【正文】 池供電的系統(tǒng)，電池本身也有高頻噪聲。電源是對(duì)微機(jī)系統(tǒng)干擾的一個(gè)主要來(lái)源。其輸出端有一定的帶負(fù)載能力，將一個(gè)門的輸出端通過一段很長(zhǎng)的線引到輸入阻抗相當(dāng)高的輸入端，干擾問題就很嚴(yán)重，會(huì)引起信號(hào)的畸變，增加系統(tǒng)的噪聲。 （2） 減小信號(hào)傳輸中的畸變。硬件抗干擾設(shè)計(jì)的基本原則是：抑制干擾源，切斷干擾傳播路徑，提高敏感器件的抗干擾性能。采取合適的硬件措施可消除大部分干擾，軟件措施作為后備技術(shù)消除已進(jìn)入系統(tǒng)的干擾。大量的干擾源雖不能造成硬件系統(tǒng)的損壞，但常使整個(gè)系統(tǒng)不能正常運(yùn)行，致使控制失靈，甚至造成重大事故。圖57 功率因數(shù)角與頻率判斷子程序ATmega16的定時(shí)器0、定時(shí)器1啟動(dòng)和控制各參數(shù)量的計(jì)算及PWM的輸出。其轉(zhuǎn)換結(jié)果為： 其中，為被選中引腳的輸入電壓。 圖55 系統(tǒng)主程序流程圖對(duì)發(fā)電機(jī)的電壓和電流進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換是進(jìn)行參數(shù)采集及計(jì)算的關(guān)鍵，為后邊的移相觸發(fā)控制提供實(shí)時(shí)的、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，減少裝置的誤動(dòng)率。所以，軟件設(shè)計(jì)在控制系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)然也可以用專門的編程器燒入程序，但是需要購(gòu)買專用的編程器，經(jīng)費(fèi)上不支持，而且燒入程序時(shí)，需要將器件從目標(biāo)板上取下，放入編程器中，燒入完成后插回目標(biāo)板。比較好的上位機(jī)的軟件是廣州市天河雙龍電子有限公司提供的“SLISP 下載軟件”， 可以到雙龍公司的主頁(yè)：。其下載速度要明顯慢于STK500方式。發(fā)布新版本，該下載方式支持的器件就同步更新，不會(huì)發(fā)生不支持新器件的情況。STK500下載為ATmel公司官方推薦的下載方式。內(nèi)的普通串口方式的速度快，但支持的軟件不多。AtmanAvr C 是為ATMEL公司的AVR系列單片機(jī)應(yīng)用AVR GCC編譯器而開發(fā)的集成開發(fā)環(huán)境 IDE 。第五章 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和抗干擾措施作為一種當(dāng)前應(yīng)用較廣泛的單片機(jī)，有多種集成開發(fā)環(huán)境支持對(duì)AVR單片機(jī)的程序開發(fā)。這種方法對(duì)突發(fā)性干擾，如大功率用電設(shè)備的啟停或其他沖擊性負(fù)載帶來(lái)的電流尖峰干擾比較有效。算術(shù)平均值法主要對(duì)壓力，流量等含有周期性脈動(dòng)的信號(hào)有效，而對(duì)突發(fā)的脈沖干擾效果則不太理想。除了用硬件進(jìn)行濾波外，對(duì)輸入計(jì)算機(jī)的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波也是十分必要的。如果采用增量算法，則由于式中不出現(xiàn)u0項(xiàng)，易于實(shí)現(xiàn)手動(dòng)到自動(dòng)的無(wú)沖擊切換。由（47）可得： （48）因?yàn)?，n時(shí)刻控制量的增量為： （49）將式（47）和式（48）分別代入上式得： （410）其中： 稱為積分系數(shù) 稱為微分系數(shù)根據(jù)具體控制系統(tǒng)問題的需要，可以用u（n）也可以用來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。將一個(gè)微分方程用差分方程近似離散化。為了能在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行，必須將（45）用一個(gè)差分方程來(lái)近似。但是如果積分時(shí)間Ti太小，則積分控制作用太強(qiáng)，會(huì)使控制器系統(tǒng)輸出的超調(diào)量加大，甚至產(chǎn)生震蕩。例如，比例(P)調(diào)節(jié)器、比例積分(PI)調(diào)節(jié)器、比例微分(PD)調(diào)節(jié)器等。因此，在本單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中采用了數(shù)字PID控制算法。圖 317 通訊電路原理圖第四章 系統(tǒng)控制算法的研究微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的軟件以硬件為基礎(chǔ)，通過算法處理及程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。圖 316電源設(shè)計(jì)原理圖 通訊接口電路設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信，本系統(tǒng)采用了電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232。如果直接與單片機(jī)連接，要占用12個(gè)管腳，造成引腳資源的浪費(fèi)，并且單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力也有限。圖 314 鍵盤掃描電路本裝置的顯示模塊使用數(shù)碼管進(jìn)行顯示，采用動(dòng)態(tài)掃描方式。圖313裝置開關(guān)量輸出回路 鍵盤顯示電路在鍵盤程序的設(shè)計(jì)中，掃描鍵盤要有合適的去抖動(dòng)時(shí)間。在本微機(jī)裝置中一般采用光電隔離措施，通用的原理電路如圖312所示。圖310 同步信號(hào)和觸發(fā)信號(hào) 外圍電路設(shè)計(jì)微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的開關(guān)量輸入指的是觸點(diǎn)狀態(tài)（接通或斷開）的輸入，可以分為兩類：(1)安裝在裝置面板上的觸點(diǎn)，例如鍵盤上的按鍵、復(fù)位按鈕等。觸發(fā)電路的調(diào)制波是由如圖39左邊部分所示，由NE555芯片構(gòu)成的多諧振蕩器，其可控制端5腳電壓的高低，改變其振蕩頻率和占空比，使5腳輸出方波。同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)主要作用是通過給定控制電壓控制三相半橋整流電路的導(dǎo)通角，從而調(diào)控勵(lì)磁電流，達(dá)到控制端電壓的目的。單片機(jī)接收到上升沿觸發(fā)中斷后，將定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1清零并開始計(jì)數(shù)，直到下一個(gè)上升沿中斷的到來(lái)，該時(shí)間間隔即為一個(gè)周期T，其倒數(shù)即為頻率f。圖37 頻率的計(jì)算要計(jì)算功率因數(shù)，首先要獲取功率因數(shù)角。通過AVR單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)可以準(zhǔn)確求得頻率。利用A2的反相求和可得： 整理可得： (31)即 0時(shí)有 0時(shí)有 (32)所以 (33)由此可以看到經(jīng)過精密整流電路后，經(jīng)過調(diào)整的交流電壓、電流變成A/D轉(zhuǎn)換可以接受的單向脈動(dòng)電，且幅值為正，從波形上無(wú)法分辨哪個(gè)半波為原波形的正半周，因此，需附加判斷翻轉(zhuǎn)之后的正負(fù)半周，可通過增加一個(gè)比較器來(lái)判定，該比較器輸出的上升沿對(duì)應(yīng)著原波形的正半周。故我們采用精密整流濾波電路，以克服普通橋式整流電路的不足,克服二極管死區(qū)電壓現(xiàn)象，從而提高了測(cè)量精度。整流后的電壓信號(hào)經(jīng)電容濾波后便可以通過ATmega16的一路A/D送入單片機(jī)，經(jīng)過程序運(yùn)算，便可以得到我們所要顯示的電壓值。發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓Ud經(jīng)電壓互感器后，經(jīng)三相整流濾波電路后經(jīng)過ATmega16的一路A/D送入單片機(jī)，與對(duì)應(yīng)的給定值進(jìn)行比較。因?yàn)槭侨嚯娫?，所以觸發(fā)脈沖間相位也依次相差120176。如圖32所示。本裝置硬件系統(tǒng)總體可分為6個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集單元，微機(jī)處理單元，開關(guān)量輸入/輸出接口單元，人機(jī)接口單元，通信系統(tǒng)、電源系統(tǒng)。 同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的穩(wěn)定性電力系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)隨時(shí)會(huì)受到各種干擾，這就需要同步發(fā)電機(jī)具有維持或恢復(fù)同步運(yùn)行的能力，即保持同步發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的穩(wěn)定性。在帶有正調(diào)差單元的自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁裝置中，當(dāng)無(wú)功電流增大，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器將感受到發(fā)電機(jī)電壓虛假地提高，于是調(diào)節(jié)裝置將減小發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，致使發(fā)電機(jī)電壓降低，所以得到下傾的外特性。幾臺(tái)發(fā)電機(jī)在同一母線上并聯(lián)運(yùn)行時(shí)，改變?nèi)魏我慌_(tái)機(jī)組的勵(lì)磁電流不僅影響該機(jī)組的無(wú)功電流，而且還影響同一母線上并聯(lián)運(yùn)行其它機(jī)組的無(wú)功電流，與此同時(shí)也引起母線電壓的變化。當(dāng)ΔU小于零時(shí)，系統(tǒng)將增大導(dǎo)通角，勵(lì)磁電流減小，隨之降低，直到＝，偏差等于零為止。要維持發(fā)電機(jī)端電壓，必須增大勵(lì)磁電流，使發(fā)電機(jī)的外特性向上移。 將已知單元的傳遞函數(shù)按圖22組成整個(gè)勵(lì)磁控制系統(tǒng)框圖，如圖212所示。 圖 211 三相移相觸發(fā)電路工作示意圖勵(lì)磁機(jī)可以是直流的也可以是交流的，直流又分為自勵(lì)式和他勵(lì)式。(2)移相觸發(fā)電路工作原理：移相觸發(fā)電路包括同步電路、觸發(fā)電路及其脈沖輸出電路，圖 2－11為其工作示意圖。受控制的是三相整流橋，故應(yīng)有3套觸發(fā)電路。圖210示出與主信號(hào)的關(guān)系特性（此時(shí)設(shè)其他信號(hào)均為0）改變與的比值，可以改變特性斜率；當(dāng)||大于一定值后，輸出不再變，呈飽和狀態(tài)，這是移相電路的要求而設(shè)定的。與，組成輸出端的雙向限幅電路，使輸出電壓的幅值限制在移相觸發(fā)電路允許范圍。各比例系數(shù)可以分別進(jìn)行整定。圖27 檢測(cè)電路接線及特性（a）檢測(cè)橋電路 （b）檢測(cè)橋的特性。通過調(diào)節(jié)檢測(cè)電路中的整定電位器，能改變電壓的給定值。對(duì)于六相全波整流，選頻為600Hz橋式濾波電路選頻特性好，對(duì)直流電壓衰減小。濾波電容的減小則可提高整個(gè)測(cè)量回路的響應(yīng)速度。因此，當(dāng)輸入為不對(duì)稱電壓時(shí)，負(fù)序分量被濾去，只有正序電壓輸出。圖中，各臂對(duì)稱位置的電阻、電容相等，且參數(shù)間關(guān)系為： （22）即，于是 、三條支路上的電流超前相應(yīng)線電壓 且上壓降為的兩倍，據(jù)此，可畫出當(dāng)負(fù)序電壓與正序電壓分別作用于濾過器時(shí)的矢量圖。該測(cè)量比較環(huán)節(jié)由正序電壓濾過器、多相整流、濾波及檢測(cè)橋等電路組成，如圖24所給框圖所示。電壓最大值在額定電壓的附近， 因此，可以在該過程中忽略飽和現(xiàn)象，故同步發(fā)電機(jī)的傳遞函數(shù)為：式中：表示其時(shí)間常數(shù)，主要為勵(lì)磁繞組EW的時(shí)間常數(shù)，其數(shù)值較小，取5s，為發(fā)電機(jī)的電壓放大系數(shù)，當(dāng)忽略發(fā)電機(jī)的飽和影響時(shí) ，可用發(fā)電機(jī)的定子電壓和發(fā)電機(jī)空載額定轉(zhuǎn)子電壓之比表示。從裝置的調(diào)節(jié)原理劃分，有比例式、比例—積分—微分式、最優(yōu)調(diào)節(jié)器、自適應(yīng)式調(diào)節(jié)器等。圖22 自動(dòng)勵(lì)磁系統(tǒng)框圖自動(dòng)勵(lì)磁控制系統(tǒng)中的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器在測(cè)量輸入信號(hào)，并與給定值作出比較、計(jì)算后，給出控制信號(hào)作用于勵(lì)磁功率單元，從而控制勵(lì)磁電流，達(dá)到勵(lì)磁系統(tǒng)應(yīng)完成的功能。圖21 勵(lì)磁控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)是由勵(lì)磁機(jī)、發(fā)電機(jī)、濾波器、放大器、移相觸發(fā)單元和測(cè)量比較單元等組成的反饋控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)直接控制同步發(fā)電機(jī)磁場(chǎng)電流，從而控制同步發(fā)電機(jī)的電勢(shì)、端電壓、無(wú)功功率和電流等參量。自并勵(lì)方式是自勵(lì)系統(tǒng)中最簡(jiǎn)單的一種勵(lì)磁方式，它不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率高、維護(hù)費(fèi)用省，而且有很快的勵(lì)磁電壓響應(yīng)速度。第二章 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁原理分析優(yōu)良的勵(lì)磁控制系統(tǒng)不僅可以保證發(fā)電機(jī)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，而且可以有效的提高發(fā)電機(jī)及其相連電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。本文的主要研究?jī)?nèi)容是單片機(jī)在同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要應(yīng)用于中小型號(hào)發(fā)電廠和企業(yè)發(fā)電機(jī)組的勵(lì)磁控制系統(tǒng)方面。這櫸就加快了產(chǎn)品的開發(fā)速度，也使得現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行人員在掌握某種功能的微機(jī)勵(lì)磁裝置的前提下，不需要花大力氣，就可以掌握另一種性能略有差別的裝置。而用微機(jī)實(shí)現(xiàn)的勵(lì)磁控制系統(tǒng)可克服上述矛盾，滿足運(yùn)行的要求，如采用雙散機(jī)切換可據(jù)高整個(gè)系統(tǒng)的可性。但無(wú)論如何數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)器己成為復(fù)雜的多功能勵(lì)磁系統(tǒng)的首選，是最新勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的發(fā)展方向。其調(diào)節(jié)控制算法為：,這種勵(lì)磁控制方式對(duì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行性能有了很大的改善。然而仍有較大的時(shí)間常數(shù)。通過鏈條傳動(dòng)以改變威磁帆磁場(chǎng)回路中的磁場(chǎng)電阻的方案。廣西地處西南，有豐富的水力資源，有著許多的中，小型水電站，在此基礎(chǔ)上發(fā)展的相關(guān)電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也面臨著新的升級(jí)與改革，其裝備的同步發(fā)電機(jī)設(shè)備有的還在用可控硅靜止勵(lì)磁方式，采用人工手動(dòng)調(diào)節(jié)，勵(lì)磁系統(tǒng)不能按照給定電壓進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，直接影響同步發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的供電質(zhì)量及其運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，因此，許多電站提出了對(duì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的微機(jī)控制就產(chǎn)生了，提高了電力系統(tǒng)的自動(dòng)化水平。勵(lì)磁電流是同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生無(wú)功功率的重要來(lái)源，因此，在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，良好的勵(lì)磁控制系統(tǒng)對(duì)改善電力系統(tǒng)運(yùn)行有著重要的意義。調(diào)節(jié)器的執(zhí)行環(huán)節(jié)是采用電動(dòng)伺服馬達(dá)。磁放大器式的勛磁調(diào)節(jié)器克服了死區(qū)的問題。它是從受控對(duì)象及調(diào)節(jié)器的常微分方程出發(fā)，經(jīng)過拉氏變換建立各個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)進(jìn)而得到受控系統(tǒng)及調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)。多CPU系統(tǒng)兼有并行處理的特點(diǎn)，可滿足快速要求，調(diào)節(jié)器功能分配給不同的CPU單元，軟件編程簡(jiǎn)化，缺點(diǎn)也是明顯的，多CPU需要一個(gè)多機(jī)并行的管理系統(tǒng)。這就不可避免地降低了整個(gè)勵(lì)磁系統(tǒng)的可靠性，另一方面，半導(dǎo)體元件參數(shù)的分散性較大，且焊接點(diǎn)較多，調(diào)試及檢修工作量大。而且對(duì)于一些特殊要求的功能，可以在硬件電路幾乎不變的情況下，修改軟件來(lái)達(dá)到。采用單片機(jī)結(jié)構(gòu)的勵(lì)磁控制器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低，除控制核心外的其它硬件部分可根據(jù)自已的需要自行設(shè)計(jì)，因此這種勵(lì)磁控制器的硬件功能比較容易集成，是一種很有前途的新型調(diào)節(jié)器。設(shè)計(jì)出來(lái)的裝置完成對(duì)電網(wǎng)電壓，頻率，相位等參數(shù)的檢測(cè)，并進(jìn)行綜合判斷，利用移相觸發(fā)電路和整流電路來(lái)實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁電流調(diào)節(jié)，利用單片機(jī)的抗干擾措施實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行以及同步發(fā)電機(jī)的滅磁處理。勵(lì)磁系統(tǒng)的種類很多，但主要可分為他勵(lì)系統(tǒng)自勵(lì)系統(tǒng)兩大類。整個(gè)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)是由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器、勵(lì)磁功率單元和發(fā)電機(jī)構(gòu)成的一個(gè)反饋控制系統(tǒng)。勵(lì)磁機(jī)為執(zhí)行環(huán)節(jié)，而校正裝置是為改善系統(tǒng)特性而設(shè)定的。從裝置的物理結(jié)構(gòu)上可分成機(jī)電型、電磁型、半導(dǎo)體型與數(shù)字型。在轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速時(shí)，同步發(fā)電機(jī)的傳遞函數(shù)可以用一階滯后環(huán)節(jié)來(lái)表示。該環(huán)節(jié)的作用是將發(fā)電機(jī)電壓轉(zhuǎn)變?yōu)榕c之成比例的直流電壓，再將該直流電壓與給定基準(zhǔn)電壓作比較，得出電壓偏差值號(hào)，在實(shí)際的裝置中，測(cè)量比較環(huán)節(jié)測(cè)量的是調(diào)差環(huán)節(jié)的輸出，對(duì)測(cè)量比較環(huán)節(jié)的要求是，對(duì)被測(cè)量電壓應(yīng)有高靈敏度時(shí)滯小，能及時(shí)反應(yīng)發(fā)電機(jī)電壓的變化；給定的基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定精確，并有足夠調(diào)節(jié)范圍，輸入電壓與輸出電