【正文】 壓之間為線性關(guān)系，輸出電壓的紋波小，整個(gè)環(huán)節(jié)不受系統(tǒng)頻率變化影響。正序電壓濾過器接線如圖25（a）所示，為便于說明，將接線圖改畫成圖25（b）所示電路。圖25（b）為輸入正序電壓，濾過器有三相對(duì)稱電壓，及輸出。因?yàn)檎飨鄶?shù)越多，整流電壓中所含紋波的最低頻率越高，且其幅值越小，因而直流電壓越平滑，所以一般均采用多相整流電路；由于整流電壓平穩(wěn)，其后的濾波單元可以采用較小的濾波電容而獲得滿意的直流電壓。該電路利用電橋原理使電橋具有選頻濾波特性，即頻率為選頻的波形時(shí)，濾波電橋無輸出。其作用是將整流濾波輸出的電壓與比較電路中的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，得到一個(gè)反映發(fā)電機(jī)電壓偏差的直流電壓信號(hào)輸出到綜合放大環(huán)節(jié)。 綜合放大環(huán)節(jié)(1)任務(wù)及對(duì)環(huán)節(jié)的要求：該環(huán)節(jié)的任務(wù)是，將偏差電壓與其他輔助信號(hào)電壓進(jìn)行線形綜合放大，以提高整個(gè)裝置的靈敏度，并給出適合移相觸發(fā)環(huán)節(jié)需要的控制電壓，其他輔助信號(hào)包括反饋，限制以及可以反映發(fā)電機(jī)運(yùn)行的各種參數(shù)變量。圖28 運(yùn)算放大器原理接線圖運(yùn)算放大器的開環(huán)（無反饋電阻時(shí)）放大系數(shù)很大（K~），加入后，輸入端相加點(diǎn)的電位總是接近零電位，即，輸入到放大器的電流 于是有： 式中 可推得輸出電壓為： （2—3） 式（2—3）說明，運(yùn)算放大器能對(duì)多個(gè)輸入信號(hào)進(jìn)行按不同比例相加，其比例僅與反饋電阻與各輸入電阻有關(guān)，與運(yùn)算放大器本身參數(shù)無關(guān)。圖29 綜合放大電路在輸人端，組成雙向限幅電路，保護(hù)集成放大電路。與構(gòu)成消除高頻自激振蕩電路。(1)任務(wù)及對(duì)環(huán)節(jié)的要求：將控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成觸發(fā)脈沖，以觸發(fā)對(duì)應(yīng)相的晶閘管，達(dá)到調(diào)節(jié)勵(lì)磁的目的。觸發(fā)電路的移相范圍應(yīng)足夠?qū)挘葡嗥椒€(wěn)，線性度好；觸發(fā)脈沖應(yīng)有足夠的功率，使晶閘管可靠導(dǎo)通；脈沖應(yīng)有一定寬度，尤其是對(duì)于勵(lì)磁系統(tǒng)這樣的大電感電路，只有當(dāng)脈沖有足夠?qū)挾龋瑒倢?dǎo)通的晶閘管中電流逐漸上升時(shí)，觸發(fā)脈沖仍未消失，保證晶閘管不會(huì)重新熄滅；觸發(fā)脈沖的前沿要陡；整個(gè)觸發(fā)電路應(yīng)有較強(qiáng)的抗干擾能力。現(xiàn)以單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成的移相觸發(fā)電路進(jìn)行討論。為一個(gè)非線性函數(shù)，在這里將不做介紹。要保持勵(lì)磁電流不變，發(fā)電機(jī)端電壓隨著無功電流的增大而減小，因此維持發(fā)電機(jī)端一定的電壓是不可能的。通過勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的作用，依電壓偏差來調(diào)節(jié)三相半控橋晶閘管的導(dǎo)通角，調(diào)整勵(lì)磁電流，以保持發(fā)電機(jī)端電壓在額定給定水平，導(dǎo)通角與電壓偏差值有以下關(guān)系：ΔU=，當(dāng)ΔU大于零時(shí)，系統(tǒng)減小導(dǎo)通角，勵(lì)磁電流升高，也隨升高，直到＝，電壓偏差等于零。因此，勵(lì)磁控制系統(tǒng)總的控制調(diào)節(jié)規(guī)律是依據(jù)電壓偏差ΔU，不斷的改變勵(lì)磁控制系統(tǒng)給定控制電壓，使之跟隨電網(wǎng)的無功功率Q的變化。當(dāng)正調(diào)差系數(shù)為＞0，其調(diào)節(jié)特性下傾，發(fā)電機(jī)電壓隨著無功電流增大而降低。=0為無差特性，這時(shí)發(fā)電機(jī)電壓為恒定值。最后，將調(diào)節(jié)參數(shù)輸出并控制移相觸發(fā)電路,使得勵(lì)磁電源主回路的晶閘管導(dǎo)通角改變,從而控制發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁?？傮w設(shè)計(jì)如圖31所示： 圖31 勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置總體硬件框圖 單片機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)主回路勵(lì)磁電源主回路：該系統(tǒng)的勵(lì)磁電源部分即為控制主回路，是一個(gè)由可控硅和二極管組成的三相半控，經(jīng)這一回路整流后的電壓就是勵(lì)磁機(jī)的勵(lì)磁繞組可變的電源電壓。三相半橋中，三個(gè)晶閘管的導(dǎo)通順序與三相電源的順序相同,從左到右依次導(dǎo)通。系統(tǒng)測(cè)量環(huán)節(jié)的總體框圖如圖33所示。圖33 系統(tǒng)參數(shù)測(cè)量電路結(jié)構(gòu)框圖同步發(fā)電機(jī)輸出電壓經(jīng)過電壓互感器取樣后，由測(cè)量變壓器降壓得到5V按正弦波變化的電壓，再送入精密整流電路整流便可以得到整形后的電壓。這是一個(gè)非線性整流電路，存在兩個(gè)二極管PN結(jié)的門檻電壓，整流后的電壓有損失，不利于發(fā)電機(jī)的起勵(lì)控制。對(duì)，當(dāng)0的時(shí)候，放大器輸出為負(fù)，導(dǎo)通，截止，則，當(dāng)0的時(shí)候，放大器輸出為正，截止，導(dǎo)通，上沒有電流流過。只需在電流互感器的二次側(cè)加一個(gè)電阻就可以變?yōu)殡妷骸? 圖36 頻率測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換電路AVR單片機(jī)設(shè)定為上升沿觸發(fā)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)上升沿到來時(shí)，定時(shí)器開始計(jì)時(shí)，一直到第二個(gè)上升沿到來，此時(shí)讀取定時(shí)器數(shù)值，再用這兩次的數(shù)值差乘以定時(shí)器單次計(jì)數(shù)間隔時(shí)間，即可得到交流電壓或電流的周期：，其倒數(shù)即為頻率f，如圖37所示。將整形后的電壓信號(hào)輸入AVR的外部中斷引腳INT0，上升沿觸發(fā)中斷。設(shè)計(jì)方法可以在一個(gè)周期內(nèi)便計(jì)算出功率因數(shù)角，并可判斷出電流和電壓之間的相互關(guān)系，具有較好的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，同時(shí)避免了對(duì)單片機(jī)引入過多中斷，使程序的跳轉(zhuǎn)更加清晰。圖39 移相觸發(fā)電路原理移相觸發(fā)單元產(chǎn)生可調(diào)相位的脈沖，由來觸發(fā)晶閘管，使其觸發(fā)角能夠隨著主控制器單元輸出的控制數(shù)據(jù)而改變，以控制晶閘管整流電路的輸出，從而調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流。同步信號(hào)和觸發(fā)信號(hào)圖如圖310示。這類開關(guān)量輸入與CPU主系統(tǒng)使用不同電源，需要電氣隔離。如圖313所示。鍵盤掃描電路如圖314所示。由于一個(gè)數(shù)碼管組需要8個(gè)段碼以及4個(gè)位碼總共12個(gè)引腳進(jìn)行控制。電源設(shè)計(jì)原理圖如316所示：可先用變壓器對(duì)220V的交流電降壓，然后通過對(duì)變壓器次級(jí)輸出9V的交流電壓由整流橋作全波整流，經(jīng)電容濾波以及穩(wěn)壓7805芯片得到所需的電壓。由于計(jì)算機(jī)上也裝有RS232通信接口，勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置即能與上位機(jī)進(jìn)行直接接口通信。在目前控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，大多采用微機(jī)控制技術(shù)，此時(shí)使用的是數(shù)字PID控制器，它是將模擬PID控制算法離散化，通過程序?qū)崿F(xiàn)，不需要像模擬控制系統(tǒng)那樣用硬件電路來實(shí)現(xiàn)，因此使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更靈活、方便，由于PID控制算法具有直觀的物理解釋，并且能滿足大多數(shù)系統(tǒng)的要求，特別在工業(yè)過程中，由于對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型難以建立，系統(tǒng)的參數(shù)又經(jīng)常發(fā)生變化，運(yùn)用現(xiàn)代控制理論分析綜合要耗費(fèi)很大代價(jià)進(jìn)行模型辨識(shí)，往往不能得到預(yù)期的效果，所以PID調(diào)節(jié)器常被人們采用，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行在線整定； 因此至今PID控制仍然是常規(guī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用最普遍的控制算法。在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)對(duì)象的特性和控制要求，也可以靈活地改變其結(jié)構(gòu)，取其中一部分環(huán)節(jié)構(gòu)成控制規(guī)律。只要偏差不為零，它將通過積分作用影響控制量u，并減小偏差，直至偏差為零，控制作用不再變化，系統(tǒng)才能達(dá)到穩(wěn)態(tài)。理想PID控制器輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的關(guān)系如下： （43）將上式兩邊同時(shí)求拉氏變換后，寫出控制器傳遞函數(shù)形式為： （44） 式中 稱為比例系數(shù)，的倒數(shù)在過程控制中稱為比例帶。因此，利用式（47）計(jì)算出來的u(n)序列就能與按（43）產(chǎn)生的u(t)功能相近。通過分析（47）可以知道，如果先不計(jì)算u(n)，而是計(jì)算其增量，則可以免除每次加法計(jì)算。（2）控制從手動(dòng)切換到自動(dòng)時(shí)，必須首先將計(jì)算機(jī)的輸出值設(shè)置為原始電壓值u0，才能保證無沖擊切換。當(dāng)微機(jī)控制系統(tǒng)面對(duì)現(xiàn)場(chǎng)比較惡劣時(shí)，因此，所采集信號(hào)中總會(huì)混雜有各類干擾。得到后即可計(jì)算出偏差值： （414）從上面可以看出，每計(jì)算一次控制器輸出值，就必須采樣n次，因此n的取值不能太大。應(yīng)該去掉；如果未超出，可將該數(shù)據(jù)作為本次采樣值。但是這種計(jì)算方法計(jì)算量比較大，對(duì)于一些需要快速采集的參數(shù)就不十分合適。而且C語言還可以嵌入?yún)R編來解決高時(shí)效性的代碼編寫問題。圖51 AtmanAvr C的IDE開發(fā)環(huán)境AVR單片機(jī)支持普通串口方式、STK500方式、并口（SPI）方式及USB方式等多種下載方式。Studio因此，普通串口方式不支持最新的芯片。studio并口下載方式利用PC機(jī)的并口（俗稱打印口）進(jìn)行程序下載。包括兩個(gè)部分，編程器（硬件）和上位機(jī)編程軟件。圖54 ISP下載線的原理圖接到目標(biāo)板只需要6根線，VCC和GND分別是電源的正負(fù)線，RST接單片機(jī)的復(fù)位引腳，程序下載是在單片機(jī)處于復(fù)位狀態(tài)燒入的，MOSI(Mast out slave in)接單片機(jī)的主出從入引腳，MISO(Mast in slave out)接單片機(jī)的主入從出引腳?？刂葡到y(tǒng)能否正常有效的工作，與軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)有著密切的聯(lián)系。主程序流程圖如圖55所示。ADC與一個(gè)8通道的模擬多路復(fù)用器連接，通過分時(shí)復(fù)用的方式，能對(duì)來自端口A 的8路單端輸入電壓進(jìn)行分時(shí)采樣。此時(shí)計(jì)時(shí)器的值就是所測(cè)電壓信號(hào)的周期值，該軟件設(shè)計(jì)方法可以在一個(gè)周期內(nèi)便計(jì)算出頻率與功率因數(shù)角，并可判斷出電流和電壓之間的相互關(guān)系，具有較好的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，其設(shè)計(jì)流程圖如圖57所示。由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)各種動(dòng)力設(shè)備不斷地起停運(yùn)行，使得現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，存在許多干擾源：系統(tǒng)本身噪聲干擾、電磁干擾、過壓干擾及環(huán)境干擾等。但干擾的形成須具備三個(gè)基本因素，干擾源、耦合通道、對(duì)干擾信號(hào)敏感的接收電路，干擾形成的途徑如圖59所示：圖59干擾形成的途徑抗干擾措施分為硬件措施和軟件措施。下面從硬件抗干擾的角度出發(fā)對(duì)干擾進(jìn)行各方面分析，并給出硬件抗干擾的基本方法。某些系統(tǒng)，例如：①微控制器時(shí)鐘頻率特別高、總線周期特別快的系統(tǒng)；②含有大功率、大電流驅(qū)動(dòng)電路（如產(chǎn)生火花的繼電器、大電流開關(guān)等）的系統(tǒng)；③含有微弱模擬信號(hào)電路以及高精度A／D轉(zhuǎn)換電路的系統(tǒng)，就須要解決上述問題。A左右，輸入電容在10pF左右，輸入阻抗相當(dāng)高。（3）減小電源的干擾。電網(wǎng)上的強(qiáng)干擾通過電源進(jìn)入集成電路塊。（4）良好接地。所謂數(shù)字地、模擬地分開是指布線時(shí)分開，而最后都匯集到這個(gè)接地點(diǎn)上，如圖510所示：圖510 系統(tǒng)接地方式與線路板以外信號(hào)線相連時(shí)，應(yīng)采用屏蔽電纜。同樣，運(yùn)用CPU的運(yùn)算及控制功能也可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波。一般采用多次采集，直到兩次或兩次以上的采樣值完全一致為止。在控制系統(tǒng)中，經(jīng)常出現(xiàn)死循環(huán)現(xiàn)象。 第六章 總結(jié)本設(shè)計(jì)在研究分析現(xiàn)有發(fā)電機(jī)勵(lì)磁原理和微機(jī)自動(dòng)勵(lì)磁裝置的基礎(chǔ)上，研制了一套基于AVR平臺(tái)的數(shù)字式發(fā)電機(jī)勵(lì)磁裝置。3．充分利用單片機(jī)的軟硬件資源，并對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行優(yōu)化配置，再通過隔離檢測(cè)、數(shù)字濾波等抗干擾技術(shù)和容錯(cuò)技術(shù)，使得系統(tǒng)的硬件電路簡(jiǎn)單可靠、維護(hù)方便。在論文的最后我要對(duì)向那些對(duì)我的學(xué)習(xí)、工作、生活及論文的完成給予我指導(dǎo)和幫助的人致以衷心謝意。在他創(chuàng)建的良好環(huán)境與學(xué)習(xí)氛圍下，我們小組成員的理論水平與動(dòng)手能力得到了很大的提高。 PORTC = 0x0。 wdt_enable(3)。 //ADC轉(zhuǎn)化的緩存區(qū) uchar m_i,k。 //初始化定時(shí)器 adc_init()。 //開與門輸出 while(1) { adc_dat[m_i%10]=read_adc(0)。k10。 //等一小會(huì) wdt_reset()。 //開始一次A/D ADCSR|=0x40。 //A/D的端口選擇 ADCSR|=0x40。extern uint dc。//開啟外部0、1和輸入捕獲中斷使能}/**************************************中斷0中斷函數(shù)，由A相同步信號(hào)提供**************************************/SIGNAL(SIG_INTERRUPT0){ OCR1A = TCNT1+dc。}/***************************************ICP中斷函數(shù)，下降沿，由C相同步信號(hào)提供***************************************/SIGNAL(SIG_INPUT_CAPTURE1){ uint t2。 t2=8。 TCCR0 = 0x02。 a_flg=0。 b_flg=0。 } else { if(c_flg) { sbi(PORTC,5)。 } else { cbi(PORTC,5)。 //t0的控制字 OCR1A = 0x00。 //t0的控制字***注意這里 TCCR1B = 0x02。 //t0的計(jì)數(shù)器 TCCR2 = 0x00。 //相位角占空比參數(shù) static uchar i。 //超前 else flag_phase=0。time_3=(int)k。//變化變小，設(shè)置標(biāo)志位 if((time_3time_2)) led[15]=32。 led_list()。 //提取當(dāng)前中斷程序定時(shí)器的值 round_f=number_int0_newodd_dat。 //輸入捕獲中斷周期值參數(shù) static uint odd_dat_icp。 //當(dāng)前值轉(zhuǎn)給舊值寄存器}