一种实用数字变频控制器的设计

0 引言

本文介绍一种基于C2051 的全数字变频控制器，它可以根据外界环境的变化(如压力、温度、输入电压和人为地设定等)，自适应地改变输出电源频率，达到自适应对电机调速的目的。在控制算法中，采用模糊理论，设定隶属函数，求出控制输入的隶属度，并进行模糊规则判断，得出模糊的控制输出。然后进行模糊量的计算，得出精确的控制输出，达到控制运行频率的目的。经过试运行表明，自适应能力强，电路简单，特别适合于低压带负荷启动困难的边远地区用户。

1 变频控制器系统结构原理

下面，以1.5 kW输出功率的变频控制器为例进行介绍，该系统结构如图1所示。逆变器采用三菱IPM模块PM20CTM060，本身具有控制电源欠压锁定、过热保护、过流保护、短路保护，一旦保护动作，送出一个故障信号(F0)。运算控制单元采用ATMEL 公司的89C2051 高性能价格比单片机 [1]，该单片机采用80C31内核指令系统，内含2KB Flash

用户存储器，编程较为方便。AT89C2051引脚如图2所示。

该系统的工作原理如下：外部模拟量(温度、电压、界面设定等)经A/D转换后送入89C2051，经运算处理后，求得运行频率，然后转换成预置分频器的倍数，控制寻址计数器IC4 输入脉冲的频率fc，从而控制27512已存波形数据的输出速度，达到变频的目的。27512的低11位地址(A0耀A10)由计数器寻址，控制具有一定调制度M 的SPWM 波形输出。高5 位地址(A11 耀A15)由89C2051直接寻址。控制具有不同M的SPWM波形。

因此可选择32种不同调制度的波形。系统的工作状态及环境参数均可由显示单元分类显示。整个显示部分由89C2051的RXD、TXD控制。

由于PM20CTM060 功率模块内含驱动单元，故只须光耦隔离，就可以用数字电路进行驱动。

2 控制器电路设计

如图3所示，其中SPWM波形存于27512中。图中211个8 位字节存储一个具有固定调制度的SP原WM波形。由于SPWM 的对称性，211位只存一个周期的1/2，具体分配方法是每个字节的0、1、2 三位存放三相SPWM 的0耀仔中的数值。3、4、5 三位存放仔耀2仔中的数值。对应的寻址方法是IC4由0开始计数，IC17相应的1Y1、1Y2、1Y3输出0耀仔波形。当211

位计满后，半个周期输出完毕，再计一次数时，IC4的Q12输出为1，经反向器驱动IC17的2Y1，2Y2，2Y3输出。这时，存于27512各字节中档的第3，4，5位的数据开始输出，从而产生SPWM的后半周期。这样反复循环，就可输出一个具有固定频率、固定调制度的波形。一个完整的SPWM波形共由4 096个脉冲组成。