基于avr單片機(jī)的spwm變頻調(diào)速控制策略

《基于avr單片機(jī)的spwm變頻調(diào)速控制策略》由會員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、基于AVR單片機(jī)的SPWM變頻調(diào)速控制策略張希林段吉安中南大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院（410083）[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)計方法，同時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)時控制的要求，理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)證明該方法可行。[關(guān)鍵字]：AVR單片機(jī)，SPWM波，等效面積法，變頻調(diào)速0引言近年來，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

2、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)動功率小，構(gòu)成的功率交換器輸出電壓紋波小，線路簡單，是當(dāng)今最具有應(yīng)用前景的功率器件。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[1]子技術(shù)和計算機(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1.2等效面積法1.1常用算法比較把一個正弦半波分為N等分，每一等分微

3、機(jī)控制的SPWM算法有多種，常用的有的正弦曲線與橫軸所包圍的面積都用一個自然取樣法和規(guī)則取樣法。自然取樣法（圖與此面積相同的等高矩形脈沖代替，矩形脈1a）采用計算的方法尋找三角載波UΔ與參考沖的中點(diǎn)與正弦波每一等分的中點(diǎn)重合，這正弦波UR的交點(diǎn)作為開關(guān)值以確定SPWM的脈樣，由N個等幅而不等寬的矩形脈沖所構(gòu)成沖寬度，這種方法誤差小、精度高，但是計的波形就與正弦半波等效，顯然這一系列脈算量大，難以做到實(shí)時控制，用查表法將占沖波形的寬的和開關(guān)時刻可以嚴(yán)格地用數(shù)[3][4]用大量內(nèi)存，調(diào)速范圍有限，一般不采用。學(xué)方法計算

4、得到。規(guī)則取樣法（圖1b）采用近似求UΔ和UR交點(diǎn)如圖2所示，在區(qū)間[t,t+Δt]，正弦的方法，通過兩個三角波峰之間中線與UR的波面積為S1,則有：交點(diǎn)作水平線與兩個三角波分別交于A和Bt+?tS1=M×US∫tsinωtdt點(diǎn)，由交點(diǎn)確定SPWM的脈寬，這種方法計算(1)M量相對自然取樣法小的多，但存在一定誤差=×UScosωt?cosω(t+?t)[2]ω。本文采用等效面積法。式中M為調(diào)制深度，US為直流電源電壓。US對應(yīng)圖中脈沖面積S2=δ×(2)2將正弦信號的正半周N等分，則每份為π/N弧度，由圖知脈沖高

5、度為US/2,設(shè)脈沖寬度為δK，則第K份正弦波面積與對應(yīng)的第K個SPWM脈沖面積相等，解得：2MK?1KδK=[cos()π?cos()π]ωNN(3)MK?1K=[cos()π?cos()π]πfNN如圖2所示，IGBT的開關(guān)時間按如下計達(dá)256K的EEPROM，可用于保存運(yùn)動參數(shù)，算：便于現(xiàn)場參數(shù)修改，這使得它用在運(yùn)動控制IGBT開啟時刻：方面有很大的靈活性。同時AVR單片機(jī)還支111持對存儲器的在系統(tǒng)編程。Ton=(?t?δK)=(?δK)(4)222×f×N這些特點(diǎn)使得AT90系列單片機(jī)成為一IGBT關(guān)斷時

6、刻：種滿足許多需要的、具有高度靈活性和低成[5]111本的嵌入式控制應(yīng)用的高效微控制器。本Toff=(?t+δK)=(+δK)(5)222×f×N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，以保證整個變頻范圍內(nèi)的開關(guān)頻率變化不是很大。每個頻段載波比N為恒定值，不同頻段的N不同，

7、為了計算快速，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度存一個余弦值，每個余弦值2AVR單片機(jī)控制系統(tǒng)由16位二進(jìn)制構(gòu)成，其中最高位為符號位，2.1AVR單片機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：后15位表示數(shù)值位。整個余弦函數(shù)表預(yù)先AT90系列單片機(jī)為ATMEL公司生產(chǎn)的存在EPROM中，占用了近8K字節(jié)的寄存器。新一代基于AVR增強(qiáng)功能、RISC結(jié)構(gòu)的、低為保證三相互差120°，N應(yīng)設(shè)為3的整數(shù)功耗CMOS技術(shù)的微處理器。倍。1)哈佛雙總線結(jié)構(gòu)，使程序存儲器和2.3硬件結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)存儲器分開。使用RISC指令集，

8、指令系統(tǒng)框圖如圖3所示，IGBT的驅(qū)動模塊周期絕大部分為單周期指令。有相當(dāng)高的執(zhí)采用富士電機(jī)公司的EXB841驅(qū)動器，行速度，8MHz頻率下工作的AVR相當(dāng)于AT90LS8535輸出的三相脈寬調(diào)制SPWM波經(jīng)224MHz頻率下工作的普通MCS51。分相與開通延時電路分為六路輸出，分別控2)AVR核為32個通用工作寄存器與豐制EXB841的光耦，以驅(qū)動6個IG