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目錄一、實驗?zāi)康暮腿蝿?wù) -2-二、實驗設(shè)備介紹 -2-三、硬件電路 -2-1.變頻器的簡介 -2-2.變頻器的使用 -3-3.變頻器的端子說明 -4-4．變頻器輔助功能 -5-四、控制電路 -5-五、PID控制 -6-六、心得體會 -7-七、附錄 -8-一、實驗?zāi)康暮腿蝿?wù)通過這次課程設(shè)計，目的在于掌握如何用DSP控制變頻器，再通過變頻器控制異步電動機實現(xiàn)速度的閉環(huán)控制。為實現(xiàn)閉環(huán)控制，我們需完成相應(yīng)的任務(wù)：1、通過變頻器控制電機的五段調(diào)速。2、通過示波器輸出電機速度變化的梯形運行圖與s形運行圖。3、通過單片機實現(xiàn)電機轉(zhuǎn)速的開環(huán)控制。4、通過單片機實現(xiàn)電機的閉環(huán)控制。二、實驗設(shè)備介紹裝有ccs4.2軟件的個人計算機，含有ADC模塊的51單片機開發(fā)板一套，變頻器一個，導(dǎo)線若干條。三、硬件電路1.變頻器的簡介變頻器（Variable-frequencyDrive，VFD）是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設(shè)備。變頻器主要由整流（交流變直流）、濾波、逆變（直流變交流）、制動單元、驅(qū)動單元、等組成。變頻器靠內(nèi)部IGBT的開斷來調(diào)整輸出電源的電壓和頻率，變頻器還有很多的保護(hù)功能。隨著工業(yè)自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應(yīng)用。2.變頻器的使用變頻器事物圖變頻器原理圖3.變頻器的端子說明變頻器的實物端子分布如下：端子功能表格對應(yīng)如下：端子功能說明出廠設(shè)定(NPN模式)MI1正轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)-停止指令MI1-DCM導(dǎo)通時(ON)表示正轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)；斷路時(OFF)表示減速停止MI2反轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)-停止指令MI2-DCM導(dǎo)通時(ON)表示反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運轉(zhuǎn)；斷路時(OFF)表示減速停止MI3多功能輸入選擇三MI3-MI6功能選擇可參考參數(shù)04.05-04.08多功能輸入選擇導(dǎo)通時(ON)動作電流為5.5Ma;斷路時(OFF),容許漏電流為10uAMI4多功能輸入選擇四MI5多功能輸入選擇五MI6多功能輸入選擇六RA多功能Relay輸出接點(常開a)電阻式負(fù)載：5A(N.O.)/3A(N.C.)240Vac；5A(N.O.)/3A(N.C.)24Vdc電感性負(fù)載：1.5A(N.O.)/0.5A(N.C.)240Vac；1.5A(N.O.)/0.5A(N.C.)24Vdc輸出各種監(jiān)視訊率等信號。RB多功能Relay輸出接點(常閉b)RC多功能Relay輸出接點共同端+10V速度設(shè)定電源模擬頻率設(shè)定用電源+10VdcACM模擬控制信號共同端模擬信號共同端子4．變頻器輔助功能依參數(shù)的屬性區(qū)分為11個參數(shù)群，使參數(shù)設(shè)定上更加容易。在大部份的應(yīng)用中，使用者可根據(jù)參數(shù)群中相關(guān)的參數(shù)設(shè)定，完成啟動前的設(shè)定。11個參數(shù)群分別為：00:用戶參數(shù)01:基本參數(shù)02:操作方式參數(shù)03：輸出功能參數(shù)04：輸入功能參數(shù)05：多段速參數(shù)06：保護(hù)功能參數(shù)07：電機參數(shù)08：特殊參數(shù)09：通信參數(shù)10：PID控制參數(shù)。四、控制電路由于51單片機的輸出最高電壓是5V，如果用pwm輸出控制易受電機反電動勢的影響，所以采用數(shù)模轉(zhuǎn)換增強電路的穩(wěn)定性。89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，89C2051是它的一種精簡版本。89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。五、PID控制PID控制原理PID調(diào)節(jié)器由比例調(diào)節(jié)器(P)，積分調(diào)節(jié)器(I)和微分調(diào)節(jié)器(D)構(gòu)成，它通過對偏差值的比例積分和微分運算后，用計算所得的控制量來控制被控對象．下圖所示為PID控制系統(tǒng)框圖。PPID變頻器器電機PID控制系統(tǒng)框圖單片機控制系統(tǒng)通過A／D電路檢測輸出值s，并計算偏差e和控制變量y，再經(jīng)D／A轉(zhuǎn)換后輸出給執(zhí)行機構(gòu)，從而實現(xiàn)縮小或消除輸出偏差的目的，使系統(tǒng)輸出值s穩(wěn)定在給定值區(qū)域內(nèi)。在計算機控制過程中，整個計算過程采用的是數(shù)值計算方法，當(dāng)采樣周期足夠小時，這種數(shù)值近似計算相當(dāng)誰確，使離散的被控過程與連續(xù)過程相當(dāng)接近。圖2為單片機閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖J。PID算法是將描述連續(xù)過程的微分方程轉(zhuǎn)化為差分方程，然后，根據(jù)差分方程編制計算程序來進(jìn)行控制計算的。另外在PID控制中，由于PID算式選擇的不同，最終所得到的控制效果是不同的。下面進(jìn)行PID控制算法的研究，下圖是單片機的控制過程：單片機生產(chǎn)過程A/D電路D/A電路單片機生產(chǎn)過程A/D電路D/A電路六、心得體會一周的變頻器課程設(shè)計終于拉下了序幕。本次課程設(shè)計讓我對變頻器有了初步的認(rèn)識，對如何使用操作變頻器的各個功能有了一定的了解，初步了解了變頻器的基本操作。并且更加熟悉了單片機的相關(guān)操作。在課程設(shè)計的第一節(jié)課，老師就發(fā)了變頻器操作手冊的PPT，這充分的鍛煉了我們的自學(xué)能力。這樣通過自學(xué)掌握的知識更容易牢記。不過由于是第一次接觸變頻器，所以對這些相關(guān)知識不是很理解，在進(jìn)行實驗時對操作模模糊糊。不過在班上學(xué)霸以及張老師的悉心教導(dǎo)下，在小組成員的共同努力合作下，我們終于有驚無險的完成了本次實驗并通過了驗收。在此對幫助過我的同學(xué)及老師致以深深的感謝。七、附錄閉環(huán)PID程序：#include<lcd_1602.h>unsignedchartab[8];voiddelay(uintz) //延時函數(shù){ uintx,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=110;y>0;y--);}voidinit_1602(){ RW=0; //由于1602只用到寫，沒有用到讀，RW常為0； write_cmd(0x38); //使用8位數(shù)據(jù)，顯示兩行，使用5*7字型 write_cmd(0x0c); //不顯示光標(biāo) write_cmd(0x06); //字符不動光標(biāo)右移一格 write_cmd(0x01); //清屏 lcd_add(0x00); write_str("CurrentFr:");}voidwrite_cmd(ucharcmd) //寫命令函數(shù){ RS=0; E=0; P0=cmd; delay(1); //延時一段時間使1602有一個反應(yīng)的時間 E=1; delay(1); E=0;}voidwrite_dat(uchardat) //寫數(shù)據(jù)函數(shù){ RS=1; E=0; P0=dat; delay(1); E=1; delay(1); E=0;}voidwrite_str(uchar*p) // 寫入一個字符串子函數(shù){ while(*p!='\0') { write_dat(*p); delay(100); p++; }}voidlcd_add(ucharadd) //寫入地址子函數(shù){write_cmd(add|0x80);//數(shù)據(jù)指針=80+地址變量}voiddisplay(ucharadd,uintdat){ uintVol; Vol=(uint)(dat*50.0*10/255); tab[0]=Vol/100+0x30; tab[1]=Vol%100/10+0x30; tab[2]='.'; tab[3]=Vol%10+0x30; tab[5]='H'; tab[6]='z'; lcd_add(add); //寫入數(shù)據(jù)地址add write_str(tab); //十位取模+0x30得到相應(yīng)的ASSICA碼顯示出來 }/*************************此部分為I2C總線的驅(qū)動程序*************************************/#include<reg52.h>#include<intrins.h>#include<I2C.H>#defineNOP()_nop_()/*定義空指令*/#define_Nop()_nop_()/*定義空指令*/sbitSCL=P2^1;//I2C時鐘sbitSDA=P2^0;//I2C數(shù)據(jù)bitack;/*應(yīng)答標(biāo)志位*/ /*******************************************************************起動總線函數(shù)函數(shù)原型:voidStart_I2c();功能:啟動I2C總線,即發(fā)送I2C起始條件.********************************************************************/voidStart_I2c(){SDA=1;/*發(fā)送起始條件的數(shù)據(jù)信號*/_Nop();SCL=1;_Nop();/*起始條件建立時間大于4.7us,延時*/_Nop();_Nop();_Nop();_Nop();SDA=0;/*發(fā)送起始信號*/_Nop();/*起始條件鎖定時間大于4μs*/_Nop();_Nop();_Nop();_Nop();SCL=0;/*鉗住I2C總線，準(zhǔn)備發(fā)送或接收數(shù)據(jù)*/_Nop();_Nop();}/*******************************************************************結(jié)束總線函數(shù)函數(shù)原型:voidStop_I2c();功能:結(jié)束I2C總線,即發(fā)送I2C結(jié)束條件.********************************************************************/voidStop_I2c(){SDA=0;/*發(fā)送結(jié)束條件的數(shù)據(jù)信號*/_Nop();/*發(fā)送結(jié)束條件的時鐘信號*/SCL=1;/*結(jié)束條件建立時間大于4μs*/_Nop();_Nop();_Nop();_Nop();_Nop();SDA=1;/*發(fā)送I2C總線結(jié)束信號*/_Nop();_Nop();_Nop();_Nop();}/*******************************************************************字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送函數(shù)函數(shù)原型:voidSendByte(UCHARc);功能:將數(shù)據(jù)c發(fā)送出去,可以是地址,也可以是數(shù)據(jù),發(fā)完后等待應(yīng)答,并對此狀態(tài)位進(jìn)行操作.(不應(yīng)答或非應(yīng)答都使ack=0)發(fā)送數(shù)據(jù)正常，ack=1;ack=0表示被控器無應(yīng)答或損壞。********************************************************************/voidSendByte(unsignedcharc){unsignedcharBitCnt;for(BitCnt=0;BitCnt<8;BitCnt++)/*要傳送的數(shù)據(jù)長度為8位*/{if((c<<BitCnt)&0x80)SDA=1;/*判斷發(fā)送位*/elseSDA=0;_Nop();SCL=1;/*置時鐘線為高，通知被控器開始接收數(shù)據(jù)位*/_Nop();_Nop();/*保證時鐘高電平周期大于4μs*/_Nop();_Nop();_Nop();SCL=0;}_Nop();_Nop();SDA=1;/*8位發(fā)送完后釋放數(shù)據(jù)線，準(zhǔn)備接收應(yīng)答位*/_Nop();_Nop();SCL=1;_Nop();_Nop();_Nop();if(SDA==1)ack=0;elseack=1;/*判斷是否接收到應(yīng)答信號*/SCL=0;_Nop();_Nop();}/*******************************************************************字節(jié)數(shù)據(jù)接收函數(shù)函數(shù)原型:UCHARRcvByte();功能:用來接收從器件傳來的數(shù)據(jù),并判斷總線錯誤(不發(fā)應(yīng)答信號)，發(fā)完后請用應(yīng)答函數(shù)應(yīng)答從機。********************************************************************/unsignedcharRcvByte(){unsignedcharretc;unsignedcharBitCnt;retc=0;SDA=1;/*置數(shù)據(jù)線為輸入方式*/for(BitCnt=0;BitCnt<8;BitCnt++){_Nop();SCL=0;/*置時鐘線為低，準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)位*/_Nop();_Nop();/*時鐘低電平周期大于4.7μs*/_Nop();_Nop();_Nop();SCL=1;/*置時鐘線為高使數(shù)據(jù)線上數(shù)據(jù)有效*/_Nop();_Nop();retc=retc<<1;if(SDA==1)retc=retc+1;/*讀數(shù)據(jù)位,接收的數(shù)據(jù)位放入retc中*/_Nop();_Nop();}SCL=0;_Nop();_Nop();return(retc);}/********************************************************************應(yīng)答子函數(shù)函數(shù)原型:voidAck_I2c(bita);功能:主控器進(jìn)行應(yīng)答信號(可以是應(yīng)答或非應(yīng)答信號，由位參數(shù)a決定)********************************************************************/voidAck_I2c(bita){if(a==0)SDA=0;/*在此發(fā)出應(yīng)答或非應(yīng)答信號*/elseSDA=1;_Nop();_Nop();_Nop();SCL=1;_Nop();_Nop();/*時鐘低電平周期大于4μs*/_Nop();_Nop();_Nop();SCL=0;/*清時鐘線，鉗住I2C總線以便繼續(xù)接收*/_Nop();_Nop();}#include<reg52.h>#include<I2C.H>#include<lcd_1602.h>#definePCF85910x90//PCF8591地址intLedNumVal,flag;floatess[3],out,dout;intspeed;floatvaim,vol;floatkp,ki,kd;/*******************************************************************DAC變換,轉(zhuǎn)化函數(shù)*******************************************************************/bitDACconversion(unsignedcharsla,unsignedcharc,unsignedcharVal){Start_I2c();//啟動總線SendByte(sla);//發(fā)送器件地址if(ack==0)return(0);SendByte(c);//發(fā)送控制字節(jié)if(ack==0)return(0);SendByte(Val);//發(fā)送DAC的數(shù)值if(ack==0)return(0);Stop_I2c();//結(jié)束總線return(1);}/*******************************************************************ADC發(fā)送字節(jié)[命令]數(shù)據(jù)函數(shù)*******************************************************************/bitISendByte(unsignedcharsla,unsignedcharc){Start_I2c();//啟動總線SendByte(sla);//發(fā)送器件地址if(ack==0)return(0);SendByte(c);//發(fā)送數(shù)據(jù)if(ack==0)return(0);Stop_I2c();//結(jié)束總線return(1);}/*******************************************************************ADC讀字節(jié)數(shù)據(jù)函數(shù)*******************************************************************/unsignedcharIRcvByte(unsigned