spwm變頻調(diào)速控制策略

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1、基于AVR單片機(jī)的SPWM變頻調(diào)速控制策略摘要：重點(diǎn)討論了一種新型單片機(jī)—AVR高速嵌入式單片機(jī)在交流變頻調(diào)速中的應(yīng)用，并給出了軟硬件設(shè)計(jì)方法，同時(shí)利用等效面積法生成SPWM脈沖序列，較好的解決了控制精度和實(shí)時(shí)控制的要求，理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)證明該方法可行近年來(lái)，隨著自關(guān)斷器件的不斷發(fā)展，采用以正弦波作為參考電壓的SPWM（正弦脈寬調(diào)制）控制的VVVF變頻調(diào)速,已成為交流異步電機(jī)調(diào)速的主流。IGBT作為新一代全控型電力電子器件，綜合了MOSFET和GTR的優(yōu)點(diǎn)，開關(guān)頻率高、驅(qū)動(dòng)功率小，構(gòu)成的功率交換器輸出電壓紋波小，線路簡(jiǎn)單，是當(dāng)今最具有應(yīng)用前景的功率器件。?

2、??早期使用模擬電路元件生成SPWM波形，所需硬件較多，算法不夠靈活，改變參數(shù)和調(diào)試比較麻煩。隨著電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到以MCU、DSP為主的數(shù)字方案。???本文介紹一種由AVR高速嵌入式單片機(jī)輸出的SPWM脈沖序列控制變頻調(diào)速的方法。1SPWM波形生成策略1.1常用算法比較???微機(jī)控制的SPWM算法有多種，常用的有自然取樣法和規(guī)則取樣法。自然取樣法（圖1a）采用計(jì)算的方法尋找三角載波UΔ與參考正弦波UR的交點(diǎn)作為開關(guān)值以確定SPWM的脈沖寬度，這種方法誤差小、精度高，但是計(jì)算量大，難以做到實(shí)時(shí)控制，用查表法將占用大量?jī)?nèi)

3、存，調(diào)速范圍有限，一般不采用。規(guī)則取樣法（圖1b）采用近似求UΔ和UR交點(diǎn)的方法，通過兩個(gè)三角波峰之間中線與UR的交點(diǎn)作水平線與兩個(gè)三角波分別交于A和B點(diǎn)，由交點(diǎn)確定SPWM的脈寬，這種方法計(jì)算量相對(duì)自然取樣法小的多，但存在一定誤差。本文采用等效面積法。1.2等效面積法???把一個(gè)正弦半波分為N等分，每一等分的正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個(gè)與此面積相同的等高矩形脈沖代替，矩形脈沖的中點(diǎn)與正弦波每一等分的中點(diǎn)重合，這樣，由N個(gè)等幅而不等寬的矩形脈沖所構(gòu)成的波形就與正弦半波等效，顯然這一系列脈沖波形的寬的和開關(guān)時(shí)刻可以嚴(yán)格地用數(shù)學(xué)方法計(jì)算得到。????如圖2

4、所示，在區(qū)間[t,t+Δt]，正弦波面積為S1,則有：????式中M為調(diào)制深度，US為直流電源電壓。???對(duì)應(yīng)圖中脈沖面積???????????????????????????(2)???將正弦信號(hào)的正半周N等分，則每份為π/N弧度，由圖知脈沖高度為US/2,設(shè)脈沖寬度為δK，則第K份正弦波面積與對(duì)應(yīng)的第K個(gè)SPWM脈沖面積相等，解得：???如圖2所示，IGBT的開關(guān)時(shí)間按如下計(jì)算：???IGBT開啟時(shí)刻：??????????(4)???IGBT關(guān)斷時(shí)刻：??(5)2AVR單片機(jī)控制系統(tǒng)2.1AVR單片機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：???AT90系列單片機(jī)為ATMEL公司生產(chǎn)

5、的新一代基于AVR增強(qiáng)功能、RISC結(jié)構(gòu)的、低功耗CMOS技術(shù)的微處理器。???1)哈佛雙總線結(jié)構(gòu)，使程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器分開。使用RISC指令集，指令周期絕大部分為單周期指令。有相當(dāng)高的執(zhí)行速度，8MHz頻率下工作的AVR相當(dāng)于224MHz頻率下工作的普通MCS51。???2)AVR核為32個(gè)通用工作寄存器與豐富指令集的組合，32個(gè)寄存器全部直接地與運(yùn)算邏輯單元連接，這種組合機(jī)構(gòu)具備的代碼效率比完成同樣處理能力的常規(guī)CICS微處理器要快10倍以上，從而解決了MCS51的累加器A的瓶頸問題。???3)內(nèi)置晶振的可編程看門狗定時(shí)器、片內(nèi)模擬比較器、SPI串口

6、和UART串口，有幾種產(chǎn)品有8—10位的A／D轉(zhuǎn)換器。有帶比較和捕獲模式的定時(shí)／計(jì)數(shù)器，且具有PWM功能，PWM可以在雙8值、9位或10位下自運(yùn)行、抗誤、節(jié)拍修正操作。同時(shí)還有一路輸入捕獲口，可以捕獲引腳ICP上的上升和下降沿。???4)AVR單片機(jī)內(nèi)置可重復(fù)編程的FLASH程序存儲(chǔ)器和EEPROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，最大可達(dá)256K的EEPROM，可用于保存運(yùn)動(dòng)參數(shù)，便于現(xiàn)場(chǎng)參數(shù)修改，這使得它用在運(yùn)動(dòng)控制方面有很大的靈活性。同時(shí)AVR單片機(jī)還支持對(duì)存儲(chǔ)器的在系統(tǒng)編程。???這些特點(diǎn)使得AT90系列單片機(jī)成為一種滿足許多需要的、具有高度靈活性和低成本的嵌入式控制應(yīng)用

7、的高效微控制器。本文采用AT90LS8535芯片，8K可重復(fù)編程FLASH,512字節(jié)的SRAM,三路PWM通道，8路10位A/D。2.2控制規(guī)律???在高頻段（f≥50Hz）和低頻段（f≤10Hz）采用恒功率控制，可加大調(diào)速范圍，中頻段采用恒轉(zhuǎn)矩控制。為使輸出波形對(duì)稱性好、諧波分量小，系統(tǒng)采用分段同步調(diào)制，以保證整個(gè)變頻范圍內(nèi)的開關(guān)頻率變化不是很大。每個(gè)頻段載波比N為恒定值，不同頻段的N不同，為了計(jì)算快速，余弦采用查表方式，余弦三角函數(shù)表在0°～360°范圍內(nèi)，每隔0.1度存一個(gè)余弦值，每個(gè)余弦值由16位二進(jìn)制構(gòu)成，其中最高位為符號(hào)位，后15位表示數(shù)值位。

8、整個(gè)余弦函數(shù)表預(yù)先存在EPROM中，占用了近8K字節(jié)