《基于單片機(jī)控制的單相SPWM變頻器設(shè)計(jì)開題報(bào)告》

一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）選題的依據(jù)（包括課題來源、依托的項(xiàng)目名稱、研究或應(yīng)用意義、國內(nèi)外研究或應(yīng)用現(xiàn)狀，附主要參考文獻(xiàn)）1.選題的背景據(jù)有關(guān)資料分析，我國能源利用率為30%，比國外先進(jìn)水平低約20%，估計(jì)節(jié)能潛力約為每年3億噸煤，再加上我國存在大量可利用的工業(yè)“三廢”和可利用的再生資源，環(huán)境管理也要求節(jié)能防污染，推廣節(jié)能為主的方針確實(shí)是國家的頭等大事。國家“十二五”提出繼續(xù)堅(jiān)持走“資源節(jié)約型，環(huán)境友好型”發(fā)展道路，這也為變頻器的推廣和使用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。伴著變頻器的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，其產(chǎn)品也有兩個(gè)方向，一是無需調(diào)整就能得到最佳運(yùn)行的高性能變頻器，另一是通過簡單的控制就能運(yùn)行的小型及操作方便的變頻器。除此之外，還有是從安全環(huán)保的角度考慮，對(duì)變頻器提出一些要求：擴(kuò)大調(diào)速范圍；確保高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩；抑制輸入電流的高次諧波；價(jià)格便宜；體積小，重量輕。電壓型正弦脈寬調(diào)制（SPWM）變頻器以其獨(dú)有的技術(shù)優(yōu)勢而的到快速的發(fā)展和使用。在SPWM波形生成法中，已很少采用模擬的方法。數(shù)字方法在可靠性、靈活性、可控性等方面具有模擬方法無法相比的優(yōu)越性。目前市場相繼推出的數(shù)字式SPWM變頻器中，大多數(shù)都采用了專用的SPWM芯片（如HEF4752，SLE480）。這樣可以使編程簡單，但增加了投入，鑒于此，本變頻器采用C8051單片機(jī)實(shí)現(xiàn)輸出頻率可變的SPWM波形，并將輸出的SPWM波形去控制交流電機(jī)。2.項(xiàng)目的名稱通過對(duì)現(xiàn)有產(chǎn)品的調(diào)查與研究，可以將現(xiàn)有的產(chǎn)品按距離不同可分為械平衡式，支架式，電子平衡式和測距式。例如：1.5視力保護(hù)器、電子平衡式防瞌睡報(bào)警器、威士美USB視力保護(hù)器，其中1.5視力保護(hù)器、電子平衡式防瞌睡報(bào)警器最為普遍。然而這些現(xiàn)有產(chǎn)品都存在的自身的局限性。1.5視力保護(hù)器、威士美USB視力保護(hù)器對(duì)使用的環(huán)境上和使用的人群存在著局限性。因此設(shè)計(jì)一款擁有測距提醒，定時(shí)提醒，光暗提醒的多功能視力保護(hù)器，并且適用于任何環(huán)境和使用人群。3.國內(nèi)外的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀隨著技術(shù)研究的進(jìn)一步深入，在理論上和功能上國產(chǎn)變頻器與進(jìn)口的變頻器相比肩，但受工藝技術(shù)的限制，與進(jìn)口產(chǎn)品的差距還是比較明顯。例如，國外各大品牌的產(chǎn)品正加緊占領(lǐng)國內(nèi)市場，并加快了本地化的步伐；具有研發(fā)能力和產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的逐年增加；國產(chǎn)高壓變頻器的功率也越做越大，國內(nèi)高壓變頻器的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還有待規(guī)范；與變頻器相關(guān)的產(chǎn)業(yè)很不發(fā)達(dá)；生產(chǎn)工藝一般，可以滿足變頻器產(chǎn)品的技術(shù)要求，價(jià)格相對(duì)低廉；變頻器中使用的功率半導(dǎo)體關(guān)鍵器件完全依賴進(jìn)口，而且相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)還會(huì)依賴進(jìn)口；與發(fā)達(dá)國家的技術(shù)差距在縮小，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品正應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)中；已經(jīng)研制出具有瞬時(shí)掉電再恢復(fù)、故障再恢復(fù)等功能的變頻器；高壓變頻器在各個(gè)行業(yè)中被廣泛應(yīng)用，并取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益；產(chǎn)品國際化，當(dāng)?shù)鼗觿。恍录夹g(shù)，新工藝層出不窮，并被大量的、快速的應(yīng)用于產(chǎn)品中。4.主要參考文獻(xiàn)[1]王萬良，自動(dòng)控制原理，北京，高等教育出版社，2008年[2]王兆安,劉進(jìn)軍,電力電子技術(shù)（第5版）,北京,機(jī)械工業(yè)出版社,2010年[3]張興,電力電子技術(shù),北京,科學(xué)出版社,2010年[4]黃友銳,單片機(jī)原理及應(yīng)用,合肥,合肥工業(yè)大學(xué)出版社,2006年[5]孫旭東,王善銘,電機(jī)學(xué),清華大學(xué)出版社,2006年[6]馬小亮,高性能變頻調(diào)速及其典型控制系統(tǒng),北京,機(jī)械工業(yè)出版社,2010年[7]劉鳳君,環(huán)保節(jié)能型H橋及SPWM直流電源式逆變器,北京,電子工業(yè)出版社,2010年[8]陳伯時(shí),陳敏遜,交流調(diào)速系統(tǒng)（第2版）,北京,機(jī)械工業(yè)出版社,2005年[9]陳伯時(shí),阮毅,電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng):運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)(第四版),北京,機(jī)械工業(yè)出版社,2009[10]范小波,李萍,張代潤,一種基于C8051單片機(jī)的SPWM波形實(shí)現(xiàn)方案.電源世界,2006年[11]陸東良,張代潤,李勇,范小波,獨(dú)立調(diào)壓調(diào)頻的數(shù)字化單相變頻電源的研究，電氣應(yīng)用,2006年第25卷第5期二、設(shè)計(jì)或研究內(nèi)容、預(yù)期目標(biāo)及擬解決的關(guān)鍵問題（此部分為重點(diǎn)闡述內(nèi)容）1.研究的主要內(nèi)容本課題設(shè)計(jì)對(duì)變頻調(diào)速系統(tǒng)控制電路的設(shè)計(jì)，控制器CPU采用Intel80C51單片機(jī)，對(duì)變頻的控制算法進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，采用恒壓頻比控制。基本要求：(1)正弦脈寬調(diào)制技術(shù)(SPWM)的原理與控制實(shí)現(xiàn)，恒壓頻比控制，主要介紹恒壓頻比控制算法的理論基礎(chǔ)和實(shí)現(xiàn)方案，主要介紹SPWM控制的原理、實(shí)現(xiàn)方法。(2)變頻調(diào)速系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)，包括變頻調(diào)速系統(tǒng)控制電路CPU一Intel8OC196MC的簡單介紹，主電路的設(shè)計(jì)法，控制電路硬件的實(shí)現(xiàn)，軟件的設(shè)計(jì)。2.預(yù)期目標(biāo)設(shè)計(jì)并制造了一套全數(shù)字化SPWM變頻器調(diào)速系統(tǒng)，通過對(duì)16位單片機(jī)8OC196MC的波形發(fā)生器輸出信號(hào)施加三相正弦函數(shù)調(diào)制和電壓幅值調(diào)制，使得其V/F控制策略在軟件上得以實(shí)現(xiàn)。對(duì)這種調(diào)速系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)作了相應(yīng)的研究。3.擬解決的關(guān)鍵問題（1）變頻驅(qū)動(dòng)器主電路的逆變采用了SPWM調(diào)制技術(shù)，理論表明，當(dāng)載波頻率較高時(shí)，其輸出脈沖序列的基波電壓幅值與所要求的等效正弦波幅值相等。故這種調(diào)制方式能很好地滿足異步電機(jī)變壓變頻的要求。通過對(duì)其頻譜的分析，還證明了提高載波頻率，可以有效抑制諧波電壓和電流，從而改善電機(jī)的運(yùn)行性能。（2）專為電機(jī)控制而設(shè)計(jì)的單片機(jī)8OC196MC能方便可靠地實(shí)現(xiàn)雙極性SPWM調(diào)制，特別適用于高頻逆變場合。其SPWM控制信號(hào)采用片內(nèi)WFG外設(shè)電路生成，用戶只需考慮調(diào)制函數(shù)表的設(shè)定，依靠查表和計(jì)算就可以快速確定SPWM占空比，極大地簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。研究方案（包括有關(guān)方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)手段、關(guān)鍵技術(shù)等）1.設(shè)計(jì)構(gòu)圖的主要思想方法及技術(shù)路線主要由主電路、驅(qū)動(dòng)電路、控制電路以及保護(hù)電路構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖3-7a,b,c，控制電路以80C51為核心，輸出六路互補(bǔ)SPWM波形，輸入和電位器模擬輸入兩種輸入方式，可以用鍵盤數(shù)字電流檢測以及測速碼盤的接入口在控制電路中全都預(yù)留有接口，驅(qū)動(dòng)電路是控制電路和主電路之間的接口電路，主要完成SPWM波形的隔離、放大，然后驅(qū)動(dòng)主電路。a控制電路框圖b驅(qū)動(dòng)電路框圖C主電路方框圖2.研究的重點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)手段該系統(tǒng)以單片機(jī)為核心，采用新型三相SPWM專用芯片80C51組成的三相脈寬調(diào)制逆變器控制電路組成性能良好的新型全數(shù)字化逆變器調(diào)速系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有不僅需少量的外圍元件，而且無需繁雜的軟件編程等優(yōu)點(diǎn)。3.關(guān)鍵技術(shù)首先畫出系統(tǒng)原理框圖及對(duì)應(yīng)的主電路圖，之后畫出并分析單片機(jī)的最小系統(tǒng)及相應(yīng)的單片機(jī)，在軟件設(shè)計(jì)中主要是利用80C51單片機(jī)組成的三相脈寬調(diào)制逆變器控制電路組成性能良好的新型全數(shù)字化逆變器調(diào)速系統(tǒng)。規(guī)劃電路板尺寸，合理的把元器件放在電路板上，完成電路板的設(shè)計(jì)。4.設(shè)計(jì)材料80C51單片機(jī)、存儲(chǔ)器74HC573、WG_PROTECT、驅(qū)動(dòng)芯片IR21lO、MAX6495–MAX6499、按鍵電路、軟件開發(fā)及合適的硬件、電路板的制作工具和材料等。四、設(shè)計(jì)或研究計(jì)劃進(jìn)度總時(shí)間為20周，自2017年12月12日開始，至2018年6月結(jié)束。分5階段：1.畢業(yè)實(shí)習(xí)階段：4周，2017年12月12日~2018年1月6日,在單位實(shí)習(xí),增強(qiáng)實(shí)踐動(dòng)手能力；2.分析、研究、開題論證階段：2018年1月7日~2月17日,查閱資料書和閱讀相關(guān)文獻(xiàn)；3.設(shè)計(jì)、實(shí)施階段、論文編寫。2018年2月18日~4月30日,按照自己的設(shè)計(jì)思想,做出實(shí)物并調(diào)試和編寫論文；4.初審、打印、評(píng)閱階段。2018年5月1日~5月15日。指導(dǎo)教師進(jìn)行論文審閱（至少審三稿）；5.答辯、總結(jié)、成績評(píng)定階段。2018年5月16日~6月15日。五、設(shè)計(jì)（論文）的預(yù)期成果與特色或創(chuàng)新之處系統(tǒng)選用單片機(jī)80C51為核心，設(shè)計(jì)并制造了一套全數(shù)字化SPWM變頻器調(diào)速系統(tǒng)，通過對(duì)8位單片機(jī)80C51的波形發(fā)生器輸出信號(hào)施加三相正弦函數(shù)調(diào)制和電壓幅值調(diào)制，使得其V/F控制策略在軟件上得以實(shí)現(xiàn)，并具有以下功能：1.升變頻后的最大轉(zhuǎn)矩，得到較好的控制特性；2.提高載波頻率，可以有效抑制諧波電壓和電流，從而改善電機(jī)的運(yùn)行性能；3.當(dāng)學(xué)習(xí)時(shí)間達(dá)到45分鐘時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警；4.依靠查表和計(jì)算就可以快速確定SPWM占空比，極大地簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；5.實(shí)驗(yàn)表明，使用集成混合驅(qū)動(dòng)電路具有較高的可靠性。六、指導(dǎo)教師意見