【正文】 大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 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 11 CE?2T3D4D2W3W1W5R 1C CE?CE? 0K?+1D 2D1R23R4U? fR 6R 7R1T KU 圖 29 綜合放大電路 在輸人端， 21DD 組成雙向限幅電路，保護(hù)集成放大電路。 移相觸發(fā)環(huán)節(jié) (1)任務(wù)及對(duì)環(huán)節(jié)的要求：將控制信號(hào) KU 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?，F(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。圖中將綜合放大和功率放大合并為一個(gè)單元，并認(rèn)為未加校正裝置。 Δ U對(duì) ? 的控制調(diào)節(jié)規(guī)律 ： 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)主要作用是通過(guò)給定控制電壓 kU 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 fI ，達(dá)到控制端電壓 0U 的目的。當(dāng) ? ＜ 0時(shí)為負(fù)調(diào)差，調(diào)節(jié)特性上翹，發(fā)電機(jī)端電壓隨著無(wú)功電流增大而上升。 數(shù)據(jù)采集 單元 的功能是采集由被保護(hù)設(shè)備的電流電壓 互感器輸入的模擬信號(hào)，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后轉(zhuǎn)化為所需數(shù)字量 ；微機(jī)處理單元以 ATmega16微處理器 為核心， ATmega16是基于增強(qiáng)的 AVR RISC結(jié)構(gòu)的低功耗 8位 CMOS微控制器。 勵(lì)磁 控制回路可以根據(jù)機(jī)端 電壓 偏差和其他反饋信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通角，從而達(dá)到自動(dòng)改變勵(lì)磁電流的目的。另外，還可以由程序?qū)⑵渑c對(duì)應(yīng)的給定值進(jìn)行比較，得到我們想要的電壓偏差，把電壓偏差送至 D/A，通過(guò)觸發(fā)電路可以控制晶閘管導(dǎo)通角，從而控制勵(lì)磁電流。利用 A2 的反相求和可得： 2121 0fofio R uRuRu ??? 整理可得： )( 1 ioo uuu ??? (31) 即 iu 0 時(shí)有 iioo uuuu ???? )( 1 iu 0 時(shí)有 iioo uuuu ????? )( 1 (32) 所以 io uu ? (33) 由此可以看到經(jīng)過(guò)精密整流電路后，經(jīng)過(guò)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(guò) 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。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 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 21 tT f = 1 / TU 1t0t 圖 37 頻率的計(jì)算 功率因數(shù)角與功率因數(shù)的計(jì)算 要計(jì)算功率因數(shù)，首先要獲取功率因數(shù)角。 移相觸發(fā)電路 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制系統(tǒng)主要作 用是通過(guò)給定控制電壓 kU 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 fI ，達(dá)到控制端電壓 0U 的目的。 ?U ttU同步信號(hào)觸發(fā)脈沖 圖 310 同步信號(hào)和觸發(fā)信號(hào) 外圍電路設(shè)計(jì) 開(kāi)關(guān)量輸入 電路 微機(jī) 勵(lì)磁調(diào)節(jié) 裝置的開(kāi)關(guān)量輸入指的是觸點(diǎn)狀態(tài)（接通或斷開(kāi)）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(pán)上的按鍵、復(fù)位按鈕等。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 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 25 輸出R O 11K1 2U 1 A7 4 H C 1 4C O 11 0 4P A 11243U T 1K P C 4 5 2+ 1 2 VC O MR J 11 0 0 ΩJ1H G 4 1 8 3D J 1F M 1 0 7O U T J 1L E D 1 R?1KV C C 1 2 圖 313 裝置開(kāi)關(guān)量輸出回路 鍵盤(pán)顯示電路 在鍵盤(pán)程序的設(shè)計(jì)中，掃描鍵盤(pán)要有合適的去抖動(dòng)時(shí)間。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。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA1D a t e : 5 J un 2 0 0 7 S he e t o f F i l e : C : \ D o c u m e n t s a n d S e t t i n gs \笨魚(yú) \桌面 \勵(lì)磁 0 70 3 0 D BD r a w n B y:M C 11 04V C C123M A X 2C 1 +1V+2C 1 3C 2 +4C 2 5V6T 2O7R 2 I N8R 2 O9T 2I N10T 1I N11R 1 O12R 1 I N13T 1O14GND15V S S16U4M A X 2 32M C 21 04123M A X 1M C 31 04M C 51 04M C 41 04VR X D _1 6T X D _1 6R X D _8T X D _8 圖 317 通訊電路原理圖 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 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 28 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(guò)算法處理及程序設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能。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。 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。由（ 47）可得： 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 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 31 ? ??????? ???????? ???10 )2()1()()1()1(nidipneneTTieTTneknu （ 48） 因?yàn)椋?n時(shí)刻控制量的增量為： )1()()( ???? nununu （ 49） 將式（ 47）和式（ 48）分別代入上式得： ? ? ??????? ????????????? )2()1(2)()()1()()1()()( neneneTTneTTneneknununu dip ? ? ? ?)2()1(2)()()1()( ???????? neneneKneKneneK dip （ 410） 其中： Ii TTK? 稱為積分系數(shù) TTK dd? 稱為微分系數(shù) 根據(jù)具體控制系統(tǒng)問(wèn)題的需要，可以用 u（ n）也可以用 )(nu? 來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。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。 算術(shù)平均值濾波 設(shè)測(cè)量值為 c(n),則每采集了 n 個(gè)數(shù)據(jù)后，進(jìn)行一次算術(shù)平均，其計(jì)算方法如下： ??? ? Ni iennC 1 )(1)（ （ 413） 根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計(jì)的理論，上式的算術(shù)平均值實(shí)際上是這樣一個(gè)值，它與各采樣值間的誤差的平方和最小。 增量式 PID 算法與位置式相比有以下優(yōu)點(diǎn) ： （ 1） 位置式算法每次輸出與整個(gè)過(guò)去狀態(tài)的關(guān)，計(jì)算式中要用到過(guò)去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的累計(jì)誤差 ； 而增量式只需計(jì)算增量，當(dāng)存在計(jì)算誤差或精度不足時(shí)，對(duì)控制量計(jì)算的影響較小。 只要采樣間隔時(shí)間 T與 iT ， dT 相比足夠小，式（ 47）就與（ 43）足夠近似。 比例控制能迅速的反映偏差，其控制作用的大小與偏差成比例。由于本勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用了單片機(jī)為核心的微機(jī)控制器，因此在控制算法的選擇上有很大的靈活性，只需要通過(guò)對(duì)軟件的修改就可以使控制的效果得到改善。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 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 26 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12ABCD121110987654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA1D a t e : 5 J un 2 0 0 7 S he e t o f F i l e : C : \ D o c u m e n t s a n d S e t t i n gs \ 笨魚(yú) \桌面 \勵(lì)磁 0 70 3 0 D BD r a w n B y:1234 56789101112 13141516e1d2dp3c4g54G6b73G82G9f10a111G12L E 4e1d2dp3c4g54G6b73G82G9f10a111G12L E 3e1d2dp3c4g54G6b73G82G9f10a111G12L E 1e1d2dp3c4g54G6b73G82G9f10a111G12L E 2V C CL C D _S C KL C D _R C KV C CL C D _S C KL C D _R C KL C D _D A TS M 1S M 2S M 3S M 4S M 5S M 6S M 7S M 8S N 1S N 2S N 3S N 4S N 5S N 6S N 7S N 8S M 1S M 2S M 3S M 4S M 5S M 6S M 7S M 8S N 7S N 5S N 3S N 8S N 2S N 6S N 1S N 412345678910111213141516G13RCK12S E R14S R C L R10S R C K11QA15QB1QC2QD3QE4QF5QG6QH7QH19V C C16GND8U7S N 74 L S 59 5 Z Z V C C V C CG13RCK12S E R14S R C L R10S R C K11QA15QB1QC2QD3QE4QF5QG6QH7QH19V C C16GND8U9S N 74 L S 59 5 Z ZG13RCK12S E R14S R C L R10S R C K11QA15QB1QC2QD3QE4QF5QG6QH7QH19V C C16GND8U8S N 74 L S 59 5 Z ZV C C V C CV C CL C D _S C KL C D _R C KV C CL C D _S C KL C D _R C K17181920S L 1S L 2S L 3S L 4S L 5S L 6S L 7S L 817181920G13RCK12S E R14S R C L R10S R C K11QA15QB1QC2QD3QE4QF5QG6QH7QH19V