【導(dǎo)讀】方法及軟硬件設(shè)計(jì)，完成系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。要求完成內(nèi)容主要有：1、變頻調(diào)速技。術(shù)基本原理2、變頻調(diào)速基本原理3、控制方案確定4、軟件與硬件設(shè)計(jì)。機(jī)時(shí)，它的控制電路復(fù)雜，系統(tǒng)的效率較低。交流異步電動(dòng)機(jī)的變頻調(diào)速，實(shí)際中多采用脈沖寬度調(diào)制，完。成調(diào)頻和調(diào)壓兩種功能。用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)來(lái)控制可使調(diào)節(jié)靈活，電路簡(jiǎn)化。本設(shè)計(jì)采用的MCS51系列的單片微機(jī)控制PWM。精度低，可靠性差，因而限制了這種系統(tǒng)的應(yīng)用。與上述傳統(tǒng)的系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)具。以單片機(jī)8031CPU為核心的全數(shù)字控制．電路簡(jiǎn)單，調(diào)整迅速，進(jìn)

　　

【正文】 8051 芯片 之間通過(guò)計(jì)算機(jī)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(pán)輸入和輸出顯示是人機(jī)接口的主要部分，是操作人員對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制和顯示系統(tǒng)運(yùn)行狀況的主要途徑。本地操作人員可根據(jù)負(fù)載情況通過(guò)按鍵來(lái)選擇不同的 U/f 曲線，設(shè)定電動(dòng)機(jī)的期望轉(zhuǎn)速以及控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)、停止等操作。本系統(tǒng)的鍵盤(pán)部分包括正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、啟動(dòng)、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(hào)，其中一路給了 8051 芯片 的外部中斷 1 引腳，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，將產(chǎn)生一個(gè)下降沿送給該引腳，告訴 8051 芯片 外部有一個(gè)按鍵按下，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理；其余三路信號(hào)給了 8051 芯片 的三個(gè)通用 I/O 口，通過(guò)編碼設(shè)定的方法給每一個(gè)按鍵分配一個(gè)獨(dú)立的代碼，以便于 8051 芯片 分辨用戶(hù)按下了哪個(gè)按鍵，不致于引起誤操作。 第 五 章 系統(tǒng)的軟件設(shè) 計(jì) 單片機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的總體方案是：在運(yùn)行中，為使調(diào)速系統(tǒng)安全可靠地工作，采取了啟動(dòng)前故障檢測(cè)和啟動(dòng)以后繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)視與 檢測(cè)。在軟件設(shè)計(jì)上，采取啟動(dòng) /運(yùn)行雙循環(huán)檢測(cè)、控制方案；故障的檢測(cè)與保護(hù)主要是利用了中斷方式對(duì)連續(xù)故障與極限故障進(jìn)行監(jiān)視；頻率控制的方法： ADC0809 將得到頻率設(shè)定的數(shù)字量輸送給 8051，則 8051 以該數(shù)量作為地址指針，對(duì)預(yù)先設(shè)置在內(nèi)存儲(chǔ)器中的電壓頻率函數(shù)表進(jìn)行查表，計(jì)算求出 8253 中 0通道和 1通道的分頻值，從中得到相應(yīng)的時(shí)鐘頻率信號(hào)且通過(guò) F/V 函數(shù)表的設(shè)置保證了輸出壓 /頻比為線性關(guān)系，為防止頻率突變對(duì)系統(tǒng)造成損壞， 8051 根據(jù)所設(shè)置的升降頻繁控制進(jìn)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(cè)，保護(hù)和顯示等管理工作。這個(gè)循環(huán)主要是完成逆變器啟動(dòng)前對(duì)主電路電流、電壓正常與否的檢測(cè)，只有在一切正常時(shí)，才能發(fā)出允許啟動(dòng)標(biāo)志，并查詢(xún)外輸入狀態(tài)。運(yùn)行控制循環(huán)，主要完成轉(zhuǎn)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(cè)量電壓，當(dāng)電壓整流輸出不穩(wěn)態(tài)值時(shí)，電阻 R 串接在電路中，從而可減少合閘瞬時(shí)主電路中出現(xiàn)的大電流沖擊；當(dāng)電壓整流輸出穩(wěn)態(tài)值時(shí)，使 PC3 為 1，使得 KM 得電吸合，短接電阻 R。 單片機(jī)程序設(shè)計(jì) 其程序主要 包括主程序 ， PID計(jì)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(yīng)的內(nèi)存單元賦初值。 (2)INT0中斷程序該程序主要用于啟動(dòng)定時(shí)器。當(dāng)交流電壓信號(hào)由負(fù)到正，過(guò)零時(shí) ， 外部響應(yīng)中斷 ， 執(zhí)行 INT0中斷服務(wù)程序 ， 啟動(dòng) T0計(jì)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(guò)控制逆變電路中可控硅晶閘管的導(dǎo)通、關(guān)斷時(shí)間 ， 從而改變交流電源的頻率。因此 ， 這個(gè)程序 依據(jù) PID算法的結(jié)果直接關(guān)系到供給電動(dòng)機(jī)的電源頻率的大小。 (3)于設(shè)置 T0初始值的問(wèn)題：在實(shí)際運(yùn)用中 ， 給 T0一個(gè)初始值 ， 使得當(dāng) T0在溢出時(shí) ， CPU通過(guò) VG1讓 VT1導(dǎo)通。 VG1產(chǎn)生半個(gè)周期后 ， 產(chǎn) 生 VG2， 從而 VT2導(dǎo)通。為了保證這一過(guò)程中時(shí)間差的實(shí)現(xiàn) ， 為 T0設(shè)定的初始值必須要符合條件 ， 即 ： 這一時(shí)間間隔在允許范圍內(nèi)要盡可能小。 (4) 于修改 T1初始值的問(wèn)題：變頻電源的頻率 f與 T1初始值 Xi的設(shè)定有重要的聯(lián)系 ， 因?yàn)樽冾l電源的頻率由壓力與給定壓力的信號(hào)差決定。同時(shí)根據(jù) PID運(yùn)算結(jié)果進(jìn)行運(yùn)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(duì) 8031片內(nèi) RAM 中的某些單元和 SLE4520 本身進(jìn)行初始化為進(jìn)行件故障檢測(cè)，設(shè)置故障位和故障計(jì)數(shù)器，初始化應(yīng)清零，為實(shí)現(xiàn)可變斜率升降頻設(shè)置斜率寄存器，初始化時(shí)應(yīng)放入最低斜率值， SLE4520 的初始化成對(duì)于保護(hù)系統(tǒng)完全可靠地啟動(dòng)是開(kāi)始 系統(tǒng) 初始化 啟動(dòng) A∕D 轉(zhuǎn)換器 數(shù)字濾波 PID 運(yùn)算 中斷 響應(yīng) 允許 INT0 中斷 修改 T1 初值 運(yùn)算結(jié)果等于給定值 必要的。 圖 初始化程序流程圖 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程 序即為軟件定時(shí)器 0 的中斷服務(wù)程序，其程序框圖如下所示在轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序中，完成給定，轉(zhuǎn)速的采樣，進(jìn)行 PI 運(yùn)算，求出頻率指令信號(hào) Uf1，然后查表分頻求得系數(shù) Zf， X f ， Zv， Xv。 圖 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)程序框圖 顯示中斷程序 在正常運(yùn)行中，頻率的顯示是依靠定時(shí)中斷實(shí)現(xiàn)，定時(shí)器每隔一定的時(shí)間進(jìn)初始化 片內(nèi) RAM 初始化 SLE4520 初始化 時(shí)間控制→ 8255， 8253， 8279 T0， T1 開(kāi)中斷置時(shí)間常數(shù) 返回 開(kāi)始 保護(hù)現(xiàn)場(chǎng) 啟動(dòng) A∕ D 轉(zhuǎn)換器，采樣Un*.Un 調(diào) PI子程序求頻率信 號(hào) 置命令時(shí)間常數(shù)，啟動(dòng)定時(shí)器T0，定時(shí)25ms 由 Uf1 查 表 得 Xf Zf 恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) 返回 入顯示中斷服務(wù)程序。顯示主要的內(nèi)容如下：停車(chē)時(shí)顯示停車(chē)標(biāo)志，故障時(shí)顯示對(duì)應(yīng)的故障碼，正常運(yùn)行時(shí)顯示逆變輸出頻率。狀態(tài)顯示優(yōu)先次序?yàn)椋汗收巷@示，停車(chē)顯 示和頻率顯示。正常運(yùn)行時(shí)主要顯示頻率和 CPU 監(jiān)測(cè)工作運(yùn)行情況。 圖 顯示中斷程序 故障中斷服務(wù)程序 主電路的過(guò)流送至 8051 并發(fā)出信號(hào)，封鎖 HEF4752V 脈沖輸出，切斷主電路電源， 8051 通過(guò) 8255 的 PC4 得到故障記憶，并置相應(yīng)的故障位為“ 1”，以便進(jìn)行故障碼顯示。該中斷源的優(yōu)先級(jí)最高。將八路故障輸出信號(hào)送到 8031 的 P1口，讀入 P1 口的狀態(tài)于 A 中 ，并判斷，判斷時(shí)采用了循環(huán)右移位，并設(shè)置標(biāo)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(shí)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值為相對(duì)應(yīng)的故障值，輸出字形碼給 8279 顯示相應(yīng)的故障，直到八路故障顯示完后，在重新開(kāi)始檢測(cè)。設(shè)置故障標(biāo)志位 CY： CY=0，有故障； CY=1，無(wú)故障。 圖 故障中斷服務(wù)程序程序 顯示子程序及鍵盤(pán)服務(wù)程序流程圖 圖 顯示子程序 圖 鍵盤(pán)服務(wù)程序 系統(tǒng)中通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)置運(yùn)行 （ RUN） ，停止 （ STOP） ，電動(dòng) （ JOG） ，復(fù)位（ RST）等功能 。 鍵盤(pán)的使用方法及有關(guān)設(shè)計(jì)說(shuō)明： (1)鍵盤(pán)完成的功能為：系統(tǒng)啟動(dòng)，當(dāng)按下啟動(dòng)鍵后，單片機(jī)才能執(zhí)行指令，程序運(yùn)行。 (2)系統(tǒng)的復(fù)位，通過(guò)手動(dòng)執(zhí)行中斷，程序運(yùn)行結(jié)束，停止運(yùn)行常用做故障檢測(cè)停機(jī)使用。 (3)能方便地對(duì)兩個(gè)模擬調(diào)節(jié)參數(shù)修改或顯示 (4)頻率顯示鍵 當(dāng)按鍵 04H 鍵為 0N 時(shí)，顯示器兩位輸出頻率，低兩位顯示給定頻率 . 當(dāng)按鍵 04H 鍵為 0FF 時(shí)，顯示器高兩位表示正反轉(zhuǎn)，顯示頻率表示輸出頻率 . (5)系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，按下復(fù)位鍵后，整個(gè)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(jī)的典型產(chǎn)品 8051為核心 , 配以輸入輸出控制接口和相應(yīng)的外圍電路組成 。 單片機(jī)完成信息的讀取、運(yùn)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(qǐng)求信號(hào) , 用于計(jì)數(shù)器的復(fù)位。把 片機(jī)的輸出端 , 輸出信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)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(wèn)題分析 由于硬件原因，任何微控制器都不能輸出寬度無(wú)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(wèn)題。 對(duì)于 C8051 單片機(jī)，它的 PCA 所能輸出的最小脈沖取決于其中斷服務(wù)程序執(zhí)行的時(shí)間，所以其最小脈沖問(wèn)題不容忽視。解決該問(wèn)題的具體方法有： （ 1） 采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)中斷服務(wù)子程序并且應(yīng)用最精簡(jiǎn)省時(shí)的指令，減小最小脈沖的寬度； （ 2） 在計(jì)算 SPWM 波脈沖寬度時(shí)，對(duì)寬度小于 PCA 所能輸出最小寬度的脈沖 進(jìn)行修正，使它們的寬度為最小脈沖的寬度； （ 3） 限制調(diào)制比 M，使 SPWM 脈沖序列中不會(huì)含有過(guò)多的小脈沖。 總結(jié) 本設(shè)計(jì)是基于 C8051 系列單片機(jī)控制的交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ,主要介紹了變頻調(diào)速技術(shù)，脈寬調(diào)制技術(shù)、單片機(jī)程序設(shè)計(jì)等問(wèn)題，這是一個(gè)非常實(shí)用的控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)部分。 頻調(diào)速技術(shù)作為高新技術(shù)、基礎(chǔ)技術(shù)、和節(jié)能技術(shù)，已經(jīng)滲透到經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的所有技術(shù)部門(mén)中。我國(guó)以后在變頻調(diào)速技術(shù)方面應(yīng)積極做的工作如下 : (1) 應(yīng)用變頻調(diào)速技術(shù)來(lái)改造傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)，節(jié)約能源及提高產(chǎn)品質(zhì) 量，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 (2) 大力發(fā)展變頻調(diào)速技術(shù)，必需把我國(guó)變頻調(diào)速技術(shù)提高到一個(gè)新水平，縮小與世界先進(jìn)水平的差距，提高自主開(kāi)發(fā)能力，滿(mǎn)足國(guó)民經(jīng)濟(jì)重點(diǎn)工程建設(shè)和市場(chǎng)的需求。 (3) 規(guī)范我國(guó)變頻調(diào)速技術(shù)方面的標(biāo)準(zhǔn)，提高產(chǎn)品可靠性工藝水平，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；?、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)四年學(xué)習(xí)的一個(gè)測(cè)試，它是教學(xué)計(jì)劃中學(xué)生必修的最后一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)教學(xué)、科研、工程實(shí)踐結(jié)合的重要結(jié)合點(diǎn)。它的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和技能去分析和解決本專(zhuān)業(yè)范圍內(nèi)的一般工程技術(shù)問(wèn)題，建立 正確的設(shè)計(jì)思想，掌握工程設(shè)計(jì)的一般程序和方法。通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，進(jìn)行工程知識(shí)和工程技能的綜合訓(xùn)練，使學(xué)生一走上工作崗位就具有較強(qiáng)的應(yīng)用生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)正在使用和近期可能推廣使用的技術(shù)去解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。 畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我們來(lái)說(shuō)是一件相對(duì)龐大而瑣碎的工作 ,要綜合運(yùn)用各種學(xué)過(guò)和沒(méi)學(xué)過(guò)的東西。通 過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)習(xí)了很多新知識(shí)、新方法、新觀點(diǎn)，更是對(duì)我 大學(xué)學(xué)習(xí)的一個(gè)很好的總結(jié)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我進(jìn)一步加深了對(duì)電力電子的學(xué)習(xí) ； 煉了我的學(xué)習(xí)能力、分析問(wèn)題與解決問(wèn)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(xiàn) [1] 李 良仁 . 變頻調(diào)速技術(shù)與應(yīng)用 [M].北京： 電子 工業(yè)出版社， 2020 [2] 王兆安 ，張 明勛 . 同步電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 [3] 顏世鋼 . 電力電子技術(shù)問(wèn)答 [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 [4] 和 超 .交流變頻調(diào)速技術(shù) [M].北京 ： 北京航天航空大學(xué) 出版社， 2020 [5] 高學(xué)民 .電力電子與交流技術(shù) [M].山東 ： 山東科學(xué)技術(shù) 出版社， 2020 [6] 陳國(guó)呈 . 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