b. 同步調(diào)制和異步調(diào)制根據(jù)載波信號(hào)三角波和調(diào)制信號(hào)正弦波Ur的頻率關(guān)系，又可將SPWM調(diào)制方式分為同步調(diào)制和異步調(diào)制兩種方式。這種調(diào)制方式下，同一相橋臂的上下兩個(gè)MOS管輪流開(kāi)通關(guān)斷。表51 部分正弦表及比較值 調(diào)制方式選擇a. 單極性和雙極性SPWM調(diào)制方式可分為單極性調(diào)制方式和雙極性調(diào)制方式兩種。可以看出，用這種規(guī)則采樣法得到的脈沖寬度δ和用自然采樣法得到的脈沖寬度非常接近。(2) 規(guī)則采樣法規(guī)則采樣法是一種應(yīng)用較廣的工程實(shí)用方法，其效果接近自然采樣法，但計(jì)算量卻比自然采樣法小得多。當(dāng)調(diào)制波幅值大于載波三角波的幅值時(shí)，MOS管開(kāi)通；當(dāng)調(diào)制波幅值小于載波三角波的幅值，MOS管關(guān)斷。由于控制器的發(fā)展很快，其運(yùn)算速度不斷提高，使得生成SPWM波形變得比較容易，因此，軟件生成法也就被主泛應(yīng)用到實(shí)際中。該芯片不需要控制器配合就可以產(chǎn)生SPWM。其一，可以用分立元件搭建。SPWM調(diào)制技術(shù)的思想是：采用等腰三角波作為載波信號(hào)，用正弦波作為調(diào)制信號(hào)。第二部分是是針對(duì)中斷當(dāng)中能實(shí)時(shí)修改占空比和周期所研究的一些策略，硬件方面提高晶振頻率以縮短機(jī)器周期，軟件方面采用分段同步調(diào)制的方法解決了實(shí)時(shí)性的問(wèn)題。第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的軟件部分設(shè)計(jì)分模塊進(jìn)化設(shè)計(jì)，這樣以模塊化的思想節(jié)省開(kāi)發(fā)時(shí)間，減小了軟件調(diào)試的工作量。V；邏輯電源范圍5～20V，且邏輯電源地和功率地之間允許+5V的偏移量；獨(dú)立的低端和高端輸入通道。電源模塊部分電路圖如42所示：圖42 電源模塊電路圖 單片機(jī)控制模塊單片機(jī)控制模塊主要應(yīng)用了LS0T52AX的全比較單元模塊，生成6路PWM波形（P20P25）作為驅(qū)動(dòng)電路的輸入。兩種方法都能很好生成SPWM波形，只是規(guī)則采樣法精度比自然采樣法稍遜，但是對(duì)于單片機(jī)來(lái)說(shuō)，規(guī)則采樣法的計(jì)算速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于自然采樣法的計(jì)算速度，這是因?yàn)樽匀徊蓸臃ㄔ谇蠼獾倪^(guò)程中需要解出超越方程的根。