图 1 不对称规则采样法
不对称规则采样法所形成的 SPWM 波比对称规 则采样法所形成的 SPWM 波更接近于正弦波 , 谐波 分量的幅值更小 , 因而在实际控制中多采用不对称 规则采样法以减少谐波 。
SPWM 脉冲宽度 ton 及间隔 toff 的计算需 要用到 采样周期 Ts 、调制度 M 、频率 f 及采 样时刻 t1 、t2 的 值 。 这些值应预先计算出来 。 计算过程 :
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图 2 硬件电路框图
单片机采用高性能 、16 位的 80C196KB , 以提高 实时控制 计算 能力 , 并 外扩 了 E2PROM 与 LED 显 示 。给定频率由电位器 RP 设定并通过单片机内部 A/ D 转换器转换成对应的数字量供 CPU 读取 。 SPWM 控制信号从口 P1 .0 、P1 .1 、P1 .2 、P1 .3 输出 , 经 光电隔离 、驱动等环节控制晶体管 V1 ～ V4 通断 。输 出高电平时对应晶体管导通 , 输出低电平时对应晶 体管截至 。V1 ～ V4 接成单相桥式 , 在正弦波的正半 周 V2 、V3 保持关断 , ton期间 V1 、V 4 导通 , toff 期间 V1 、 V 4 关断 ;在正弦波的负半周 V1 、V4 保持关断 , ton期 间 V2 、V3 导通 , toff期间 V2 、V3 关断 。 3 .2 软件
工业出版社 , 2003 .
[ 2] 吴 安顺 , 等 .最新 实用 交流 调速 系 统[ M] .机械 工 业出 版 社 ,
1998 .
◆
37
[ 2] 胡大友 , 胡乾顺 .无刷电机控 制器 M L4425/ 4426 的应用[ J] .国
外电子元器件 , 2001, (4):48 -51 .
[ 3] 武自芳 , 虞鹤松 .微机控制系统及其应 用[ M] .西 安 :西安交 通
大学出版社 , 1998 .
注 :本系统在西安交大研究生电气技术创新实验室完成 。
2004 年第 4 期 电机电器技术 计算机与自动控制
基于单片机的单相 SPWM 变频器设计
唐中燕(华北电力大学 , 河北 保定市 071003 )
摘 要 :介绍了基于单片机 80C196KB , 采用不对称规则采样法所实现的单相 SPWM 变频器 。 另 外 , 给出了硬件电路与软件程序 。
由图 1 的几何关系得到 :
t'off =T2s(1 -M sin ωt1) t'on =T2s(1 +M sin ωt1) t1 =T2ck (k =0 , 2 , 4 …… , 2N -1) t”on =T2s(1 +M sin ωt2) t”off =T2s(1 -M sin ωt2) t2 =T2ck (k =1 , 3 , 5 …… , 2N -1)
控制系统性能良好 , 电机运行稳定 , 这对无位置传感 器无刷直流电动机控制系统的研究具有一定的参考 和应用价值 。
参考文献 : [ 1] N .Matsui , M .Shigyo , Brushless DC Motor Control without Position
and Speed Sensors , IEEE Trans .Ind .Appl ., vol .28 , no .1 , Jan ./ Feb .1992 , pp120-127 .
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计算机与自动控制 电机电器技术 2004 年第 4 期
2 不对称规则采样的微机控制算法
分别在载波三角波的顶点位置与底点位置对正 弦波进行采样 , 由采样值形成阶梯波 , 则此阶梯波与 三角波的交点决定开关模式的方法称为不对称规则 采样法 。 该方法如图 1 所示 , 它所产生的脉冲对不 对称规则采样三角波的峰值点是不对称的 。
为了减轻计算机在控制过程中的计算量 , 提高
系统实时性 , 可以将不同 N 值的 sin(πk/N)离线计算 出来并存入 E2PROM 中 , 对应每一个 N 值共有 2N 个 数据形成一个表 。
3 SPWM 波的微机控制
3 .1 硬件电路
微机控制的单相 SPWM 变频器硬件电路原理框
图如图 2 所示 。
主程序及 T1 、T2 定时时间到中断程序流程图分 别见图 3 、图 4 、图 5 。主程序的一个循环产生 N 个 SPWM 脉冲 , 即一个正弦波周期循环一次 , 并采样一 次频率给定值 f , 然后按这时的 f 生成 SPWM 控制脉 冲序列 。
4 结束语
由于微机的高度集成化和很强的运算能力 , 用 于 SPWM 变频调速控制可得到高稳定性 、高可靠性 以及小型化和便于维修等应用效果 。如果实时性容
SPWM 波 是 在 CPU 的支 持 下 , 由 二个 定 时器 T1 、T2 及接口获得的 。 定时器 T1 完成采样周期 Ts 的定时 , 定时器 T2 完成脉冲间隔及脉冲宽度的定时
2004 年第 4 期 电机电器技术 计算机与自动控制
(实际上是对 t'off与 t”on定时)。 当 T1 定时时间到 , CPU 响应该中断请求 , 向相 应接口送出低电平(偶 次采 样)或高电平(奇次采样), 并计算出 t'off (偶次采样) 或 t”on(奇次采样)作为定时时间常数送入 T2 并启动 T2 , 同时启动 T1 继 续定时 Ts 。 当 T2 定时 时间到 , CPU 响应该中断请求 , 向相应接口送出高电平(偶次 采样)或低电平(奇次采样), 单片机等待下一个采样 周期即 T1 定时时 间到 , 重复 上述过 程形成78 —), 男 , 西安交 大硕 士研究 生 , 主 要研究方向为电机微机控制及电力电子 技术 。
A Novel Method of Smooth Start and Stop Digital Control for Sensorless BLDCM
PENG Tao , YU Zhen-min (Electrical Engineering College , Xi' an Jiaotong University Xi' an 710049 , China) Abstract :A position -sensorless BLDCM digital control system based on TMS320F240 and ML4425 is developed , a smooth start and stop method is mostly introduced and realized .The experimental results validate that the BLDCM can start and stop smoothly and reliably with the digital control method . Key words:sensorless ;BLDCM ;smooth start and stop
①根据给定频率 f 确定出载波比 N 。采用分段 (三段)同步调制 , 取
42 f <10Hz N = 30 10Hz ≤f <30Hz
18 30Hz ≤f ②由 N 与 f 得到三角波周期 Tc =1/Nf , 即采样 周期 Ts=Tc/ 2 =1/2Nf 。 ③由所要求的 U/ f 曲线计算出 M , 采用恒 U/ f 调频调速 , 且由于 0 <M <1 , 所以取 f =fN =50Hz 时 ,
M =0 .9 , 得 M =0 .9f/ 50 。这样 SPWM 脉冲宽度与间
隔的离散算式为 :
t'off =4N1f 1 -0 .018 f sin (Nπk) t'on =41Nf 1 +0 .018 f sin (Nπk) (k =0 , 2 , 4 …… , 2N -1)
t”on =41Nf 1 +0 .018 f sin (Nπk) t”off =4N1f 1 -0 .018 f sin (Nπk) (k =1 , 3 , 5 …… , 2N -1)
1 引言
单相变频器是用以给单相交流负载供电 。它即 可用作单相变频电源 , 也可用以驱动单相交流电动 机实现变频调速 。特别是在家电行业得到了广泛应 用 , 目的是提高家电调速性能 、节电和降噪 。
单相变频器的核心任务是产生 SPWM 控制脉冲
序列 , 而它可由模拟电路和数字电路等硬件电路来 实现 , 也可由微机即硬件与软件相结合的方法来实 现 。由微机来实现 SPWM 控制 , 其软件化方法又有 很多种 , 采样型 SPWM 法就是其中常用的一种 。 在 这里给出一种采用单片机 80C196KC , 利用不对称规 则采样技术生成单相 SPWM 波的方法 。
图 4 T1 中断程序
图 3 主程序
图 5 T2 中断程序
许的话 , 还可利用微机的故障监测 、诊断 、报警能力 , 使系统的功能更加完善 。 总之 , 用微机软硬件结合 生成 SPWM 控制脉冲以实现单相变频调速是方便 、 经济 、可行的 。
参考文献 :
[ 1] 吴守箴 , 藏英杰 , 等 .电气传动的脉宽调制 , 控制 技术[ M] .机 械
关键字 :SPWM ;变频器 ;单片机
Design of a Single -Phase SPWM -VVVF Based on Single -Chip Computer
TANG Zong-yan (North china Electric Power University Baoding 071003 , China) Abstract :A Single -Phase SPWM -VVVF is introduced in this paper .It is based on single -chip computer (80C196KB)and asymmetry -regulation -sampling .Hardware composition and software design are described . KeyWord :SPWM ;VVVF ;single -chip computer