基于单片机的感应电动机的pwm变频调速的系统设计毕业论文(编辑修改稿)

基于单片机的感应电动机的pwm变频调速的系统设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

多的可能 [2,6,7]。 华东交通大学理工学院毕业设计 3 课题研究的意义 在工农业领域上广泛采用交流异步电机，因为该电机构造简单，检修方便，但是随着现在工农业的不断改进，需要电机完成更多的功能，好多的领域都需要电机可 以根据不同的负载等情况自动调节运行的转矩和速度等等。 以前，对于调速要求比较高的场合，可以采用直流电机，但是直流电机有明显的缺陷，容量不大，转矩小，还有它采用了换向电刷，这个很容易损坏而且工作过程中会有火花，很不安全。 后来，依据交流电机的特性，完成了传统交流电机的一种新的调速方式，是通过转子回路串电阻完成分段的调速控制，这种调速方式很耗能，而且装置性能不好，技术落后，存在很多的问题，所以使得异步电机在市场上不能得到大面积的推广。 所以对于感应电机的可靠调速控制，需要一种更加优良的控制方式，有更好的保障。 就计算 机 控制 技术在工业现场应用情况而言，微处理器是目前作为工业控制 应用中 最理想的机型，它是采用计算机 数字控制 技术、按照 设计人员 事先编好 的 并储存在计算机内部 的 一段程序 代码 来完成设备的 的相应 操作控制 [7,8]。 采用 智能芯片，例如 单片机 的 控制，具有 硬件 电路 简洁、软件 设计 灵活性强、 程序代码 调试方便、 硬件设施和 软件的 维护量小等特点。 微处理器 ，包括了单片机在内，逐渐在 代替 传统的 模拟电路 来 用作 交流电机和直流 电机的控制器， 单片机 具有以下特点： （ 1） 程序代码能够大大 简化 实际电路装置。 传统的 模拟电路 如果 要实现 某个 逻辑控制 ，学过 模电的读者都会知道 需要很多电子 元 器件， 众多的电子元器件会导致实际电路 更复杂 ，设备装置体积庞大，而且可靠性能不高，容易故障。 采用 数字单片机 微处理器 实现某个 逻辑控制 ， 我们只需要通过 软件 写一个行代码即可 实现。 （ 2） 由于单片机是属于智能元件，能够编程，那么 可以 有效的 提供人 与 机 机器之间的 交互 ，设计人机交互界面，便于操作人员操作。 （ 3） 单片机数字化 能够 很容易的 完成较为复杂的 逻辑和算术 控制功能。 单片机微处理器拥有强大的 逻辑 运算处理性能、具有运算速度快、运算结果 精度高， 而 且 还拥 有大容量的 可编程逻辑 存储单元 和 flash 单 元。 以上这些优点使得单片机 能够实现 现代设备较为 复杂的控制 算法。 （ 4） 单片机具有很好的操作 灵活性及 多功能 适应性。 单片机作为一种数字 处理器 ，它 的控制方法 以及控制策略都是 由 设计人员事先编写程序 软件来实现的。 一旦设备不符合要求，常常做的方法是改变控制策略，但是主电路的硬件设施和接线结构 一般 是 不需要 修改的 ， 也就是说，我们 只须对 下载在单片机内部的 程序 进行 修改即可， 于是 在 设备 系统的调试 器件和升级器件 ， 不需要改变设备，也可以 不断测试 系统的 参数，选择 功能更好，性能 最优 的方案 ， 因此，操作十分的 方便。 在 工业 应 用 中的 计算机 一 般采用的是 PC 机，当采用多核处理器时，该计算机具有 运行速度 很快，能够实现在线实时控制 ， 同时，还 可以很方便的 进行 软件测试。 由于这种计余积卿： 基于单片机的感应电动机 PWM 变频调速系统设计 4 算机的 功能 是 相当 的 强大， 于是导致工业 计算机的价格 非常 昂贵， 同时工业计算机的体积非常的 大， 那么工业计算机一般是只应用在 在大型的 控制 系统中。 而单片机 微型处理器 就是 不一样 的数字信号处理芯片 ，虽然 单片机的 芯片 体积 很小，但是 内部的 集成度 是 很高 的 ，这样一个很小芯片集成了上亿个晶体管，不仅 可以完成定时 功能 、中断 功能 、通信 功能 、采样 功能 等等 ，还能实现与其他微型处理器的交互运行 ， 其本质 就是一个微型 的 计算机 控制芯片。 基于以上优势， 本 课题设计的 系统 需要实现 的感应电机 PWM 变频调速功能， 为此，我们可以选用 单片机 芯片，考虑到单片机的型号，我们选用 AT89S52 单片机芯片。 华东交通大学理工学院毕业设计 5 2 基于单片机的感应电机 PWM 变频调速的基本原理 变频调速基本原理 变频器基本结构 变频器可以分为四个部分，如图 21 所示。 常用的变频器主要包括主回路完成主要功能和控制回路完成系统的控制。 主电路主要是为感应电机提供变频电源的控制信号，有三个部分：平波、逆变和整流电路。 平 波 逆 变控 制整 流 图 21 变频器结构简图 变频器调速控制方式 变频调速是通过改变电机定子绕组供电的频率来达到调速的目的。 psf /)1(60n  （ ） 变频器的控制方式有下面两大类： V/F 变频器 （ 1）市场上常用的 V/F 变频器采用的是开环的控制方式。 这种控制方式很 简单，都没有速度的反馈，所以响应速度也慢，电机可以使用标准的异步电机，通用性比较好，性价比也高，所以在常用的变频器上多半采用这种方法。 （ 2）具有固定磁通功能的 V/F 变频器 使用反馈磁通的方式使得感应电机的三相正弦电流产生一个空间的圆形旋转磁场，这样就会有一个固定的电磁转矩，这是为了解决经典 V/F 变频器在 V/F 值上调整苦难这一个问题，这样控制方式我们叫做磁链跟踪控制。 有时我们也把这种控制方式称为空间电压矢量控制，因为磁链的踪迹是由电压矢量相加获得。 矢量控制方式的基本思想是：参考直流电机的 调速，让控制感应电机也可以像直流电机一样控制来两个独立的调速，将矢量分为无速度控制和有速度控制或者所闭环转矩矢量控制。 余积卿： 基于单片机的感应电动机 PWM 变频调速系统设计 6 SPWM 控制简介 脉冲宽度调制 作为 模拟控制方式 的一类 ，其 依 据 负载 的相应 改变 来调制 晶闸管 基极或MOS 管 栅极的偏置 信号 ，来实现 晶闸管 或 MOS 管导通时间 长短 的 变化 ，从而 完成 开关电源输出 电压 的改变。 该 方式 可以 使电源的输出电压在工作 情况发生 变化时保持 不变 ，是 借助 微处理器 的数字信号控制 模拟电路 的一种 可行 的技术。 PWM 控制技术 的 控制 方式 简单， 且具有 动态响应好和灵活的优点 ，故是 电力电子技术 中 应用最广泛的 一种 控制方 法 ，也是 大家 研究的热点 ,包括单极性调制和双极性调制。 因为 当今科技的发展已经 摆脱 了学科间的界限， 加上 现代控制理论 的方法 或无谐振波开关技术将 能 成为 PWM 控制技术主要的发展方向之一。 下图所示为单相桥式逆变电路，下面就改逆变电路介绍下单极性和双极性 PWM 控制方式。 检 测电 路负 载V 1 V 3V 2 V 4U dU rU cV D 1 V D 3V D 4V D 2 图 22 单相桥式 PWM 逆变电路 单极性 PWM控制方式 单极性 PWM 控制如图 22 所示 ,载波 uc 和调制波 ur 的交点时刻控制 IGBT 的开通与关断。 图 23 单极性 PWM 控制波形 ① Ur 正半周， V1 保持通， V2 保持断 , 当 uruc 时 ,使 V4 通， V3 断， u0=Ud。 当 uruc 时 ,使 V3 通， V4 断， u0=0。 华东交通大学理工学院毕业设计 7 ② Ur 负半周， V1 保持断， V2 保持通 , 当 uruc 时 ,使 V4 通， V3 断， u0=0。 当 uruc 时 ,使 V3 通， V4 断， u0=Ud。 双极性 PWM控制方式 在 ur 的半个周期内，三角载波有正也有负，所得到的的 PWM 波也有正有负，而且输出 PWM 波只有177。 Ud 两种电平。 图 24 双极性 PWM 调制波形 ① 当 uruc 时，给 V1 和 V4 导通信号，给 V2 和 V3 关断信号 , 若 i00,使 V1 和 V4 通，若 i00,使 VD1 和 VD4 通， u0=Ud。 ② 当 uruc 时，给 V1 和 V4 关断信号，给 V2 和 V3 导通信号 , 若 i00,使 VD2 和 VD3 通，若 i00,使 V2 和 V3 通， u0=Ud。 闭环控制原理 闭环控制是根据控制对象输出反馈校正的控制方式 ,它是一个测量的实际和计划发生偏差 ,根据修正的规范或标准 来调节。 在控制理论中 ,闭环通常表示输出取决于 “链 ”的方式反馈到输入端 ,所谓的闭环控制。 先输入端和输出端反馈控制输出端后再计算错误 ,这是闭环控制的原理 ,该方法取决于反馈。 闭环控制是两种基本的方法在正反馈和负反馈。 负反馈和正反馈方面结束与一个类似的意思。 干涉效应 ,当控制对 象 ,实际状态与期望状态的偏差 ,控制主体根据偏差的大小输出将新的指令 ,减少偏差 ,消除干扰的影响。 在闭环控制 系统 中， 因为 控制主体能 依 据 回 馈 的 信息 计算 和 减小 受控客体运行 过程 的偏差， 因而 抗干扰能力较强， 且 能有效的进行 控制 ， 这样便可 保证预定目标的 输出。 控制系统 中所 采用 的控制大多是闭环控制 方法 ，用 到 的 控制原理 主要是 反馈原理。 这种控制如下图所示： 余积卿： 基于单片机的感应电动机 PWM 变频调速系统设计 8 控 制 主 体 被 控 系 统反 馈 系 统目 标 值 偏 差 信 息 输 出 图 25 闭环系统原理框图 PID 控制器 的 设计是 基于 连续系统 PID 控制规律 理论 ，经 过 采样将其 离散化，并表达成离散形式 的 PID 方程，再 依据 离散 形式 方程 设计 控制程序。 我们常用的 PID 算法 一般 包括 3 项，比例、积分和微分项。 基于单片机的 PWM 变频调速原理 为了实现单片机的 PWM 变频调速，我们采用 AT89S52 单片机。 系统框图如下所示： 外 接 设 备（ 串 口 、显 示 、 键盘 等 ）A T 8 9 S 5 2单 片 机芯 片S A 4 8 2 8感 应 电 机回 路保 护 电 路检 测 电 路A / D 图 26 变频调速系统框图。