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1 introduction
Avec le développement de produits ménagers onduleur technologie, inverseur de moteur monophasé est devenue une méthode viable, dans lequel le système de réglage de la vitesse, une technique de modulation impulsion (PWM) de largeur est toujours le principal moyen de l'amélioration des performances de vitesse. Bien que de nombreuses techniques PWM méthode de mise en uvre, cependant, afin de réduire le coût de fabrication du produit, en utilisant le logiciel de contrôle informatique requis pour réaliser le contrôle PWM à faible coût, le schéma de modulation et les caractéristiques flexibles, plus adapté pour les appareils ménagers. Dans cet article, les exigences de vitesse du moteur de machine à laver, un procédé de PWM direct (DPWM) calculé par le logiciel, mis en uvre sur AVR MCU AT 90C8535, lequel procédé peut être facilement mis en uvre constante du moteur V / f vitesse de rapport qui algorithme PWM est simple, facile à mettre en uvre, est une méthode plus pratique.
Algorithme 2 technologie PWM directe
Le principe de base de la technologie PWM classique utilise une onde porteuse à haute fréquence est comparée à la commande, pour générer une onde modulée PWM. Pour répondre aux besoins de l'inverseur pour réduire la teneur harmonique de la tension de sortie, le signal porteur de la symétrie d'onde triangulaire pour obtenir une forme d'onde de sortie bi surmodulation PWM symétrique, la tension de sortie ne contient pas des harmoniques pairs.
Algorithme pour le logiciel de génération de PWM Il existe de nombreuses manières, par exemple: l'échantillonnage méthode SPWM, méthode de la moyenne PWM, une méthode directe de PWM et analogues, dans lequel le procédé de SPWM sous trois formes différentes: SPWM régulier symétrique d'échantillonnage, SPWM d'échantillonnage régulier asymétrique, l'échantillonnage régulier symétrie moyenne SPWM à une symétrie moyenne algorithme régulière SPWM d'échantillonnage est simple, plus largement appliquée. Le principal inconvénient est que l'utilisation tension d'alimentation de SPWM est pas suffisamment élevée, la tension de sortie ne soit pas élevé. L'idée de base de la méthode est basée sur la moyenne PWM comme le contrôle de la zone des principes de PWM, en sélectionnant la position d'impulsion optimum d'une ligne centrale, de telle sorte qu'une petite quantité de ses composantes harmoniques de la forme d'onde PWM, méthode de la moyenne PWM présente les avantages de simple micro-ordinateur de réalisation, et pour la respective suppression d'harmoniques sont de très bons résultats. Méthode directe PWM et la méthode de la moyenne PWM similaire, mais également que l'onde zone de PWM dans le même temps la zone d'intervalle et l'onde modulée est égal à, son principal avantage est que, lorsque le taux de modulation est fixe, la loi de commande est proportionnelle à la profondeur de modulation et inversement proportionnelle à la fréquence de sortie , en particulier pour une utilisation dans le contrôle moteur, et donc de sélectionner directement le procédé de découpage décrit ci-après.
Procédé de principe direct de modulation PWM représenté sur la figure 1, en supposant que le nombre d'impulsions dans une période de l'onde PWM (à savoir, rapport porteuse sur bruit) de 2N, en référence à la T ensemble du cycle de l'onde sinusoïdale est divisée en 2N Umsin cot aliquots, chaque section longueur (à savoir, la période de porteuse) Ts = T / 2N, la i-ième onde sinusoïdale zone d'intervalle:
Set amplitude de sortie de l'onde PWM est E, l'utilisation d'une modulation unipolaire, la forme d'onde PWM dans le i-ième intervalle zone délimitée:
Si la modulation bipolaire, la forme d'onde de PWM dans la section de la zone i-ème entourée par:
Dans lequel, Tpi est une largeur d'impulsion, en tenant compte Ts = Tpi + 2Tgi, de sorte Sri = Spi, par la formule (1) et (2) de finition peut être obtenu:
Dans lequel M = Um / E est une profondeur de modulation par la formule (4) ou (5) ont été calculées des points de commutation impulsion PWM formule:
La figure 1 montre, de la surface et analogue généré au niveau de la forme d'onde PWM procédé PWM T / 2 est à symétrie ponctuelle, et peut ainsi être déduite:
Dans la formule ci-dessus, la formule (8) est une modulation PWM unipolaire, la formule (9) est une modulation bipolaire. Dans le processus de calcul, bien que i expression contient une fonction trigonométrique, mais il est uniquement lié à la N, N, une fois déterminé, il peut être pré-calculée AI dans la mémoire, à savoir, en obtenant le temps nécessaire table de consultation peut. Comme on peut le voir à partir de l'expression de k, k est proportionnelle à la profondeur de modulation et inversement proportionnelle à la fréquence fondamentale . Ce système de commande de fréquence du moteur, de manière générale, le rapport U / f est constante pour obtenir un contrôle de couple constant, à savoir, k est une constante nécessité de faire.
3 MCU PWM technologie de conception
MCU en utilisant le PWM, afin d'assurer une performance de contrôle peut répondre aux exigences du circuit inverseur, nous devons faire face à la conception des problèmes techniques suivants.
3,1 rapport porteuse
Lors de l'utilisation du micro-ordinateur génère une onde PWM, un support doit être fixé à l'avance de N (ou 2N). Si la plage de fréquence de sortie est grande, le schéma de modulation avec un rapport porteuse synchrone sur toute la plage de fréquences, il est difficile de prendre en compte les performances des sorties de haute et basse fréquence. Plus grand que le support a tendance à provoquer une fréquence de commutation PWM à haute fréquence est trop élevée, ce qui entraîne une augmentation de la perte de commutation du dispositif de commutation, tandis que plus petit rapport porteuse PWM basse fréquence onde se traduira par trop peu, le courant d'entraînement est augmentée, les composantes harmoniques augmenter et d'autres défauts. Ainsi, l'utilisation de sous méthode synchrone de modulation est plus raisonnable, à savoir, pour sélectionner une autre bande de fréquence porteuse différente de celle du convertisseur de fréquence sur toute la plage de fréquence, a une fréquence de commutation PWM plus raisonnable, afin d'obtenir un meilleur contrôle la performance. Cependant, des précautions doivent être prises lors de la sélection et de commutation de points de la proportion de support:
(1) la tension brusque ne se produit pas lors de la commutation.
(2) à chaque point à définir une région d'hystérésis du seuil de commutation, la fréquence porteuse afin d'éviter des oscillations répétées changement provoqué lorsque la fréquence de commutation de sortie est proche du point critique.
3,2 PWM onde de limite de fréquence de commutation
Etant donné que l'onde PWM est calculé en temps réel par le microcontrôleur CPU, les données PWM ainsi sélectionnés vitesse de traitement de l'algorithme de la quantité de traitement du processeur et la taille des principaux facteurs PWM limite de fréquence de commutation de sortie d'influence. Doit assurer une fréquence de commutation maximale de la sortie d'onde PWM du microcontrôleur conçu pour répondre aux exigences de l'onduleur, bien sûr, nécessite la fréquence de fonctionnement la plus basse de l'onduleur est facilement satisfait.
3,3 PWM de modulation de l'onde et la sortie d'instruction de fréquence
Dans le système de commande de fréquence, étant donné que la fréquence de sortie de l'onduleur est réglable, ce qui nécessite la profondeur de modulation et la fréquence de sortie de l'algorithme de PWM en fonction des besoins réels peuvent être modifiés pour répondre aux exigences du rapport constant du moteur V / f ou le contrôle de puissance constante. En général, la commande de fréquence de sortie de l'onduleur par la conversion A / D est entrée dans le micro-contrôleur, la profondeur de modulation M peut être calculé effectuée avec le logiciel peut prendre une approche similaire CPU lecture.
3.4 verrouillage du bras et le temps mort
Afin d'assurer le même bras de pont de l'onduleur en court-circuit à la conduction simultanée de deux provoquée entre deux signaux d'attaque doit laisser un certain temps mort, afin d'empêcher un autre tube de pas entièrement a commencé à effectuer défaut de court-circuit. Cette exigence peut être pris en compte dans le programme de calcul de l'onde micro-contrôleur PWM. Cependant, cela a tendance à augmenter le microcontrôleur de la charge de travail de traitement des données, mais seulement par le logiciel et de verrouillage des bras supérieurs et inférieurs de zone morte commutateur de retard ne sont pas fiables, et par conséquent, pour assurer la sécurité du circuit, la conception circuit matériel conseillé un examen complet et mettre en uvre cette exigence.
3.5 état initial et le bloc faute
Tout type d'une unité centrale de traitement, il est toujours remis avant le travail, et la CPU de chaque sortie du port I / O tous « 1 » ou tout « 0 », la conception doit éviter tous les commutateurs sont activés lorsque cela est entraîné dans l'état de remise à zéro danger passe, de sorte que si la valeur du niveau initial est remis à zéro lorsque le processeur est agencé pour commuter le signal d'entraînement état inactif. En outre, quand une défaillance se produit, il est possible de désactiver le signal de commande par l'intermédiaire du signal de sortie du bloc de faille.
4 onde PWM SCM
Dans cette analyse, la commande du moteur de machine à laver, la fréquence de sortie de l'onduleur est ajustée par un potentiomètre, la conversion A / D est entrée dans le microcontrôleur, le microcontrôleur calcule la tension d'onduleur en fonction de l'amplitude d'une fréquence de sortie donnée, le réglage de fréquence pour recevoir vitesse constante V / f exigences de commande de rapport. AT90S8535 puce de commande du microcontrôleur.
AT90S8535 architecture RISC paquet 40 broches est une faible puissance CMOS microcontrôleur 8-bit, ayant 8K octets de flash, 512 octets de EE PROM, 512 octets RAM, une 32 multifonctions ports I / O, trois temporisateur interne / compteur, convertisseur analogique / numérique 10 bits 8 canaux, deux sources d'interruption externes, les communications série programmables, une minuterie de chien de garde programmable et d'autres ressources, la plupart des exigences de haute intégration, les applications à faible coût, brochage représenté sur la Fig.
À condition que la courbe tension-fréquence de sortie de l'onduleur changements sont connus, la fréquence de sortie de l'onduleur lorsque le rapport déterminé de la porteuse et de modulation des instructions de commande PWM trop déterminée. microcontrôleur d'allocation des ressources est la suivante: 39 pieds PA1 comme A / D port d'entrée de l'échantillon, l'échantillonnage de la fréquence de sortie; PC0 ~ PC3 que la sortie de signal de commande PWM est fourni à un port de sortie; INT1 externe 17 interruptions de broches d'un signal de défaut de circuit (par exemple, sur courant, surtension, court-circuit) broches d'entrée, tandis que la broche comme « déblocage » de la broche d'entrée de bit de commande, son rôle est: lorsqu'une défaillance se produit, les variations de signal à partir des broches d'entrée d'interruption externe de l'unité centrale de traitement d'interruption demande formulée en réponse à l'interruption de la CPU, la routine de service d'interruption émet un signal de PWM et de verrouillage pour obtenir le blocage, jusqu'à ce que le signal de déblocage uniquement bit revoke PWM contrôle effectif est bloqué, de sorte que la sortie normale de l'onde PWM. Etant donné que l'état de remise à zéro initiale des puces ports AT90S8535 est « élevé », bloquant ainsi le signal et le signal de commande sont mis à niveau à l'état inactif « L », à ce moment le signal de sortie du port provoque toute la puissance passe à l'état OFF. PWM période de l'onde porteuse est réalisée par le temporisateur T0 interne, le temps nécessaire pour la commutation de l'onde PWM est atteint par le temporisateur interne T1. Matériel monophasé PWM forme d'onde générateur AT90S8535 relation de connexion Microcontrôleur représenté sur la figure.
5 conception de logiciels SCM
l'algorithme d'analyse décrit ci-dessus, seul le logiciel calcule le temps de commutation de l'onde PWM, la minuterie d'unité centrale de traitement d'interruption routine de service est complétée par une commutation d'onde d'impulsion PWM. Le processus spécifique: cycle de porteuse PWM Ts de la période de temporisation par le transporteur, lorsque le moment d'émettre la demande d'interruption à l'extrémité C d'unité centrale, en réponse à l'interruption de la CPU et la routine de service d'interruption, la tâche principale de la routine de service d'interruption est stockée dans la mémoire des données de synchronisation de commutation PWM (dans un cycle de porteuse PWM temps de la minuterie de commutation calculée) minuterie onde de transmission PWM, et démarrer la minuterie, puis calculer le cycle de porteuse PWM, et un stockage de données.
PWM onde de la minuterie d'interruption routine de service de données passe envoyés par le contrôle de la synchronisation selon la période de porteuse, pour compléter le changement de la PWM interruption routine de service et délivre en sortie la phase du port.
La tâche principale du programme principal est, la commande de fréquence de sortie de l'onduleur f d'échantillonnage ou de calcul et calcule la commande de profondeur de modulation et à la fréquence correspondant à la commande, le rapport de porteuse, les constantes temporelles périodiques de support, calculée en tant que temporisateur de cycle de porteuse programme d'interruption de service pour fournir commande en temps réel. Cependant, à la fréquence de commutation, car la variation de fréquence du suiveur de tension est changée, l'impact de courant de fréquence instantanée facilement généré. La solution est généralement dans la tension fondamentale passage à zéro (à savoir 0 °, 180 °), sans incidence actuelle de la fréquence instantanée, mais cette méthode peut provoquer la réponse en fréquence à des changements dans le processus est lent, en particulier à de basses fréquences, le temps de réponse est trop long. Ainsi meilleure fréquence peut être conçu pour interrupteur à la fin d'une période de temps de support de l'un, pour empêcher l'incidence actuelle, ce temps doit être effectué avant et après la tension de commutation de fréquence de fréquence fondamentale et de la phase seulement, mais aussi sur le taux de modulation correspondant et, de sorte que le changement de fréquence calculée égale à la conditions de tension avant Houji Bo de temps, de sorte que dans le processus de mise en uvre, le principe général de phase à changement de fréquence égale. À savoir, lorsque l'ancienne et la nouvelle commutation de fréquence, et d'autres commutation de phase réalisée selon une relation de phase représentée par le compteur d'impulsions. Timing et supposé lorsque l'ancienne fréquence porteuse que N1, le changement de fréquence de la valeur du compteur P1, nouveau rapport de fréquence porteuse de N2, la nouvelle valeur du compteur P2 fréquence lors d'un transfert doit être:
P2 est obtenue après la commutation.
algorithme de commande PWM pour atteindre l'écoulement d'ensemble du programme représenté sur la figure 4.
6 expériences et conclusions
Selon la méthode de conception ci-dessus, le système de commande sont développés logiciels et le matériel, et l'expérimentation, la forme d'onde de sortie représenté sur la figure 5. Les expériences montrent que la méthode est simple et réalisable, une bonne performance de contrôle, a une valeur pratique.
En outre, la mise en oeuvre du générateur monophasé PWM triphasé également similaire, sauf que le générateur d'ondes PWM triphasé nécessite trois temporisateur de commutation PWM, couplé à la minuterie de cycle de porteuse, pour un total de quatre minuteries . En ce qui concerne la conception du logiciel du générateur PWM triphasé, la conception de base de la méthode monophasé est le même, ne sera pas discuté ici.
