一種基于SH79F1611的交流電機(jī)控制部分的設(shè)計(jì)

【摘要】以單片機(jī)SH79F1611作為控制核心，采用空間電壓矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）的控制方法，對交流電機(jī)控制部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)對電路器件進(jìn)行選型，通過實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)其變頻調(diào)速控制。

【關(guān)鍵詞】變頻調(diào)速;SH79F1611;SVPWM

1.引言

隨著生產(chǎn)的不斷發(fā)展，速度可調(diào)成了傳動(dòng)裝置的一項(xiàng)基本要求。目前交流調(diào)速技術(shù)的研究取得了極大的發(fā)展。隨著變頻器的應(yīng)用越來越廣，相關(guān)技術(shù)的日益成熟，使得人們不僅對變頻調(diào)速系統(tǒng)的性能要求越來越高，而且對控制芯片的功能要求越來越多，對功能開關(guān)元件的智能化要求越來越高，以滿足生產(chǎn)的需求并適應(yīng)不同工作環(huán)境[1]。在交流電機(jī)變頻調(diào)速中，PWM已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，文中介紹以單片機(jī)SH79F1611作為控制核心，采用空間電壓矢量脈寬調(diào)制（SVPWM）的控制方法，實(shí)現(xiàn)對交流電機(jī)變頻調(diào)速控制，從而使交流電機(jī)運(yùn)行更加穩(wěn)定、精度得到很大提高。

2.系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用交-直-交電壓型變頻電路，該電路可以整體分為主電源電路和控制電路兩大塊。主電路包括整流電路、濾波電路及智能功率模塊IPM等;控制電路以SH79F1611芯片為核心，包括有電流檢測模塊、電壓檢測模塊、保護(hù)模塊、轉(zhuǎn)速檢測模塊、通信模塊和顯示模塊。其系統(tǒng)硬件組成結(jié)構(gòu)框圖1所示，主電源電路是把市電電壓通過整流模塊轉(zhuǎn)化為直流電壓經(jīng)過IPM逆變電路后形成了電壓頻率都可調(diào)的三相交流電，最后提供給電機(jī)。控制電路以SH79F1611為核心，將采集來的電壓電流信號和轉(zhuǎn)速信息，通過一些控制算法最終實(shí)現(xiàn)SVPWM輸出來控制逆變器。系統(tǒng)的保護(hù)電路包括IPM故障保護(hù)、過壓保護(hù)、和過流保護(hù)等。系統(tǒng)的顯示模塊主要是用來顯示輸出的電流，輸出的轉(zhuǎn)速，輸出的頻率等。為了更好的實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，鍵盤輸入接口將人們需要處理的數(shù)據(jù)、命令轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可以識別的二進(jìn)制，從而控制硬件設(shè)備。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

2.1 控制芯片SH79F1611的介紹[2]

SH79F1611是一種高速高效率8051兼容單片機(jī)。在同樣振蕩頻率下，較之傳統(tǒng)的8051芯片具有運(yùn)行更快速，性能更優(yōu)越的特性。SH79F1611保留了標(biāo)準(zhǔn)8051芯片的大部分特性，包括內(nèi)置256字節(jié)RAM和2個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。此外，SH79F1611還集成了1280字節(jié)外部擴(kuò)展RAM，以及存儲(chǔ)程序的16K字節(jié)flash，此外還集成2K類EEPROM，用于在系統(tǒng)掉電后保存數(shù)據(jù)。SH79F1611還集成了兩個(gè)多輸入模擬比較器，兩路放大器，12位集成數(shù)字比較功能的高速ADC，以及6輸出帶死區(qū)時(shí)間控制的電機(jī)控制PWM模塊。此外，SH79F1611集成了看門狗定時(shí)器，上電復(fù)位和低電壓復(fù)位等功能，提供了2種低功耗省電模式[3]。

2.2 電壓檢測

電壓檢測如圖2所示，市電經(jīng)整流、濾波變成直流信號Ui。將直流信號Ui進(jìn)行分壓后送至由LM358P構(gòu)成的射極跟隨器，使輸出的電壓值最大不超過5V，將LM358P輸出的信號送至SH79F1611內(nèi)置的AD進(jìn)行采樣。

圖2 電壓檢測

圖3 電流檢測

圖4 變頻調(diào)速系統(tǒng)的流程框圖

2.3 電流檢測

電流檢測如圖3所示，大電流信號經(jīng)過康銅絲后，送至由LM358P構(gòu)成的同相比例放大器，將LM358P輸出的信號送至SH79F1611內(nèi)置的AD進(jìn)行采樣。

3.軟件設(shè)計(jì)

變頻調(diào)速系統(tǒng)的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要有兩個(gè)部分組成：系統(tǒng)的初始化模塊以及系統(tǒng)的控制運(yùn)行模塊。初始化模塊包含各個(gè)矢量控制算法模塊和硬件初始化，主要是對各個(gè)控制寄存器和運(yùn)算過程中使用的各個(gè)變量給出相應(yīng)的初始值。控制運(yùn)行模塊主要是對矢量控制算法進(jìn)行處理。系統(tǒng)的初始化模塊在上電時(shí)執(zhí)行一次后就不再執(zhí)行了，而系統(tǒng)的控制模塊執(zhí)行方式卻不是那樣，它是在產(chǎn)生PWM下溢時(shí)，控制模塊會(huì)被從等待循環(huán)中強(qiáng)制跳出。控制系統(tǒng)的中斷服務(wù)子程序是系統(tǒng)控制的核心。中斷處理的方式分為可屏蔽與不可屏蔽兩種，SH79F1611能夠應(yīng)用各種中斷形式。變頻調(diào)速系統(tǒng)的流程框圖如圖4所示。經(jīng)測試，測得SVPWM波形圖如圖5所示。

圖5 SVPWM波形圖

4.結(jié)論

本文以交流電機(jī)為被控對象，以SH79F1611單片機(jī)作為控制核心，通過SVPWM控制技術(shù)對交流電機(jī)實(shí)現(xiàn)控制，設(shè)計(jì)了基于SH79F1611的交流電機(jī)變頻調(diào)速的控制部分。通過軟件測試結(jié)果，可以看出，該控制部分工作良好，具有一定的實(shí)用性。但所輸出的波形還存在一定的干擾，該系統(tǒng)還需要進(jìn)一步完善和改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[1]陳伯時(shí)，陳敏遜.交流調(diào)速系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

[2]SINO WEALTH. SH79F1611參考手冊.http：//www.sinowealth com/zh/in dex.asp.

[3]K.N.King. C語言程序設(shè)計(jì)：現(xiàn)代方法[M].2版. 北京：人民郵電出版社，2010.

[4]DennisM.Ritchie，BrianW.Kernighan.C程序設(shè)計(jì)語言. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.1.1

作者簡介：山妮娜（1989—），女，陜西西安人，西安石油大學(xué)檢測技術(shù)與自動(dòng)化裝置專業(yè)碩士研究生。