一种适用于脉冲型负载的智能变频调速装置及其控制方法

摘要

本发明提供了一种适用于脉冲型负载的智能变频调速装置，其特征在于，智能变频调速装置的输入是单相交流电，输出是频率和电压可调的三相交流电；且智能变频调速装置的硬件电路由主电路和控制电路组成；本发明还提供了一种适用于脉冲型负载的智能变频调速装置的控制方法，其特征在于，控制方法是通过软件算法控制硬件电路实现的；且软件算法由主程序和子程序组成。本发明的有益效果在于：本发明提供的智能变频调速装置能够实现连续变频，转速平滑变化，稳定性好，生产成本低，性价比高，且本发明提供的控制方法可推广用于含有三相异步电动机的民用家电，可以减少家用电器的生产成本，具有广阔的商业前景。

权利要求

1.一种适用于脉冲型负载的智能变频调速装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法是通过软件算法控制所述适用于脉冲型负载的智能变频调速装置的硬件电路实现的；

所述硬件电路由主电路和控制电路组成，其中所述主电路包括整流滤波电路、逆变电路，所述控制电路包括主控芯片电路、按键和显示电路、直流信号检测电路、交流信号检测电路、转速检测电路、隔离和SPWM驱动电路、辅助电源电路、工作指示灯电路、继电器驱动电路；

所述适用于脉冲型负载的智能变频调速的输入是单相交流电，输出是电压频率和幅值可调的三相交流电；

所述整流滤波电路由整流电路和滤波电路组成，其中所述整流电路是通过整流模块工作的，所述滤波电路是通过两个滤波电容并联工作的；且所述整流模块和所述滤波电容之间接有限流电阻，所述限流电阻上配置有电路驱动继电器；所述逆变电路是通过智能功率模块IPM工作的；所述主控芯片电路的功能是根据接收到的按键指令，直流信号检测电路、交流信号检测电路、转速检测电路的反馈信号，做出逻辑判断，输出控制所述逆变电路中IGBT开通和关断的SPWM控制信号；所述主控芯片电路是通过主控芯片工作的；所述主控芯片选用STM32F103ZET6微处理器；

所述按键和显示电路的功能是通过按键接收信号，并将信号以按键指令的形式输出给主控芯片电路，主控芯片通过显示电路将信号输出给显示模块；所述按键和显示电路是通过三个按键模块和显示模块来工作的，所述三个按键模块分别对应加速、减速和启停指令，所述显示模块选用12864液晶显示模块；

所述直流信号检测电路的功能是采集直流电压、电流信号，运算放大后以电压反馈信号的形式输出给主控芯片电路；所述交流信号检测电路的功能是对三相异步电动机定子电流进行采样，调整为0V至3.3V电压信号，以电压反馈信号的形式输出给主控芯片电路；所述交流信号检测电路是通过采样电阻和双向电流检测模块AD8210工作的；

所述转速检测电路的功能是采集光电编码器输出的脉冲信号，经过三极管放大、电容和光电耦合器整形和隔离后，以转速反馈信号的形式输出给主控芯片电路；所述隔离和SPWM驱动电路是通过隔离模块和SPWM驱动电路工作的，所述SPWM驱动电路采用带载能力强的上拉电阻形式；

所述辅助电源电路的功能是降低市供220V单相交流电的电压，以满足不同电路对电压的要求；所述工作指示灯电路的功能是指示电路工作状态，是通过红色LED灯驱动电路工作的；

所述软件算法由主程序和子程序组成，其中所述主程序是系统初始化函数，所述子程序包括SPWM生成程序、转速检测程序、模数转换ADC程序、按键和显示程序、反馈计算程序；

所述主程序：对各个程序函数进行初始化，然后进入系统自检，若所述系统自检结果为不通过，则返回上一级重新对所述程序函数进行初始化，之后再次进行系统自检；若系统自检结果为通过，则开始运行各子程序，直至全部程序运行结束；

所述SPWM生成程序：使用定时器输出6路SPWM波，通过查表法配置SPWM波控制信号的占空比，并进行相序拟合，使所述逆变电路输出的三相交流电信号相差120度；

所述转速检测程序：利用所述定时器的输入捕获功能，在IO口检测光电编码器捕获的单相脉冲信号的高电平持续时间，若所述高电平持续时间过短或未检测到所属单相脉冲信号，则认定为系统出现故障，停止SPWM波输出；

所述模数转换ADC程序：将直流信号检测电路和交流信号检测电路的电压反馈信号输入至主控芯片，所述主控芯片对电压值进行模数转换，若与设定值之间的偏差较大，则停止SPWM波输出；

所述按键和显示程序：通过按键进行启停和加减速控制，并通过按键模块设定转速设定值，通过显示模块实时显示电机状态量；

所述反馈计算程序：将转速反馈信号、直流信号检测电路反馈信号、交流信号检测电路反馈信号分别与设定值进行比较，根据比较结果采用模糊频率控制器/电流幅值PI控制器相结合的模糊/PI两段控制算法刷新SPWM波脉冲信号；

所述模糊/PI两段控制算法是指：当转速误差值不为零时，主控芯片首先判断是加/减速命令还是在稳态阶段由于扰动引起的转速改变；若是加/减速命令，则模糊频率控制起主导作用，且所述模糊频率控制由模糊频率控制器执行；若是在稳态阶段由于扰动引起的转速改变，则电流幅值PI控制起主导作用，且所述电流幅值PI控制由电流幅值PI控制器执行；

所述转速误差值是指转速设定值和转速反馈信号的差值；

所述模糊频率控制器的工作过程为：将转速误差值、转速设定值作为模糊频率控制器的输入，之后所述模糊频率控制器依次进行模糊化、模糊逻辑推理和解模糊化过程，最终输出控制电机转子速度的转差频率值；其中，所述模糊化的输入值是转速误差值和转速设定值，输出值是转速误差值的模糊语言值、转速设定值的模糊语言值、转速误差值的隶属度、转速设定值的隶属度；所述模糊逻辑推理的输入值是所述模糊化的输出值，输出值是转差频率值的模糊语言值和转差频率值的隶属度；所述解模糊化的输入值是所述模糊逻辑推理的输出值，输出值是转差频率的精确值；

所述电流幅值PI控制器包括计算速度误差的减法器、PI模块、限幅模块，其工作过程为：收到加/减速命令时，转速误差值较大，PI模块有较大的输出值，这时需要通过限幅模块的作用，保证电机输入电流幅值保持不变；在稳态阶段，转速误差值较小，PI模块的输出值比限幅模块的限定值小，则转速受逆变器电流幅值控制。

2.根据权利要求1所述的一种适用于脉冲型负载的智能变频调速装置的控制方法，其特征在于，所述SPWM生成程序设置有死区时间，防止所述逆变电路同一桥臂上、下两个IGBT同时开通烧坏所述智能功率模块IPM。

3.根据权利要求1‑2任意一项所述的一种适用于脉冲型负载的智能变频调速装置的控制方法用于对三相异步电动机的变压变频调速。

说明书

一种适用于脉冲型负载的智能变频调速装置及其控制方法

技术领域

[0001] 本发明属于三相异步电动机调速控制技术领域，具体涉及一种适用于脉冲型负载的智能变频调速装置及其控制方法。

背景技术

[0002] 随着科技的发展，电动机的应用越来越广泛，采用的负载形式也呈现多样化的发展，其中很重要的一种形式为脉冲型负载形式，例如，在跑步机等健身器材中，广泛存在着
脉冲型负载。

[0003] 跑步机中的脉冲型负载是指使用者在跑或走时产生的负载转矩为脉冲型负载转矩，主要根据脉冲型负载转矩的频率、占空比和负载转矩幅值三个参数来描述。

[0004] 脉冲型负载下电动机的运行特性与普通负载有很大不同：常规负载只有在启停时会对电机造成单次冲击，而脉冲型负载不仅在启停时对变频调速控制器造成冲击，而且在
正常运行负载突变时也会对电机形成反复的加载与卸载作用，引起电压、电流大幅频繁变
化，进而影响控制器的输出特性。所以，当脉冲型负载作用于电动机时，会产生较大的电流
脉动和电压波动，给电机平稳运行、保证使用者自身和财产安全带来挑战。

[0005] 现有技术，对于在脉冲型负载扰动下的三相异步电动机调速控制采用的是PID控制方法，但是PID控制对于静态与动态性能之间的矛盾、跟踪设定值与抑制扰动之间的矛
盾、鲁棒性与控制性能之间的矛盾等没有很好地解决方案，而且PID控制器的参数一旦整定
好就固定不变，很难保证系统在负载变化前后都有良好的控制品质。基于PID控制方法会出
现电动机输出转速不稳、波动性大等问题，所以其不适应对脉冲型负载控制的需求，可以通
过采用比传统PID控制更先进的控制理论来解决以上问题。

[0006] 现在市场上的通用变频器，大部分采用变压变频控制方式，对各种不同性质的负载无差别对待，有的功能多，但是价格高，调速性能和特定需求不匹配，性能价格比不高。基
本的变频调速控制技术有四种：恒压频比控制、转速闭环转差频率控制、矢量控制和直接转
矩控制；近几年随着高动态性能控制技术的发展，开发了无速度传感器控制、磁链观测技
术、电机的智能控制以及参数辨识等控制技术。目前，在变频调速控制技术领域也引入了更
先进的控制理论，包括模糊控制、神经网络控制、自适应控制、反馈线性化控制、滑模变结构
控制、自抗扰控制、基于微分几何的精确线性化控制和基于遗传算法的控制以及人工智能
等。

发明内容

[0007] 为了弥补现有技术的不足，实现三相异步电动机在脉冲型负载扰动下加速/减速阶段、稳态阶段的持续稳定运行，本发明提供了一种适用于脉冲型负载的智能变频调速装
置及其控制方法。既能满足人们对于交流调速控制多样化的需求，也能在变频器应用领域
以高性价比的特点体现出一定的商业价值。

[0008] 本发明提供了一种适用于脉冲型负载的智能变频调速装置，其输入是单相交流电，输出是电压频率和幅值可调的三相交流电；且前述智能变频调速装置的硬件电路由主
电路和控制电路组成，其中前述主电路包括整流滤波电路、逆变电路，前述控制电路包括主
控芯片电路、按键和显示电路、直流信号检测电路、交流信号检测电路、转速检测电路、隔离
和SPWM驱动电路、辅助电源电路、工作指示灯电路、继电器驱动电路；

[0009] 前述整流滤波电路由整流电路和滤波电路组成，其中前述整流电路是通过整流模块工作的，前述滤波电路是通过两个滤波电容并联工作的；且前述整流模块和前述滤波电
容之间接有限流电阻，前述限流电阻上配置有电路驱动继电器；前述逆变电路是通过智能
功率模块IPM工作的；前述主控芯片电路的功能是根据接收到的按键指令，直流信号检测电
路、交流信号检测电路、转速检测电路的反馈信号，做出逻辑判断，输出控制前述逆变电路
中IGBT开通和关断的SPWM控制信号；前述主控芯片电路是通过主控芯片工作的；前述主控
芯片选用STM32F103ZET6微处理器；

[0010] 前述按键和显示电路的功能是通过按键接收信号，并将信号以按键指令的形式输出给主控芯片电路，主控芯片通过显示电路将信号输出给显示模块；前述按键和显示电路
是通过三个按键模块和显示模块来工作的，前述三个按键模块分别对应加速、减速和启停
指令，前述显示模块选用12864液晶显示模块；

[0011] 前述直流信号检测电路的功能是采集直流电压、电流信号，运算放大后以电压反馈信号的形式输出给主控芯片电路；前述交流信号检测电路的功能是对三相异步电动机定
子电流进行采样，调整为0V至3.3V电压信号，以电压反馈信号的形式输出给主控芯片电路；
前述交流信号检测电路是通过采样电阻和双向电流检测模块AD8210工作的；

[0012] 前述转速检测电路的功能是采集光电编码器输出的脉冲信号，经过三极管放大、电容和光电耦合器整形和隔离后，以转速反馈信号的形式输出给主控芯片电路；前述隔离
和SPWM驱动电路是通过隔离模块和SPWM驱动电路工作的，前述SPWM驱动电路采用带载能力
强的上拉电阻形式；

[0013] 前述辅助电源电路的功能是降低市供220V单相交流电的电压，以满足不同电路对电压的要求；前述工作指示灯电路的功能是指示电路工作状态，是通过红色LED灯驱动电路
工作的。

[0014] 本发明还提供了一种适用于脉冲型负载的智能变频调速装置的控制方法，是通过软件算法控制前述硬件电路实现的；且前述软件算法由主程序和子程序组成，其中前述主
程序是系统初始化函数，前述子程序包括SPWM生成程序、转速检测程序、模数转换ADC程序、
按键和显示程序、反馈计算程序；

[0015] 前述主程序：对各个程序函数进行初始化，然后进入系统自检，若前述系统自检结果为不通过，则返回上一级重新对前述程序函数进行初始化，之后再次进行系统自检；若系
统自检结果为通过，则开始运行各子程序，直至全部程序运行结束；

[0016] 前述SPWM生成程序：使用定时器输出6路SPWM波，通过查表法配置SPWM波控制信号的占空比，并进行相序拟合，使前述逆变电路输出的三相交流电信号相差120度；

[0017] 前述转速检测程序：利用前述定时器的输入捕获功能，在IO口检测光电编码器捕获的单相脉冲信号的高电平持续时间，若前述高电平持续时间过短或未检测到所属单相脉
冲信号，则认定为系统出现故障，停止SPWM波输出；

[0018] 前述模数转换ADC程序：将直流信号检测电路和交流信号检测电路的电压反馈信号输入至主控芯片，前述主控芯片对电压值进行模数转换，若与设定值之间的偏差较大，则
停止SPWM波输出；

[0019] 前述按键和显示程序：通过按键进行启停和加减速控制，并通过按键模块设定转速设定值，通过显示模块实时显示电机状态量；

[0020] 前述反馈计算程序：将转速反馈信号、直流信号检测电路反馈信号、交流信号检测电路反馈信号分别与设定值进行比较，根据比较结果采用模糊频率控制器/电流幅值PI控
制器相结合的模糊/PI两段控制算法刷新SPWM波脉冲信号。

[0021] 作为一种优选的方案，前述模糊/PI两段控制算法是指：当转速误差值不为零时，主控芯片首先判断是加/减速命令还是在稳态阶段由于扰动引起的转速改变；若是加/减速
命令，则模糊频率控制起主导作用，且前述模糊频率控制由模糊频率控制器执行；若是在稳
态阶段由于扰动引起的转速改变，则电流幅值PI控制起主导作用，且前述电流幅值PI控制
由电流幅值PI控制器执行；前述转速误差值是指转速设定值和转速反馈信号的差值；

[0022] 前述模糊频率控制器的工作过程为：将转速误差值、转速设定值作为模糊频率控制器的输入，之后前述模糊频率控制器依次进行模糊化、模糊逻辑推理和解模糊化过程，最
终输出控制电机转子速度的转差频率值；其中，前述模糊化的输入值是转速误差值和转速
设定值，输出值是转速误差值的模糊语言值、转速设定值的模糊语言值、转速误差值的隶属
度、转速设定值的隶属度；前述模糊逻辑推理的输入值是前述模糊化的输出值，输出值是转
差频率值的模糊语言值和转差频率值的隶属度；前述解模糊化的输入值是前述模糊逻辑推
理的输出值，输出值是转差频率的精确值；

[0023] 前述电流幅值PI控制器包括计算速度误差的减法器、PI模块、限幅模块，其工作过程为：收到加/减速命令时，转速误差值较大，PI模块有较大的输出值，这时需要通过限幅模
块的作用，保证电机输入电流幅值保持不变；在稳态阶段，转速误差值较小，PI模块的输出
值比限幅模块的限定值小，则转速受逆变器电流幅值控制。

[0024] 更为优选的是，前述SPWM生成程序设置有死区时间，防止前述逆变电路同一桥臂上、下两个IGBT同时开通烧坏前述智能功率模块。

[0025] 前述的一种适用于脉冲型负载的智能变频调速装置用于对三相异步电动机的变压变频调速。

[0026] 前述的一种适用于脉冲型负载的智能变频调速装置的控制方法用于对三相异步电动机的变压变频调速。

[0027] 本发明的有益效果在于：本发明提供的一种适用于脉冲型负载的智能变频调速装置及其控制方法具有以下优势：

[0028] ①本发明提供的智能变频调速装置的频率调节范围在2Hz至60Hz内，能够实现连续变频，转速平滑变化；

[0029] ②本发明提供的智能变频调速装置稳定性好，在三相异步电动机空载时，实际转速相对于给定转速的误差小于3％，由空载到负载时，静差率小于5％；

[0030] ③本发明提供的智能变频调速装置及其控制方法可以实现加速/减速阶段响应时间小于2s；

[0031] ④本发明提供的智能变频调速装置适用范围广，可用于额定功率在3kw以内的三相异步电动机驱动，不仅适用于脉冲型负载，也适用于其它具有波动性质的负载；

[0032] ⑤本发明提供的智能变频调速装置的生产成本低，性价比高，制作成本大约在200元左右；

[0033] ⑥本发明提供的智能变频调速装置体积小，金属外壳体积为16cm*14cm*15cm，节省安置空间；

[0034] ⑦本发明提供的智能变频调速装置及其控制方法可以通过按键控制电动机启停、加速和减速，显示模块可以显示实时转速、直流电压和电流等；

[0035] ⑧本发明提供的智能变频调速装置及其控制方法实现了自动控制调节，设定转速后，主控芯片通过反馈检测和逻辑判断输出适当的正弦脉宽调制波，控制逆变器模块输出
相应的三相交流电至三相异步电动机；

[0036] ⑨本发明提供的智能变频调速装置及其控制方法可推广用于含有三相异步电动机的民用家电，例如洗衣机、空调、跑步机等，由于该调速控制器的成本较低，可以减少家用
电器的生产成本，具有广阔的商业前景。

附图说明

[0037] 图1是本发明的一种适用于脉冲型负载的智能变频调速装置的硬件电路结构框图；

[0038] 图2是本发明的一种适用于脉冲型负载的智能变频调速装置的控制方法的软件算法结构框图；

[0039] 图3是本发明的一种适用于脉冲型负载的智能变频调速装置的控制方法中的模糊/PI两段控制算法的结构框图；

[0040] 图4是本发明的一种适用于脉冲型负载的智能变频调速装置的控制方法中的模糊频率控制器的结构组成及工作过程示意图；

[0041] 图5是本发明的一种适用于脉冲型负载的智能变频调速装置的控制方法中的电流幅值PI控制器的结构组成及工作过程示意图；

[0042] 图6是本发明的一种适用于脉冲型负载的智能变频调速装置及其控制方法用于对三相异步电动机的变压变频调速过程的示意图；

[0043] 图7是本发明的一种适用于脉冲型负载的智能变频调速装置及其控制方法用于对三相异步电动机的转速调节流程图。

具体实施方式

[0044] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的
实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获
得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0045] 1.一种适用于脉冲负载的智能变频调速装置

[0046] 该装置的输入是单相交流电，输出是频率和电压可调的三相交流电；且智能变频调速装置的硬件电路由主电路和控制电路组成，具体见图1，其中主电路包括整流滤波电
路、逆变电路，控制电路包括主控芯片电路、按键和显示电路、直流信号检测电路、交流信号
检测电路、转速检测电路、隔离和SPWM驱动电路、辅助电源电路、工作指示灯电路、继电器驱
动电路；

[0047] 整流滤波电路由整流电路和滤波电路组成，其中整流电路是通过整流模块工作的，滤波电路是通过两只滤波电容并联工作的；且整流模块和滤波电容之间接有限流电阻，
限流电阻上配置有电路驱动继电器，逆变电路是通过智能功率模块(IPM)工作的，主控芯片
电路的功能是根据接收到的按键指令，直流信号检测电路、交流信号检测电路、转速检测电
路的反馈信号，做出逻辑判断，输出控制逆变电路中IGBT开通和关断的SPWM控制信号；主控
芯片电路是通过主控芯片工作的；主控芯片选用STM32F103ZET6微处理器，按键和显示电路
的功能是通过按键接收信号，并将信号以按键指令的形式输出给主控芯片电路，主控芯片
通过显示电路将信号输出给显示模块；按键和显示电路是通过三个按键模块和显示模块来
工作的，三个按键模块分别对应加速、减速和启停指令，显示模块选用12864液晶显示模块；
直流信号检测电路的功能是采集直流电压、电流信号，运算放大后以电压反馈信号的形式
输出给主控芯片电路；直流信号包括直流电压信号和直流电流信号，直流电压信号取自滤
波电容两端，直流电流信号取自IPM负端；直流电压信号和直流电流信号通过电阻采样法采
集，运算放大器放大之后输入主控芯片。交流电流信号是由交流信号检测电路对三相异步
电动机定子电流进行采样、经过检测电路调整为电压信号，以电压反馈信号的形式输出给
主控芯片；交流信号检测电路是通过采样电阻和双向电流检测模块AD8210工作的；

[0048] 转速反馈信号是由转速检测电路采集光电编码器输出的脉冲信号，经过三极管放大、电容和光电耦合器滤波和隔离后，输出给主控芯片；隔离和SPWM驱动电路是通过隔离模
块和SPWM驱动电路工作的，SPWM驱动电路采用带载能力强的上拉电阻形式；辅助电源电路
的功能是降低市供220V单相交流电的电压，以满足不同电路对电压的要求；工作指示灯电
路的功能是指示电路工作状态，是通过红色LED灯驱动电路工作的。

[0049] 2.一种适用于脉冲型负载的智能变频调速装置的控制方法

[0050] 所述控制方法是通过软件算法控制所述硬件电路实现的；且所述软件算法由主程序和子程序组成，具体见图2，其中所述主程序是系统初始化函数，所述子程序包括SPWM生
成程序、转速检测程序、模数转换ADC程序、按键和显示程序、反馈计算程序；

[0051] 所述主程序：对各个程序函数进行初始化，然后进入系统自检，若所述系统自检结果为不通过，则返回上一级重新对所述程序函数进行初始化，之后再次进行系统自检；若系
统自检结果为通过，则开始运行各子程序，直至全部程序运行结束；

[0052] 所述SPWM生成程序：使用定时器输出6路SPWM波，通过查表法配置SPWM波控制信号的占空比，并进行相序拟合，使所述逆变电路输出的三相交流电信号相差120度；

[0053] 所述转速检测程序：利用所述定时器的输入捕获功能，在IO口检测光电编码器捕获的单相脉冲信号的高电平持续时间，若所述高电平持续时间过短或未检测到所属单相脉
冲信号，则认定为系统出现故障，停止SPWM波输出；

[0054] 所述模数转换ADC程序：将直流信号检测电路和交流信号检测电路的电压反馈信号输入至主控芯片，所述主控芯片对电压值进行模数转换，若与设定值之间的偏差较大，则
停止SPWM波输出；

[0055] 所述按键和显示程序：通过按键进行启停和加减速控制，并通过按键模块设定转速设定值，通过显示模块实时显示电机状态量；

[0056] 所述反馈计算程序：将转速反馈信号、直流信号检测电路反馈信号、交流信号检测电路反馈信号分别与设定值进行比较，根据比较结果采用模糊频率控制器/电流幅值PI控
制器相结合的模糊/PI两段控制算法刷新SPWM波脉冲信号；

[0057] 所述模糊/PI两段控制算法(如图3所示)是指：当转速误差值不为零时，主控芯片首先判断是加/减速命令还是在稳态阶段由于扰动引起的转速改变；若是加/减速命令，则
模糊频率控制起主导作用，且所述模糊频率控制由模糊频率控制器执行；若是在稳态阶段
由于扰动引起的转速改变，则电流幅值PI控制起主导作用，且所述电流幅值PI控制由电流
幅值PI控制器执行；所述转速误差值是指转速设定值和转速反馈信号的差值；

[0058] 所述模糊频率控制器的工作过程为(如图4所示)：将转速误差值、转速设定值作为模糊频率控制器的输入，之后所述模糊频率控制器依次进行模糊化、模糊逻辑推理和解模
糊化过程，最终输出控制电机转子速度的转差频率值；其中，所述模糊化的输入值是转速误
差值和转速设定值，输出值是转速误差值的模糊语言值、转速设定值的模糊语言值、转速误
差值的隶属度、转速设定值的隶属度；所述模糊逻辑推理的输入值是所述模糊化的输出值，
输出值是转差频率值的模糊语言值和转差频率值的隶属度；所述解模糊化的输入值是所述
模糊逻辑推理的输出值，输出值是转差频率的精确值；

[0059] 所述电流幅值PI控制器包括计算速度误差的减法器、PI模块、限幅模块，其工作过程为(如图5所示)：收到加/减速命令时，转速误差值较大，PI模块有较大的输出值，这时需
要通过限幅模块的作用，保证电机输入电流幅值保持不变；在稳态阶段，转速误差值较小，
PI模块的输出值比限幅模块的限定值小，则转速受逆变器电流幅值控制。

[0060] 3.一种适用于脉冲型负载的智能变频调速装置及其控制方法用于对带有脉冲型负载的三相异步电动机的智能变频调速

[0061] 本发明的一种适用于脉冲型负载的智能变频调速装置采用单相交流220V电源供电，输出三相交流电至三相异步电动机，三相异步电动机带有脉冲型负载，霍尔电流传感器
和光电编码器将采集到的信号送入控制电路，控制电路产生相应SPWM波信号去控制主电路
中的逆变模块输出相应的三相交流电，参见图6。具体工作过程为：装置接通电源后，工作指
示灯亮起，同时，主程序开始运行，各程序函数进行初始化，两秒后继电器闭合，限流电阻被
短路，按下启动按键，三相异步电动机以初始转速运行，电动机加减速和停止分别由相应按
键控制。

[0062] 主控芯片通过按键模块和按键程序获取转速设定值；主控芯片通过转速检测电路和转速检测程序获取转速反馈值；主控芯片通过交流信号检测电路和模数转换程序获取定
子电流反馈值；主控芯片通过直流信号检测电路和模数转换程序获取直流信号反馈值，当
直流信号反馈值在设定值范围内时进行程序下一步，不在设定值范围内时触发故障中断程
序，停止SPWM信号输出并且工作指示灯闪烁；主控芯片通过反馈计算程序和SPWM生成程序
执行模糊/PI两段控制算法；

[0063] 在加/减速阶段，电流幅值控制器输出最大允许电流，定子电流幅值保持不变，转子加速或减速依赖于输入频率，模糊频率控制起主导作用；在稳态阶段，模糊频率控制器输
出与速度命令相对应的频率，输入频率保持不变，通过控制定子电流幅值来保持转子速度
不变，电流幅值PI控制起主导作用；

[0064] 模糊频率控制器的工作过程：在加/减速阶段，根据转速误差和转速设定值，通过模糊逻辑推理调整逆变器的频率值从而控制转子速度；在最终稳态阶段，转速设定值不变，
由脉冲型负载引起的转速误差此时主要依靠电流幅值PI控制器进行调节；

[0065] 电流幅值PI控制器的工作过程：在加/减速阶段，定子电流幅值设定为逆变器驱动系统的最大允许值，此时主要依靠模糊频率控制器进行电机加/减速调节；在最终稳态阶
段，保持输入电源频率为常值，根据转速误差调整定子电流幅值从而控制转子速度。将电流
幅值控制模式根据转速误差范围定义为从加速阶段模式变化到稳态阶段模式、稳态阶段模
式、从稳态阶段模式变化到加速阶段模式，在控制算法中，比例系数和积分系数根据不同的
模式进行确定；

[0066] 主控芯片根据运算结果，输出与给定转速相对应的三相SPWM控制信号到逆变电路的驱动电路，对逆变电路中的IGBT进行实时的导通和关断控制，由此改变逆变电路输出的
三相交流电的幅值和频率，从而实现脉冲型负载下的智能变频调速，具体流程参见图7。

[0067] 应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。