电机交流调速系统设计

单片机上系统时钟频率为，将其分频后，得到的时钟信号，再对进行分频后作为时钟信号。

显然，应与频率指令信号成定关系变化，其关系可推导如下所以可解得分频系数变化范围较大，需采用位分频器，所以可通过扩展片可编程定时计数器来完成整数分频。

内部有三个位计数器，完全可满足设计要求。

由于都不是个纯整数，为了保证系统的精度，可扩展片比例乘法器，用它进行比例分频。

二进制码方波信号变换器硬件连线图如图所示。

图变换器硬件连接图是比例乘法器，其端输出脉冲书具有如下关系输入数如果输入的数为，则每输入个时钟脉冲，可在输出端得到个输出脉冲。

引脚如图所示各引脚功能如下数输入端。

输入的数决定芯片的乘法系数分频系数。

时钟脉冲输入端。

时钟禁止输入端。

为，允许输入，为时禁止输入。

清零端，为时正常工作，为时芯片清零。

置端，工作时接地。

和分别为选通端和级联端。

用于级联。

状态输出端。

时钟禁止输出端，当有脉冲输出时，输出电平。

脉冲输出端。

采用级，只能获得小数点后位的乘法系数，为了获得小数点后两位的乘法系数即的比例分频系数，本系统中采用级联的方法进行加法运算，对进行两位数的比例分频，连接图如图所示。

第级输出的脉冲数为。

由于与连接，故的输出脉冲经第二级直接从输出，脉冲不变。

由于到端第个脉冲后才为，即在第个脉冲来时才为，允许脉冲输入，故个脉冲中只从端输入个，所以输出脉冲数为，总的输出脉冲数为式中比例分频系数，分别对应于位和位。

图引脚图是可编程序定时计数器，片内具有个独立的位计数器通道，每个通道有种工作方式。

关于引脚功能工作方式等这里不再赘述。

本系统中，设定通道工作在方式方波信号发生器，用比例分频的输出，分别作为通道的计数时钟信号，对，进行整数位分频，产生两路时钟信号。

通道的计数值即位整数分频系数，由通过执行几条输出指令置入。

通道用来产生时钟信号共用路时钟信号，且频率固定。

因取，则。

时钟的频率为，故可由时钟经分频来获得，故置通道计数值为。

由于整数分频和小数分频分开进行，所以需将分频系数，分别分解为纯整数，和纯小数，两部分，整数部分，送的通道作为计数值，小数部分，送比例分频器作为比例分频系数。

，与关系如下对应的个值有多组取值。

考虑到由于硬件的限制只能取小数点后两位这条件，与，与必定有最佳组合。

基于这想法，取使的绝对值趋于最小，且为偶数的组值，和使的绝对值也趋于最小，且为偶数的组值，为两位纯小数。

这种寻优法的计算法的计算量工作量较大，难以实时完成。

本系统中采用查表的方法获得，。

用高级语言程序离线生成，和，两个表格，存入内存。

系统运行时，根据求得的频率指令信号，查表获得对应的分频系数然后将它们送到相应的比例分频器和的通道，的通道便会产生相应频率的方波信号输出，这样就完成了二进制码到方波信号的变换。

比例乘法器不能直接与连接，系统中可扩展片，用它作为二路比例乘法器与的接口。

定时计数器则直接与连接。

录光电隔离功率放大电路检测电路光电隔离及驱动电路设计输出的控制信号功率很小，无法直接驱动，要经过脉冲功率放大才能驱动，脉冲功率放大电路选用模块。

该模块是个带有光隔离的功率放大电路，其电源电压为，输入信号，输出电压对应导通和对应关断，工作频率为，可驱动以下的逆变器，其内部电路如图所示。

图驱动模块内部结构故障检测及保护电路设计故障检测及保护电路如图所示，该电路采用电阻取样的电压电流保护电路，通过调节电位器来设定最大的允许电压电流值。

电路中接的口中的，端接的控制端。

这样保护电路可通过门输出控制信号的封锁输出的控制信号，断开主回路电源。

接的口中的，通过输入故障信号，用以检测故障类型。

图过电流，过电压保护电路模拟量输入通道的设计由于本次设计中选用的单片机没有模数转换器所以需要在外部电路中加上模数转换电路。

经过考虑选用的是芯片。

它能完成路模拟量的转换，为了削弱反馈信号中的交流分量，在需在反馈信号输入前加滤波电路，取，，对应的时间常数为。

系统软件的设计程序框图及其介绍系统主程序主程序框图如图所示。

先进行芯片初始化，然后，清系统工作区，开放外部中断，启动软件定时器采样周期。

所以，系统初始化完毕，进入控制循环显示转速中断服务，和，运算，查表求出，可逆切换程序输出控制量显示转速。

图系统主程序框图转速调节程序转速调节程序即为软件定时器的中断服务程序，其程序框图如图所示。

在转速调节程序中，完成转速的采样，进行运算，求出频率指令信号，然后查表求得分频系数，。

增量式运算子程序增量式运算子程序框图如图所示，它包括按图所示控制曲线计算转差频率增量，由求出转差频率控制量，再由求出频率指令信号。

图转速调节程序框图可逆切换程序可逆切换程序由停车控制和可逆切换控制两部分组成，其程序框图如图所示。

系统的停车与工作由工作停车控制开关控制，其开关状态由输入。

在可逆切换程序中，先对进行判断。

若，表示命令停车，这时接下来判断转速是否为。

若不为，则经输出电平，使的端为，封锁其输出信号，使逆变器输出为，电动机转速下降。

当转速已降到时，经输出电平信号，切换主回路电源，然后显示停车标志。

若，则表示继续工作，于是转去检测正反开关状态，进入可逆切换部分。

电动机的转向由正反控制开关控制，其开关状态由输入。

现以正转到反转为例说图增量式运算子程序框图明切换过程。

当正反转开关由正转到反时，输入电平，表示反转，接下来判断当前转向是正还是反，若转向为正，表示与给定转向不致，需进行切换，于是经输出电平，使的端为，封锁其输出信号，使逆变器输出为，电动机转速下降。

然后判断电动机转速是否为。

当转速未降到时，不开放端，电动机转速继续下降。

旦转速降到，则经输出电平至端，经输出电平，开放端，于是输出相序为的控制信号，逆变器重新开始工作，输出相序为，使电动机反向启动，至此，切换过程结束。

从反转到正转的切换过程与上述过程相仿，不再赘述。

图可逆切换程序故障处理程序故障处理程序即为外部中断服务程序，其程序框图如图所示。

图故障处理程序部分子程序对于的编程，采用软件延时的方法，对于编程，计数器工作在方式，对于编程。

工作在方式，口作为输入口作为输出。

结束语毕业设计是学生综合学习的个难得的机会，同时它也是检验这几年学习水平的个机会。

在设计中涉及到的知识面很广，它需要我们查阅大量的资料，从中吸取对设计有帮助的东西来达到个优化的目的。

在设计过程中肯定有我们以前没有学习过的新知识需要我们自学，这就需要耐心，需要刻苦的钻研和推敲，特别是对于各部分的衔接是经过论证后得出的。

通过毕业设计，真正的学习到了不少东西，特别是对于自己动脑思考问题，动手解决问题的能力无疑是上了个台阶，让自己知道了从事技术方面的学生扎实的基本功是必不可少的，对于创新能力的培养和加强得引起高度的重视，光课堂的学习是不够的，通过自学是提高的个途径，能够将所学到的知识和自学的新知识柔和在起已证明了我们具有定的能力。

当然了，方案肯定能再次得到优化，这是以后在工作中需要考虑的问题。

参考文献王晓明电气传动的微机控制北京北京航空航天大学出版社，张毅刚彭喜元单片机应用设计哈尔滨哈尔滨工业大学出版社，黄俊电力电子技术北京机械工业出版社，天津电气传动设计研究所电气传动自动化手册天津，致谢作者在研究学习和课题设计期间，经于老师的悉心指导和耐心启发，学习到了设计课题的基本方法，具备了将定的理论知识用于实践的能力，提高了自学水平，基本上达到的学以致用。

于老师严谨的治学态度，渊博的知识，和谐的为人及忘我的工作精神让我钦佩不已，这不但使的我的毕业设计能够顺利的完成，还在为人做事方面给我做了个好的榜样。

我真诚的感谢他于老师。

感谢帮助过我的所有人。

感谢评阅和阅读本论文的老师付出的辛勤劳动附中由于电动机转速还没有达到给定值，转速调节器输出不会从限幅值退下来，转差频率给顶值直保持不变，也直保持不变。

所以可以认为起动过程是个恒定子电流，恒转差频率驱动过程。

由式子可知，定子电流，转差频率恒定，则励磁电流也恒定，因此气隙磁通恒定。

图三中，点对应于起动瞬间，由于电动机的转速为，所以按产生的对应于顶子额定电流为，记为，如果逆变器输出频率保持不变，则电动机的工作点将沿着这条曲线达到点，记此时的异步电动机的转速为，假如控制系统此时对其进行采样，按产生的定子频率为，由于电动机的转速不能突变，因此电动机的工作点移到了这条曲线上的点。

按以上的方法分析下去，可以知道异步电动机的工作点将沿着移动，最终达到稳定工作点。

以上分析中，控制系统对转速进行采样的时刻时间断的，如果控制采用连续系统方法，则电动机的转速变化将立即通过控制系统改变控制器的输出频率。

这样，沿着的连线将趋向于沿着这条曲线，而这条曲线说明在异步电动机起动过程中，电磁转距保持不变，这结论可以从上面的定子电流，转角频率，气隙磁通恒定。

负载变化图负载变化图负载变化如图所示，负载变化时，若转速给定信号为，电动机工作点为，当负载变化从增加为时，电动机的转速将逐渐降低，测速发电机输出信号减少，转速调节器增大，按产生的对应于定子频率由于增大而增大，控制电压增大，决定了逆变器的输出频率增加，电动机的机械特性曲线上移，最终电动机在新的工作点处稳定工作。

调速过程如果不改变，但转速给顶信号从增大到时，速度调节器的输入为正值，其输出将增大，按产生的对应于定子频率，由于增大而增大，控制电压增大，决定了逆变器的输出频率增加，电动机的机械曲线上移，当增大时，电动机的工作点将瞬间地从点转到对应的特性曲线上的点，在点电磁转距，因而电动机将加速，转速上升，按产生的对应于定子频率由于增大而增大，逆变器的输出频率增加，电动机的机械特性曲线上移，只要，定子频率将不断增大，电动机的工作点将沿着图中的到曲线运动，到了点时，电动机的转速，电磁转距，电动机将在点上稳定运行，这就完成了电动机的加速过程。

电动机反转当转速给定信号反相时，速度调节器输出负限幅值，，按产生的对应于定子频率由于变负而减小逆变器的输出频率降低，电动机的机械特性曲线下移，电动机以最大制动转距减少到零。

当转速接近于零时，按产生的对应的由正值变负时，通过相序鉴别器使环形分配器的相序改变，电动机实现反向运行。

近似动态结构转差频率控制系统的动态性能虽比转速开环系统有较大提高，但是在采用经典线性控制理论和工程设计方法分析和设计，仍要作较大的近似处理。

在建立转差频率控制系统的动态结构图时，仍做如下处理忽略异步电动机的铁损。

忽略异步电动机旋转电动势对系统动态过程的影响，或者说，忽略哦率和转速对电压控制系统的影响。

认为组成系统的各环节的输入输出