国外交流变频调速技术正处于高速发展阶段，法国阿尔斯通已能提供单机容量达3万kW的电气传动设备用于船舶推进系统；意大利ABB公司提供了单机容量为6万kW的设备用于抽水蓄能电站；德国西门子公司Simovert A电流型晶闸管变频调速设备单机容量为10～2600kVA和Simovert P GTO PWM变频调速设备单机容量为100～900kVA，其控制系统已实现全数字化，用于电力机车、风机、水泵传动；日本富士BJT变频器最大单机容量可达700kVA，IGBT变频器已形成系列产品，其控制系统也已实现全数字化。然而，从总体上看我国电气传动的技术水平较国际先进水平差距10～15年，国内只有少数科研单位有制造大功率变频器的技术，在数字化及系统可靠性方面与国外还有相当差距。在中小功率变频技术方面，国内几乎所有的产品都是普通的V/f控制，仅有少量的样机采用矢量控制，品种与质量还不能满足市场需要，每年大量进口。
随着计算机技术的发展，无论是生产还是生活当中，人们对数字化信息的依赖程度越来越高。如果说计算机是大脑，网络是神经，那么电机传动系统就是骨骼和肌肉。它们之间的完美结合才是现代产业发展方向。为了使交流调速系统与信息系统紧密结合，同时也为了提高交流调速系统自身的性能，必须使交流调速系统实现全数字化控制。
单片机已经在交流调速系统中得到了广泛地应用。例如由Intel公司1983年开发生产的MCS-96系列是目前性能较高的单片机系列之一，适用于高速、高精度的工业控制。其高档型：8×196KB、8×196KC、8×196MC等在通用开环交流调速系统中的应用较多。
由于交流电机控制理论不断发展，控制策略和控制算法也日益复杂。扩展卡尔曼滤波、FFT、状态观测器、自适应控制、人工神经网络等等均应用到了各种交流电机的矢量控制或直接转矩控制当中。因此，DSP芯片在全数字化的高性能交流调速系统中找到施展身手的舞台。如TI公司的MCS320F240等DSP芯片，以其较高的性能价格比成为了全数字化交流调速系统的首选。最近TI公司推出的MCS320F240X系列产品更将价格降低到了单片机的水平。
在小功率交流调速方面，由于国外产品的规模效应，使得国内厂家在价格上、工艺上和技术上均无法与之抗衡。而在高压大功率方面，国外公司又为我们留下了赶超的空间。首先，国外的电网电压等级一般为3000V，而我国的电网电压等级为6000V和10000V；其次，高压大功率交流调速系统无法进行大规模的批量生产，因为国外的劳动力成本，特别是具有一定专业知识的劳动力成本较高。
在交流调速的研究与制造过程中，硬件的设计与组装占了相当大的比重。电机制造以及调速装置的制造需要大批的技术熟练工人，对人员的素质也有一定要求。而国外相关产业的人工成本相对较高，在近十年内，交流调速的制造业有可能向发展中国家转移。对中国来说，这也是一个机遇，如果我们抓住这个机会，再利用本身的市场有利条件，有可能在我国形成交流调速系统的制造业中心，使我国工业上一个新的台阶。需要注意的是发达国家在高技术领域是不会轻易放弃的，他们非常注意核心技术及软件的保护和保密，为此，必须加大该领域的科研与开发的力度。
1.3 需求分析
1、任务概述
设计一个控制系统，能以手动和自动两种方式利用变频器调节电动机的转速，模拟矿井中提升机的运动，并能显示电动机的转动速度、控制频率及主、副井提升机中罐笼的位置。
2、功能要求
①220V小电机可以实现四限速运动（通过变频器）
②数码显示频率变化
③数码显示速度变化
④模拟显示深度指示（通过发光柱）
⑤数码显示深度变化
⑥自动方式下能够自动完成提升机的爬行、加速、匀速、减速和爬行这五个状态，然后停止
⑦手动方式下能够按照人为的操作控制电机运转
⑧一个行程控制在1.5米左右
1.4 可行性分析
爬行 加速 匀速 减速 爬行
1.5cm 2cm 8cm 2cm 1.5cm
图1-1 提升机运行的五个状态
根据要求，一个行程要实现爬行、加速、匀速、减速和爬行五个状态，如图1-1所示。在自动控制程序中就要明确地划分每个状态的有效行程，使之自动过渡到下一个状态，所以需要确定每个状态下的运行时间。考虑使用光电式码盘，将电机转动产生的电脉冲传给单片机，单片机内部的计数器对电脉冲计数，当到达预定值时就会自动转向相应的状态。这里需要两个计数器同时计数，一个用于状态间的切换，一个用于计数显示主、副井提升机的深度位置，同时将输入给DAC0832的数据通过一定的算法直接计算出电机的速度，再通过数码管显示。
在自动控制程序的运行过程中，不可能精确每一时刻的电机状况，所以这里将采用模糊控制理论，假定在每一个状态都以这个运行状态内的最高速度进行运算，推出每个状态大约要停留多长时间。在实际的运行中，按照工矿理论，必须先爬行，电机初始时没有转动，所以要事先给一个速度，到达到这个速度后就要匀速运行，爬行以后要加速，一直可以加到电机的最高转速，当然对于这么短距离间的控制，不可能让它达到，之后要匀速运行一段时间，然后开始减速运行，当减到一定的速度后就要再爬行，之后电机就停了，这样就走了一个行程。为了设计程序的方便，刚一开始默认为自动方式，所以先要走一个行程，走完以后就要判断是否需要手动控制，若不需要，则停一段时间会再一次的自动运行。如果按下手动键，则电机会在手动操作键盘的指示下运转，由于控制距离短，为了不使在手动方式的操作下而越出边界，在程序中设定了一个界线，如果运行到了这个界线而没有及时按爬行键，使之停下来，程序就要自动将键盘封锁起来，直接运行爬行程序，当电机停下后再把键盘打开，等待操作人员选择下次运行的方式。
在电机运行的过程中，要循环动态扫描显示主、副井提升机的高度以及电机运行的速度和频率，可以达到显示稳定无闪烁。使用D/A转换器将主控MCU中的用于控制电机转速的数字信号转换为适合变频器的模拟信息，再通过V/F变换就可用于控制电机运转。通过变频器的控制面板可以直接控制电机的运转，不过使用时要正确的设定该参数，显然对于一般用户来说较麻烦。变频器上一个RS485通信接口，方便单片机通过串口与变频器进行通信，为了减少不必要的麻烦，这里没有使用。另外还有一些接线端子上，能通过外接信号进行控制，这样就可以通过单片机上设置的按键进行控制了。