爲了降低FFU風機的運行損耗耐高溫過濾網，改善FFU風 機的控制效果和提高控制精度，設計開發了一種基于dsPIC數字控制技術的FFU風機變頻調速控制系統，系統采用Microchip的高性能數字信號控制 器(DSC)dsPIC30F2010爲控制核心，利用專用的電機控制PWM模塊實現對FFU風機的模糊-PI閉環變頻調速控制。對控制系統的組成，各軟 硬件進行了設計和實現。最後通過實驗驗證了該系統的正確性，具有很好的工程應用前景。
1。引言
風機過濾器單元(Fan Filter Unit，FFU)作爲一種淨化設備，在各種潔淨工程中得到了廣泛應用[1]。作爲關鍵組件之一的風機常采用單相交流電機[2]，傳統的FFU單相交流電 機調速控制主要采用有檔調速或可控矽無級調速控制方式，這些控制會存在電機工作效率低、能耗高、噪音大、電流波形失真嚴重等問題。
Microchip推出了將數字信號處理器(DSP)技術與微控制器相結合的數字信號控制器(Digital Signal Controller，DSC)，其內部采用改進型哈佛結構，dsPIC30F系列芯片綜合了16位單片機和DSP功能，它的數款面向電動機控制的芯片， 內部集成了適用于電動機控制的豐富外圍芯片，非常適合電機變頻控制調速的應用場合[3-6]。
爲此，本文設計開發了一種基于dsPIC30F2010的FFU風機變頻調速控制系統，采用閉環控制算法，實現對FFU風機的高效控制。
2。FFU風機變頻調速控制系統
FFU風機變頻調速控制系統結構框圖如圖1所示，主要包括主電路和控制電路部分。主電路部分爲單相220V/50Hz交流電經不控整流濾波環節後變成穩 定直流，直流經全橋逆變變成電壓和頻率可調的交流電後，向FFU風機控供電。控制電路以dsPIC30F2010爲控制核庫板隔間心，包括工作電源電路、載波通信電路、隔離放大電路、速度反饋和人機接口電路等部分。dsPIC30F2010通過運算後，産生的PWM信號經隔離放大電路控制驅動全橋逆變電路工作濾網製造商，産生變壓變頻的交流電輸出，調節控制FFU風機的轉速和風量輸出。
3。系統控制算法設計
傳統的FFU風機的轉速控制常采用開環控制，控制簡單易于實現。而交流感應電機是一種非線性時變的複雜系統，很難建立精確的數學模型及存在一些不確定的 擾動因素，采用傳統的開環控制或經典控制理論很難以取得較好的控制效果。模糊控制是一種人工智能控制方法，不依賴對被控對象精確的數學模型，比較適合非線 性系統的控制，但是由于模糊控制沒有積分環節，屬于有差控制[7]， 如果單獨采用模糊控制還是難以滿足FFU風機變頻調速的高精度和高性能控制。爲此，本系統采用一種模糊/PI雙閉環控制的，發揮各種的控制優勢，來實現對 FFU風機的精確控制。
系統控制算法原理框圖如圖2所示。系統檢測風機速度與參考速度的差值，作爲模糊控制器的輸入，控制器的輸出作爲電流參考信號與實際電流檢測信號的偏差作爲PI調節控制器的輸出，PI調節控制器的輸出控制PWM信號的PAO測試産生，改變PWM信號的占空比和頻率，從而控制逆變器的工作。
4。系統設計與實現
4。1 控制芯片dsPIC30F2010 [3][8]
系統選用采用Microchip的高性能數字信號控制器dsPIC30F2010爲控制核心爲控制核心，dsPIC30F2010是專爲電機高速控制及 電源變換所設計的一款高性能微控制器。其運行速度高達30MIPS，具有最大144 KB的閃存、完備的電機控制及電源變換用的PWM模塊、16路10位A/D轉換通道、多種通信模塊以及64 Kbits片內閃存等，從而大大簡化了系統外圍結構電路。
4。2 主電路設計
本設計的主電路拓撲爲常見的AC-DC-AC結構，交流220V經整流濾波後輸入全橋逆變電路，單相交流電經整流成直接後，再將直流逆變成幅值和頻率可 調的變壓變頻交流向風機供電，實現FFU風機的變頻調速。整流電路采用了D10XB80整流器模塊進行設計。逆變電路爲三相兩橋臂結構，逆變電路的主功率 開關器件采用SKP06N60快速IGBT組成，SKP06N60的最高電壓和電流分別爲600V/5A。逆變輸出爲電壓幅值和頻率可調的雙路正弦波，相 位互差90度，調節範圍1~50Hz，調節精度爲0。5Hz，通過調節逆變輸出的電壓和頻率就可以對風機進行變頻調速無塵室工程。
dsPIC30F2010輸出的PWM控制信號經光耦6N137信號隔離後輸出到驅動芯片IR2103後驅動控制全橋IGBT功率器件。驅動電路組成圖如圖3所示。
4。3 通信電路
對于大多淨化工程的應用，FFU的數量較大，可達到上幾千至幾萬台的規模，常采用組網運行的方式來實現對各FFU的控制。
電力線載波通信(power line carrier communication， PLC)技術則是以低壓配電線作爲信息傳輸媒介進行數據或語音等傳輸的一種特殊通信方式[9-10]。由于供電網絡本身是一種方便、低成本、高可靠性的通 信媒介，使得電力載波通信變得方便、成本低、易實現[11-12]，在各種控制系統中得到廣泛的應用。本設計也采用PLC通信來實現控制系統的組網，電力 通信模塊采用北京福星曉程電子科技股份有限的PL2102芯片組成[11]，PL2102是特別針對中國電力網惡劣的環境研制開發的專用于低壓電力線通訊 網絡設計的半雙工異步調制解調器。電力載波通信電路如圖4所示。
4。4 軟件設計
軟件主要包括監控軟件和控制器軟件。監控軟件采用基于Visual Studio開發平台進行開發，主要軟件程序包括用戶管理、運行監控、系統管理控制和數據庫處理。控制器軟件基于Microchip的集成環境MPLAB IDE來進行控制軟件開發，利用C語言編程語言編寫控制程序，並采用模塊化設計思想軟件設計。控制軟件程序主要計包括：主程序模塊、速度閉環控制模塊、通 信模塊及人機接口處理模塊等。主程序模塊是系統程序的調度執行部分，包括系統初始化、寄存器配置、子模塊調用、看門狗複位等功能。軟件系統程序組成圖如圖 5所示。
5。應用實驗及結論
將所設計開發的基于dsPIC的FFU風 機變頻調速控制系統進行測試應用實驗，實驗風機參數爲：額定工作電壓/電流220V/1。6A，額定功率180W的單相交流電機。記錄運行實驗波形如圖6 所示，其中圖(a)爲繞組電流波形，爲平滑的正弦波；圖(b)爲速度控制波形。從實驗運行結果看風機運行平穩，調速性能好，溫升小，效率高，證明了該系統 的有效性和可行性。
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