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《东华大学》 2011年
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基于CAN总线的嵌入式变频调速系统的研究与实现

冯杏辉  
【摘要】:随着电力电子技术、微处理器控制技术、现场总线控制技术以及电机控制技术的发展,交流电机的调速性能越来越好。目前交流调速系统有取代直流调速系统的趋势。但国民经济和科学技术的发展,对交流电机的控制性能提出了更高的要求,包括更高的调速精度、更快的响应等。而矢量控制技术是将异步电机的定子电流分解励磁分量和转矩分量并分别加以控制,实现磁通和转矩的解耦控制,从而将异步电机成模拟成直流电机来进行控制并达到其控制效果。基于它的这些优点,矢量控制技术在交流调速系统中应用非常广泛。 自适应遗传算法适于解决复杂的、非线性的问题,完全符合异步电机的多参数、非线性的特点,所以可用于对异步电机的控制器参数进行优化。应用自适应遗传算法优化后的参数比靠经验来获得的参数能获得更加理想的结果。 本文研究基于CAN总线的嵌入式变频调速系统的研究与实现。提出了基于自适应遗传算法优化速度控制器参数的方法,并与经验所得参数的结果进行比较与分析;由于S3C44B0本身不带有CAN总线接口,提出了一种外扩CAN接口的方法;移植μC/OS-Ⅱ实时操作系统内核移植到S3C44B0上;最后,利用VC++6.0编写串口应用程序,完整设计异步电机的监控软件系统。论文的主要研究内容和创新点如下: 1.基于自适应遗传算法优化异步电机控制器参数的研究。提出了一种基于自适应遗传算法优化异步电机速度控制器参数的方法。为了使系统响应时间短,尽可能减少误差,选用PI控制器,结合异步电机的多变量、非线性特性,采用自适应遗传算法对PI参数进行优化;为了说明采用此方法的优越性,本文还采用了速度控制器的经验所得参数进行仿真。利用MATLAB进行仿真表明,采用自适应遗传算法获得的参数获得的速度曲线无超调、响应快,效果非常好。 2.基于S3C44BO的异步电机调速系统软、硬件设计。设计了基于S3C44B0的异步电机调速系统的软、硬件。异步电机调速系统中涉及到电流、转速检测电路、功率变换电路等,这些电路对于整个系统的运行至关重要;软件设计要运行在硬件设计基础上,其中包括对矢量控制涉及到的各个变量进行编码、I/O口的初始化、各个控制位的设值等;最后实行软、硬件联调,使之能够实现我们预期的效果。 3. S3C44B0外扩CAN接口并移植μC/OS-Ⅱ到S3C44B0上。本文与上位机的通信采用CAN总线,由于S3C44B0本身不带有CAN接口,为利用CAN这种稳定传输数据的现场总线,提出了利用MCP2510芯片对之进行扩展的方法;将μC/OS-Ⅱ实时操作系统内核移植到S3C44B0上;通过利用VC++6.0编写串口通信,设计出一个对异步电机的监控系统。该监控系统可以实现只能由经过授权的人进行控制,并显示出实时的速度曲线,对于控制者来说具有易于操作的优点,适合工作人员的现场作业。
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