一種實(shí)用數(shù)字變頻控制器的設(shè)計(jì)

變頻的原理是改變IC14的分頻基數(shù)fb。就可改變計(jì)數(shù)脈沖頻率，從而改變讀完4 096 個(gè)脈沖的時(shí)間，達(dá)到了變頻的目的，其關(guān)系是

顯然，變頻器的輸出頻率越高的值越大，而分頻系數(shù)越小。例如，當(dāng)需要輸出fo=50 Hz交流電時(shí)，則先求得

為了提高系統(tǒng)的分辨率，可提高系統(tǒng)的振蕩頻率，一般可使fo的頻率分辨率達(dá)到0.5 Hz以下。

調(diào)制度M的控制方法是：將27512 共分成25共32個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域包含211個(gè)字節(jié)，存儲(chǔ)一個(gè)具有一定調(diào)制度的全周期SPWM波形。存儲(chǔ)區(qū)一共存儲(chǔ)32個(gè)不同M 的SPWM波，并將其按M的大小排列，由IC1的P1.3耀P1.7尋址，輸出頻率及調(diào)制度的選擇由控制算法決定。

控制算法原理如圖4所示[2]，控制量R 和反饋量Y 之差e，以及誤差變化率一同輸入到模糊控制器進(jìn)行推理，并對(duì)狀態(tài)的走勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而選擇恰當(dāng)?shù)膄 及M，通過計(jì)算機(jī)尋址及分頻，輸出一組合適的波形進(jìn)入下一狀態(tài)的運(yùn)行。由于IC1內(nèi)的Flash存儲(chǔ)區(qū)只有2 kB，推理方法主要采用相關(guān)法，參數(shù)子集和其變化率子集分別選用4 維和3維，完全滿足一般家電及工業(yè)控制的需要。

3 波形存儲(chǔ)的幾點(diǎn)考慮

3.1 載波頻率的確定

設(shè)定最高輸出交流頻率為60 Hz，可求得輸出周期TO=16.67 ms，則存儲(chǔ)器中每單元的分辨率為駐T=16.67/4 096=4.096 滋s，也就是說，每個(gè)存儲(chǔ)單元所代表的脈寬為4 滋s。

設(shè)定載波頻率fPWM=20 kHz，TPWM=1/20 000=50 滋s，則當(dāng)調(diào)制度最大時(shí)存儲(chǔ)的載波波形如圖5所示。圖5中TPWM =50 滋s，所占的存儲(chǔ)單元數(shù)為N=TPWM / 駐T=12，同樣可求得Td占一個(gè)存儲(chǔ)單元，TON占11 個(gè)存儲(chǔ)單元。

3.2 存儲(chǔ)波形的形成

以fo=50 Hz為例，見圖6。由于載波脈沖周期TPWM =50 滋s，而20 ms對(duì)應(yīng)360°，所以每個(gè)載波周期對(duì)應(yīng)的角度為琢PWM=360°×50 滋s/20 ms=0.9°。

而對(duì)于消除3、5、7、9、11 次5 個(gè)諧波的最佳波形的P1 耀P5點(diǎn)位置經(jīng)計(jì)算為[3]：18.167毅、26.633毅、36.867毅、52.9毅、56.683毅，顯然不是園.9毅的整數(shù)倍。因此，量化誤

差將影響Pi 位置的精確度，使整個(gè)系統(tǒng)對(duì)諧波的消除不能達(dá)到最佳。試驗(yàn)證明，這種影響可以忽略。

3.3 輸出交流電源的控制

根據(jù)U/f =常數(shù)，當(dāng)頻率變低時(shí)，相應(yīng)輸出電壓須下降。因此，在35耀60 Hz范圍內(nèi)，設(shè)置了32 種針對(duì)不同電壓的波形，并用計(jì)算機(jī)的P1.3耀P1.7直接尋址。另外，考慮到負(fù)載的變化和頻率的變化而影響輸出電壓的波動(dòng)，軟件設(shè)置上允許同一頻率下可根據(jù)需要選擇不同M 的波形，從而使電壓在一定范圍內(nèi)可以調(diào)整，用來對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行補(bǔ)償，這些工作都由模糊推理來完成。

4 結(jié)語

該變頻控制系統(tǒng)配用三菱IPM模塊PM20CHA060構(gòu)成1.5 kW 微型全數(shù)字三相變頻控制器，并對(duì)油泵電機(jī)進(jìn)行拖載實(shí)驗(yàn)，滿足應(yīng)用要求。

1)該系統(tǒng)由于變頻構(gòu)思巧妙，并利用IPM 功率塊，使電路結(jié)構(gòu)緊湊，控制簡(jiǎn)單，適應(yīng)性寬，易于批量生產(chǎn)，可用于家庭、工業(yè)控制。

2)由于配有LED 顯示器(4 位)可對(duì)環(huán)境條件、設(shè)置條件、運(yùn)行情況分類進(jìn)行顯示。

3)為了進(jìn)一步提高控制精度，簡(jiǎn)化硬件電路，可將C2051改換為富士通公司的MB89130A(48腳)8位單片機(jī)[4]。由于該片內(nèi)部ROM為32 KB，4 通道8位A/D 轉(zhuǎn)換，5 個(gè)內(nèi)部中斷和3 個(gè)外部中斷，從而增加變量空間，可降低成本，提高可靠性。