【導讀】方法及軟硬件設計，完成系統(tǒng)的軟硬件設計。要求完成內容主要有：1、變頻調速技。術基本原理2、變頻調速基本原理3、控制方案確定4、軟件與硬件設計。機時，它的控制電路復雜，系統(tǒng)的效率較低。交流異步電動機的變頻調速，實際中多采用脈沖寬度調制，完。成調頻和調壓兩種功能。用單片機實現(xiàn)來控制可使調節(jié)靈活，電路簡化。本設計采用的MCS51系列的單片微機控制PWM。精度低，可靠性差，因而限制了這種系統(tǒng)的應用。與上述傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具。以單片機8031CPU為核心的全數(shù)字控制．電路簡單，調整迅速，進

　　

【正文】 過計算機的通用串行總線 (USB)接口與 8051 芯片 的串行通訊接口 (SCI)相連。 鍵盤輸入和輸出顯示是人機接口的主要部分，是操作人員對電動機進行控制和顯示系統(tǒng)運行狀況的主要途徑。本地操作人員可根據(jù)負載情況通過按鍵來選擇不同的 U/f 曲線，設定電動機的期望轉速以及控制電機的正轉、反轉、啟動、停止等操作。本系統(tǒng)的鍵盤部分包括正轉、反轉、啟動、停止、上升、下降以及功能鍵等七 種 按鍵。 所有按鍵經(jīng)可編程邏輯器件 GAL16V8 處理后輸出四路信號，其中一路給了 8051 芯片 的外部中斷 1 引腳，當有按鍵按下時，將產(chǎn)生一個下降沿送給該引腳，告訴 8051 芯片 外部有一個按鍵按下，應對其進行相應的處理；其余三路信號給了 8051 芯片 的三個通用 I/O 口，通過編碼設定的方法給每一個按鍵分配一個獨立的代碼，以便于 8051 芯片 分辨用戶按下了哪個按鍵，不致于引起誤操作。 第 五 章 系統(tǒng)的軟件設 計 單片機控制系統(tǒng)軟件設計的總體方案是：在運行中，為使調速系統(tǒng)安全可靠地工作，采取了啟動前故障檢測和啟動以后繼續(xù)進行監(jiān)視與檢測 。在軟件設計上，采取啟動 /運行雙循環(huán)檢測、控制方案；故障的檢測與保護主要是利用了中斷方式對連續(xù)故障與極限故障進行監(jiān)視；頻率控制的方法： ADC0809 將得到頻率設定的數(shù)字量輸送給 8051，則 8051 以該數(shù)量作為地址指針，對預先設置在內存儲器中的電壓頻率函數(shù)表進行查表，計算求出 8253 中 0通道和 1通道的分頻值，從中得到相應的時鐘頻率信號且通過 F/V 函數(shù)表的設置保證了輸出壓 /頻比為線性關系，為防止頻率突變對系統(tǒng)造成損壞， 8051 根據(jù)所設置的升降頻繁控制進行頻率變化，軟件規(guī)定：頻率穩(wěn)定后， 8253 的輸出狀態(tài)不變 ， 8051 只從事系統(tǒng)的檢測，保護和顯示等管理工作。這個循環(huán)主要是完成逆變器啟動前對主電路電流、電壓正常與否的檢測，只有在一切正常時，才能發(fā)出允許啟動標志，并查詢外輸入狀態(tài)。運行控制循環(huán)，主要完成轉速和故障監(jiān)控及顯示， 8051 在初始化后置 PC2為 1，低電流繼電器得電、接觸器吸合，使主電路與電源接通。并不斷測量電壓，當電壓整流輸出不穩(wěn)態(tài)值時，電阻 R 串接在電路中，從而可減少合閘瞬時主電路中出現(xiàn)的大電流沖擊；當電壓整流輸出穩(wěn)態(tài)值時，使 PC3為 1，使得 KM 得電吸合，短接電阻 R。 單片機程序設計 其程序主要包括 主程序 ， PID計算子程序和中斷處理程序。 (1)程序主要完成各接口芯片的初始化 ， 給相應的內存單元賦初值。 (2)INT0中斷程序該程序主要用于啟動定時器。當交流電壓信號由負到正，過零時 ， 外部響應中斷 ， 執(zhí)行 INT0中斷服務程序 ， 啟動 T0計數(shù)。 T0中斷程序該程序用于控制整流電路中可控硅晶閘管的移相角 α變化由于整流電路的整流輸出電壓 V0=(α≤60)， 所以改變 α可改變直流電壓的大小。 T1中斷程序該程序主要通過控制逆變電路中可控硅晶閘管的導通、關斷時間 ， 從而改變交流電源的頻率。因此 ， 這個程序依據(jù) PID算法的結果直接關系到供給電動機的電源頻率的大小。 (3)于設置 T0初始值的問題：在實際運用中 ， 給 T0一個初始值 ， 使得當 T0在溢出時 ， CPU通過 VG1讓 VT 1導通。 VG1產(chǎn)生半個周期后 ， 產(chǎn) 生 VG2， 從而 VT2導通。為了保證這一過程中時間差的實現(xiàn) ， 為 T0設定的初始值必須要符合條件 ， 即 ： 這一時間間隔在允許范圍內要盡可能小。 (4) 于修改 T1初始值的問題：變頻電源的頻率 f與 T1初始值 Xi的設定有重要的聯(lián)系 ， 因為變頻電源的頻率由壓力與給定壓力的信號差決定。同時根據(jù) PID運算結果進行運算 ， 直 到壓力與給定值相同。 圖 主程序框圖 初始化程序 初始化程序除完成 8051 的中斷源， 825 825初始化外，還需要對 8031片內 RAM 中的某些單元和 SLE4520 本身進行初始化為進行件故障檢測，設置故障位和故障計數(shù)器，初始化應清零，為實現(xiàn)可變斜率升降頻設置斜率寄存器，初始化時應放入最低斜率值， SLE4520 的初始化成對于保護系統(tǒng)完全可靠地啟動是開始 系統(tǒng) 初始化 啟動 A∕D轉換器 數(shù)字濾波 PID 運算 中斷 響應 允許 INT0 中斷 修改 T1 初值 運算結果等于給定值 必要的。 圖 初始化程序流程圖 轉速調節(jié)程序 轉速調節(jié)程序即 為軟件定時器 0 的中斷服務程序，其程序框圖如下所示在轉速調節(jié)程序中，完成給定，轉速的采樣，進行 PI 運算，求出頻率指令信號 Uf1，然后查表分頻求得系數(shù) Zf， X f ， Zv， Xv。 圖 轉速調節(jié)程序框圖 顯示中斷程序 在正常運行中，頻率的顯示是依靠定時中斷實現(xiàn)，定時器每隔一定的時間進初始化 片內 RAM 初始化 SLE4520 初始化 時間控制→ 8255， 8253， 8279 T0， T1 開中斷置時間常數(shù) 返回 開始 保護現(xiàn)場 啟動 A ∕ D 轉換器，采樣Un*.Un 調 PI子程序求頻率信 號 置命令時間常數(shù)，啟動定時器T0，定時25ms 由 Uf1 查 表 得 Xf Zf 恢復現(xiàn)場 返回 入顯示中斷服務程序。顯示主要的內容如下：停車時顯示停車標志，故障時顯示對應的故障碼，正常運行時顯示逆變輸出頻率。狀態(tài)顯示優(yōu)先次序為：故障顯示，停車顯示和 頻率顯示。正常運行時主要顯示頻率和 CPU 監(jiān)測工作運行情況。 圖 顯示中斷程序 故障中斷服務程序 主電路的過流送至 8051 并發(fā)出信號，封鎖 HEF4752V 脈沖輸出，切斷主電路電源， 8051 通過 8255 的 PC4 得到故障記憶，并置相應的故障位為“ 1”，以便進行故障碼顯示。該中斷源的優(yōu)先級最高。將八路故障輸出信號送到 8031 的 P1口，讀入 P1 口的狀態(tài)于 A 中，并 判斷，判斷時采用了循環(huán)右移位，并設置標志位 8031 是低電平，移位后，判斷 CY 是否為零，若為零則有故障并同時計數(shù)，計數(shù)值為相對應的故障值，輸出字形碼給 8279 顯示相應的故障，直到八路故障顯示完后，在重新開始檢測。設置故障標志位 CY： CY=0，有故障； CY=1，無故障。 圖 故障中斷服務程序程序 顯示子程序及鍵盤服務程序流程圖 圖 顯示子程序 圖 鍵盤服務程序 系統(tǒng)中通過鍵盤設置運行 （ RUN） ，停止 （ STOP） ，電動 （ JOG） ，復位（ RST）等功能 。 鍵盤的使用方法及有關設計說明： (1)鍵盤完成的功能為：系統(tǒng)啟動，當按下啟動鍵后，單片機才能執(zhí)行指令，程序運行。 (2)系統(tǒng)的復位，通過手動執(zhí)行中斷，程序運行結束，停止運行常用做故障檢測停機使用。 (3)能方便地對兩個模擬調節(jié)參數(shù)修改或顯示 (4)頻率顯示鍵 當按鍵 04H 鍵為 0N 時，顯示器兩位輸出頻率，低兩位顯示給定頻率 . 當按鍵 04H 鍵為 0FF 時，顯示器高兩位表示正反轉，顯示頻率表示輸出頻率 . (5)系統(tǒng)復位時，按下復位鍵后，整個系統(tǒng)停止工作 . 控制電路 控制部分是以 MCS51系列 8位單片機的典型產(chǎn)品 8051為核心 , 配以輸入輸出控制接口和相應的外圍電路組成 。 單片機完成信息的讀取、運算、傳送和控制功能。在本系統(tǒng)中用 。把INT0()做為外部中斷源的請求信號 , 用于計數(shù)器的復位。把 片機的輸出端 , 輸出信號經(jīng)驅動器電路放大 ,用于控制逆 變電路中可控硅晶閘管的通斷。從而控制電源頻率的大小。 最小脈沖問題分析 由于硬件原因，任何微控制器都不能輸出寬度無限小的脈沖，這就使得理想SPWM 脈沖序列中小于一定寬度的窄脈沖不能正常輸出，即最小脈沖問題。 對于 C8051 單片機，它的 PCA 所能輸出的最小脈沖取決于其中斷服務程序執(zhí)行的時間，所以其最小脈沖問題不容忽視。解決該問題的具體方法有： （ 1） 采用匯編語言編寫中斷服務子程序并且應用最精簡省時的指令，減小最小脈沖的寬度； （ 2） 在計算 SPWM 波脈沖寬度時，對寬度小于 PCA 所能輸出最小寬度的脈沖進行 修正，使它們的寬度為最小脈沖的寬度； （ 3） 限制調制比 M，使 SPWM 脈沖序列中不會含有過多的小脈沖。 總結 本設計是基于 C8051 系列單片機控制的交流變頻調速系統(tǒng)的設計 ,主要介紹了變頻調速技術，脈寬調制技術、單片機程序設計等問題，這是一個非常實用的控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)的設計主要包括硬件和軟件設計兩個部分。 頻調速技術作為高新技術、基礎技術、和節(jié)能技術，已經(jīng)滲透到經(jīng)濟領域的所有技術部門中。我國以后在變頻調速技術方面應積極做的工作如下 : (1) 應用變頻調速技術來改造傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)，節(jié)約能源及提高產(chǎn)品質量，獲得較好的經(jīng)濟效益和社會效益。 (2) 大力發(fā)展變頻調速技術，必需把我國變頻調速技術提高到一個新水平，縮小與世界先進水平的差距，提高自主開發(fā)能力，滿足國民經(jīng)濟重點工程建設和市場的需求。 (3) 規(guī)范我國變頻調速技術方面的標準，提高產(chǎn)品可靠性工藝水平，實現(xiàn)規(guī)?；藴驶a(chǎn)。 畢業(yè)設計是對大學四年學習的一個測試，它是教學計劃中學生必修的最后一個教學環(huán)節(jié)，是實現(xiàn)教學、科研、工程實踐結合的重要結合點。它的主要目的是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識和技能去分析和解決本專業(yè)范圍內的一般工程技術問題，建立正確 的設計思想，掌握工程設計的一般程序和方法。通過畢業(yè)設計，進行工程知識和工程技能的綜合訓練，使學生一走上工作崗位就具有較強的應用生產(chǎn)現(xiàn)場正在使用和近期可能推廣使用的技術去解決工程實際問題的能力。 畢業(yè)設計對我們來說是一件相對龐大而瑣碎的工作 ,要綜合運用各種學過和沒學過的東西。通 過此次畢業(yè)設計，我學習了很多新知識、新方法、新觀點，更是對我 大學學習的一個很好的總結。在設計過程中，我進一步加深了對電力電子的學習 ； 煉了我的學習能力、分析問題與解決問題的能力，也鍛煉了我克服困難的勇氣和決心。這些都為我以后的工作奠定了良 好的基石，因此我感到收獲很大。 參考文獻 [1] 李 良仁 . 變頻調速技術與應用 [M].北京： 電子 工業(yè)出版社， 2021 [2] 王兆安 ，張 明勛 . 同步電動機調速系統(tǒng) [M].北京：機械工業(yè)出版社， 2021 [3] 顏世鋼 . 電力電子技術問答 [M].北京：機械工業(yè)出版社， 2021 [4] 和 超 .交流變頻調速技術 [M].北京 ： 北京航天航空大學 出版社， 2021 [5] 高學民 .電力電子與交流技術 [M].山東 ： 山東科學技術 出版社， 2021 [6] 陳國呈 . 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