核心提示：　　應(yīng)用與設(shè)計(jì)自校正模糊控制交流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整器的研究與設(shè)計(jì)許陽(yáng)明，徐濟(jì)仁，王可人，王皓（電子工程學(xué)院，安徽，合肥230037）率的設(shè)計(jì)方案，給出了該實(shí)現(xiàn)方案的硬件電路和軟件程序框圖，同時(shí)給出了。使用時(shí)

　　應(yīng)用與設(shè)計(jì)自校正模糊控制交流電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整器的研究與設(shè)計(jì)許陽(yáng)明，徐濟(jì)仁，王可人，王皓（電子工程學(xué)院，安徽，合肥230037）率的設(shè)計(jì)方案，給出了該實(shí)現(xiàn)方案的硬件電路和軟件程序框圖，同時(shí)給出了。使用時(shí)，可通過(guò)設(shè)置電位器的電阻大小，并經(jīng)A/D輸入單片機(jī)來(lái)預(yù)設(shè)速度；單片機(jī)通過(guò)同步電路與220V交流電源同步，并通過(guò)輸出脈沖控制晶閘管的通斷，從而控制電動(dòng)機(jī)的速度，同時(shí)將電電路結(jié)構(gòu)原理圖動(dòng)機(jī)的速度通過(guò)速度檢測(cè)裝置（霍爾開(kāi)關(guān)）反饋給單片機(jī)以形成閉環(huán)。

　　22單片機(jī)電路的功能原理該設(shè)計(jì)中單片機(jī)電路的功能原理圖如所示。它由5V直流副電源和220V交流主電源、單片機(jī)、雙向晶閘管開(kāi)關(guān)和電機(jī)整流電路和霍爾開(kāi)關(guān)組成。其中，單片機(jī)的腳1（Vdl）接+5V，腳8（Vss）接地，其它引腳的功能與設(shè)計(jì)如下：GP3用于上電復(fù)位。在通電的瞬間，C3通過(guò)R2充電，GP3以經(jīng)延遲后低電平觸發(fā)。延遲的大小和CPU的頻率有關(guān)，對(duì)于PIC12F675單片機(jī)，延遲只要大于72ms就可以了。GP3外的電阻可以選1kfi，電容應(yīng)大于0.1UF.二極管D2的作用是在電源快速反復(fù)通斷時(shí)，保證C3電容能及時(shí)放電。

　　GP4主要用于速度信息的輸入。該腳外的電位器R1用于為GP4輸入一個(gè)電平（GP4在這里的功能是10位A/D轉(zhuǎn)換器）。該輸入電平通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后，用于給單片機(jī)輸入一個(gè)預(yù)設(shè)速度。將該速度和實(shí)際速度進(jìn)行比較，并計(jì)算出速度的偏差，然后查表或通過(guò)算法便可以得到延遲T，。電位器R1的阻值應(yīng)較大（在1⑴kfi左右），以減少5V副電源的負(fù)載壓力。

　　流電源頻率不是很穩(wěn)，因此，為了保證延遲T（1的精確，應(yīng)通過(guò)R5輸入交流信號(hào)進(jìn)行同步。GP2在這里的功能也是A/D轉(zhuǎn)換器，它可將通過(guò)R5輸入的交流信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)。R5的阻值要大約在1Mfi左右。因?yàn)镽5直接接在220V的交流電源上，而單片機(jī)的輸入電流不能太大。

　　（4）通過(guò)GP0可輸入霍爾器件產(chǎn)生的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速信號(hào)。

　　霍爾開(kāi)關(guān)是用于磁場(chǎng)檢測(cè)的半導(dǎo)體傳感器，霍爾開(kāi)關(guān)的實(shí)際接線圖如所示，PIC12F675的1腳接5V直流電源，2腳接地，3腳輸出頻率脈沖給單片機(jī)的GP0腳。

　　在正常工作時(shí)，霍爾開(kāi)關(guān)被放置在電動(dòng)機(jī)內(nèi)按周期強(qiáng)度和方向發(fā)生變化的磁場(chǎng)中。其輸出電壓的大小隨著垂直通過(guò)霍爾開(kāi)關(guān)半導(dǎo)體薄片的磁場(chǎng)的強(qiáng)度變化，霍爾開(kāi)關(guān)有電流式和開(kāi)關(guān)式兩種。電流式霍爾開(kāi)關(guān)輸出的是模擬信號(hào)，可完全包含磁通量的變化情況；而開(kāi)關(guān)式霍爾開(kāi)關(guān)則由于集成了比較器，因而可直接輸出數(shù)字信號(hào)。本設(shè)計(jì)采用數(shù)字式無(wú)疑是最方便的。如果采用電流式，由于選用的是功能全面的自帶比較器的PIC12F675單片機(jī)，它的GP1腳上輸入的一個(gè)門(mén)限電平（由兩個(gè)電阻分壓得到）通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部的比較器和GP0腳的轉(zhuǎn)速模擬信號(hào)進(jìn)行比較，也可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)檢測(cè)。

　　由于實(shí)際的霍爾開(kāi)關(guān)要接在電動(dòng)機(jī)的線圈附近，手工改造電動(dòng)機(jī)相對(duì)比較困難。因此，該設(shè)計(jì)為了方便演示，可以使用一個(gè)由555定時(shí)器設(shè)計(jì)的多諧振蕩器產(chǎn)生的頻率脈沖信號(hào)來(lái)替代霍爾開(kāi)關(guān)的輸出信號(hào)。

　　（5）GP5腳輸出的低電平脈沖用于觸發(fā)雙向晶閘管開(kāi)關(guān)，其腳輸出低電平脈沖的時(shí)間是由延遲Td決定的，要保證和主電源同步才能使相位平穩(wěn)的前后移動(dòng)。GP5腳的低脈沖可以使雙向晶閘管開(kāi)關(guān)保持導(dǎo)通，直到220V電源反向。

　　此外，在實(shí)際應(yīng)用中，雙向晶閘管開(kāi)關(guān)對(duì)觸發(fā)電路的要求如下：雙向晶閘管開(kāi)關(guān)從截止到完全導(dǎo)通需要一定的時(shí)間（一般在10US下），所以觸發(fā)脈沖的寬度要在10us以上，最好為20~ 5（Us.如果是感性負(fù)載，由于電流上升比較慢，實(shí)際上還需要更寬的脈沖寬度。

　　觸發(fā)電路要有足夠大的電壓和電流。電壓應(yīng)在4~10V，電流要大于10mA，所以可使用5V的副電源。在雙向晶閘管開(kāi)關(guān)和GP5之間應(yīng)接一個(gè)0.2kD的電阻。

　　不觸發(fā)時(shí)的電壓應(yīng)小于Q脈沖的前沿要盡量陡，應(yīng)在1tUs以下。

　　3軟件的實(shí)現(xiàn)是該設(shè)計(jì)中轉(zhuǎn)速和檢測(cè)信號(hào)的波形時(shí)序圖，是本設(shè)計(jì)方案的軟件程序流程圖。該程序的主要步驟是復(fù)位、初始化、設(shè)置GP2上升沿中斷、設(shè)置A/D通道GP4、讀取電位器設(shè)定的速度值n（n經(jīng)過(guò)A/D）和讀取Td預(yù)先設(shè)定值等。當(dāng)交流電源變?yōu)樨?fù)半周期時(shí)，設(shè)置GP2下降沿觸發(fā)和延遲Td即可輸出寬度為T(mén)g的脈沖，同時(shí)設(shè)置GP0接收中斷源請(qǐng)求等。一般當(dāng)霍爾開(kāi)關(guān)輸入為上升沿時(shí)中斷，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，而當(dāng)霍爾開(kāi)關(guān)再輸入一個(gè)上升沿中斷時(shí)，計(jì)數(shù)器停止，并記下數(shù)值a，最后在通過(guò)比例積分調(diào)節(jié)算軟件程序流程圖法計(jì)算出延遲Td后清除n和a.當(dāng)交流電源變?yōu)檎胫芷跁r(shí)，在設(shè)置GP2上升沿觸發(fā)、設(shè)置A/D通道GP4、等待中斷、補(bǔ)償延遲T.、延遲Td以及觸發(fā)脈沖Tg后，便可通過(guò)GP4讀取設(shè)置速度n.設(shè)計(jì)時(shí)正負(fù)周期的程序循環(huán)進(jìn)行。通過(guò)計(jì)數(shù)器的數(shù)值a計(jì)算轉(zhuǎn)速s的算式如下：其中，f是十六位計(jì)數(shù)器1的頻率，為1MHz.實(shí)際上，通過(guò)n和a由單片機(jī)計(jì)算延遲td需要一個(gè)準(zhǔn)確的算法。數(shù)字調(diào)節(jié)算法一般選擇PI算法，這是在工業(yè)過(guò)程控制中應(yīng)用最廣泛的一種控制形式。其作用在于能夠集比例調(diào)節(jié)的快速和積分調(diào)節(jié)的清除靜差作用于一體，從而使系統(tǒng)的靜、動(dòng)特性都有所改善。

　　4結(jié)論本文設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)單易行的電動(dòng)機(jī)調(diào)速器雖然解決了電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率問(wèn)題，也比較簡(jiǎn)單實(shí)用。但也有一些需要改進(jìn)的地方，尤其在軟件方面，還需要加強(qiáng)功能，以提高算法的效率和準(zhǔn)確性。