【正文】 控制三相半橋整流電路的導通角，從而調(diào)控勵磁電流，達到控制端電壓的目的。圖中將綜合放大和功率放大合并為一個單元，并認為未加校正裝置。同步變壓器為／Y—11接線，使同名相的同步電壓超前主電路電壓，圖中未單獨畫出同步電路。圖2－10 綜合放大電路工作特性功率放大單元的輸入為Uk，包括觸發(fā)電路在內(nèi)，功率放大單元也認為是一階慣性環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)如下： （24）式中Kp為功率放大系數(shù)，Tp為功率放大單元的時間常數(shù), IZTL為勵磁調(diào)節(jié)器單元部分的電流。由運算放大器構成的綜合放大環(huán)節(jié)電路如圖2－9所示。因此，檢測電路起到比較與整定電壓的作用，故又稱比較整定電路。(3)濾波電路：濾波電路如圖26所示，2為輸入端，接至整流電路，4為輸出端，接至檢測電路。 圖25（a）為輸入負序電壓的矢量。圖23 自動勵磁調(diào)節(jié)器結構框圖電壓測量比較單元由調(diào)節(jié)器的測量變壓器、整流濾波電路、比較器和調(diào)差環(huán)節(jié)、電壓互感器組成，作用是把發(fā)電機機端電壓變成與之成正比的直流電壓，在正常情況下，TV和測量變壓器均不會飽和，可近似用一個一階滯后環(huán)節(jié)來描述：總的效應可以用一階慣性環(huán)節(jié)近似表示其動態(tài)特性。通用的勵磁調(diào)節(jié)器均按一定控制規(guī)律來自動調(diào)節(jié)勵磁，故常稱自動調(diào)節(jié)勵磁裝置，漢語拼音簡寫為ZTL。同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)一般由勵磁功率單元和勵磁調(diào)節(jié)器兩個部分組成，如圖21所示。在本次課題設計中，首先對發(fā)電機勵磁原理作出分析，選擇適合中小型發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)的算法，適應單片機的控制要求以及硬件配置；而后設計出基于AVR微處理器的數(shù)字式勵磁裝置的硬件原理圖，再根據(jù)原理圖和該裝置的硬件平臺在相應的開發(fā)環(huán)境下進行實驗和仿真，實現(xiàn)各項參數(shù)的正常要求。微機控制技術的應用，使得許多在模擬式調(diào)節(jié)器中無法實現(xiàn)的功能得以實現(xiàn)，并可以用軟件功能代替模擬式中用較復雜的硬件實現(xiàn)的功能。進入50年代后，隨著自動控制理論的不斷發(fā)展與成熟，電子器件，半導體技術的研制和應用也取得了長足發(fā)發(fā)展，從此打開了人們研制新型調(diào)節(jié)器的思路，70年代后，最優(yōu)控制理論應用于電力系統(tǒng)勵磁控制的研究在國外就蓬勃地展開了，這些成果進一步促進了勵磁控制技術的發(fā)展。這就帶來了調(diào)節(jié)速度慢的問題。廣西大學畢業(yè)設計 單片機在同步發(fā)電機勵磁控制系統(tǒng)中的應用 第一章 導言同步發(fā)電機的勵磁系統(tǒng)研究的內(nèi)容包括兩個主要方面：勵磁機和勵磁調(diào)節(jié)器，對勵磁系統(tǒng)的控制是對發(fā)電機運行實現(xiàn)控制的一項重要內(nèi)容，因而勵磁系統(tǒng)是同步發(fā)電機的重要配套裝備。而且有一定的調(diào)節(jié)死區(qū)。國外從70年代開始研究數(shù)字勵磁調(diào)節(jié)器，從80年代中期世界上第一臺數(shù)字式勵磁調(diào)節(jié)器DER，問世以來，國外的德國，瑞士，英國等眾多生產(chǎn)廠家紛紛研制并不斷推出新的產(chǎn)品，大大推動了DER的發(fā)展和應用，DER用的硬件一般自制專用控制板，分為單CPU系統(tǒng)和多CPU系統(tǒng)以及模擬—數(shù)字混合系統(tǒng)(數(shù)字部分采用PLC)等三種，單CPU系統(tǒng)的特點是快速、總體集成度高，因而成本也高。簡化了勵磁調(diào)節(jié)器的結構，降低了成本。主要工作包括以Atmega系列超低功耗單片機為核心，輔助相應的硬件電路和外圍設備，來實現(xiàn)對發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的控制。勵磁功率單元向同步發(fā)電機的轉(zhuǎn)子提供直流電流，即勵磁電流；勵磁調(diào)節(jié)器根據(jù)輸入信號和給定的調(diào)節(jié)準則控制勵磁功率單元的輸出。由于電力系統(tǒng)運行的需要及自動裝置元件與計算技術的進展，勵磁調(diào)節(jié)器也隨之發(fā)展。 （21）式中 其時間常數(shù)約為幾十毫秒，為電壓比例系數(shù)，為對應時測量單元的輸出電壓。由圖可見，濾過器輸出為零。濾波電路由兩節(jié)組成，第一節(jié)是由，和，和組成的橋式濾波電路，a,b是輸出端。圖2－7為檢測電路，電位器w用于調(diào)整電壓定值；兩個穩(wěn)壓值相同的穩(wěn)壓管WY1，WY2與兩個阻值相等的電阻組成對稱比較電路，又稱檢測橋，m，n為電路的輸出端, 輸出電壓偏差信號，圖中右邊部分為檢測橋的特性。電路中加上了限幅與功率放大。一般情況下，Tp很小，所以把綜合放大單元和功率放大單元看作是一個一階慣性環(huán)節(jié)。移相觸發(fā)電路中的觸發(fā)器可以由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器或單結晶體管觸發(fā)器等電路來實現(xiàn)。圖212 勵磁控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)框圖作為簡單分析，略去勵磁機的飽和特性和放大器的限幅，則直接可以寫出系統(tǒng)的傳遞函數(shù)如下： (26) 勵磁控制系統(tǒng)的基本任務 系統(tǒng)電壓的控制電力系統(tǒng)正常運行時，負荷是經(jīng)常變動的，同步發(fā)電機的功率也隨之相應變化，而勵磁系統(tǒng)最基本的任務是要求及時調(diào)節(jié)勵磁電流，以維持發(fā)電機端或系統(tǒng)某一點電壓在給定水平。而同步發(fā)電機控制端電壓的波動主要體現(xiàn)為電網(wǎng)的無功功率Q的不斷變化。在帶有負調(diào)差單元的自動調(diào)節(jié)勵磁裝置中，當無功電流增大時，勵磁調(diào)節(jié)器將感受到發(fā)電機電壓虛假地降低，有相反的調(diào)節(jié)過程，致使發(fā)電機電壓升高，于是得到上翹的外特性。ATmega16的數(shù)據(jù)吞吐率高達1MIPS/MHz，同時具有16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash(具有同時讀寫的能力)；512字節(jié)EEPROM；1K字節(jié)SRAM；32個通用I/O口線；開關量輸入/輸出回路由并行口、光電耦合電路及光電隔離開關等組成；人機接口部分主要包括顯示、鍵盤、各種面板開關等，通信系統(tǒng)可以完成機間通信及遠動的要求；電源系統(tǒng)提供了整個裝置所需的直流穩(wěn)壓電源，保證整個系統(tǒng)的可靠供電。圖32 勵磁電源主回路參數(shù)測量系統(tǒng)的參數(shù)測量都是由單片機系統(tǒng)來完成,檢測同步發(fā)電機端電壓和勵磁電流，將它們經(jīng)過整流變送后輸入單片機的A/D口；同時將測得的端電壓和勵磁電流通過比較器、光電隔離器等環(huán)節(jié)得到頻率和相位角的脈沖方波信號，并且取得系統(tǒng)的同步信號。由于普通橋式整流電路存在兩個二極管PN結的門檻電壓(),輸出電壓的有效值并不是Vm。圖35 精密整流后的波形圖電流采樣與電壓采樣類似。ICP引腳的功能為捕捉邊沿信號，當該引腳有信號邊沿觸發(fā)時，可以將此時的定時器值放入寄存器。勵磁系統(tǒng)移相觸發(fā)電路原理圖見圖39。 圖311 裝置內(nèi)部觸點開關回路(2)從裝置外部經(jīng)過端子排引入裝置的觸點，例如在運行中可切換的各種壓板、轉(zhuǎn)換開關、斷路器等。在實際設計中，去抖動時間選為45 ms。 圖 315液晶顯示電路原理圖 電源電路 該勵磁系統(tǒng)中單片機及其它芯片需+5V直流穩(wěn)定電壓供電。由于本勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)采用了單片機為核心的微機控制器，因此在控制算法的選擇上有很大的靈活性，只需要通過對軟件的修改就可以使控制的效果得到改善。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。只要采樣間隔時間T與，相比足夠小，式（47）就與（43）足夠近似。 增量式PID算法與位置式相比有以下優(yōu)點：（1）位置式算法每次輸出與整個過去狀態(tài)的關，計算式中要用到過去偏差的累加值，容易產(chǎn)生較大的累計誤差；而增量式只需計算增量，當存在計算誤差或精度不足時，對控制量計算的影響較小。設測量值為c(n),則每采集了n個數(shù)據(jù)后，進行一次算術平均，其計算方法如下： （413）根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計的理論，上式的算術平均值實際上是這樣一個值，它與各采樣值間的誤差的平方和最小。這樣可以去掉由于偶然因數(shù)引起的干擾，同時對于脈動干擾也比較有效。運行界面如51圖。pro也停止了更新。目前仿造ATmel公司的STK500下載線的售價也在百元以上。下圖為自制的ISP下載線的原理圖。軟件部分主要是由端電壓測量子程序、端電流測量子程序、求取相位角子程序、系統(tǒng)中斷設子程序、數(shù)碼顯示功能子程子程序組成。INT0(ICP1)中斷端口具有捕獲電平變化功能，在電平下降沿、上升沿和任意電平變化都可以觸發(fā)中斷，在中斷信號觸發(fā)時，記錄下計時器的值，同時將定時器清零，進行下一次的計時。工業(yè)環(huán)境中的干擾因素比較多，對微機系統(tǒng)造成的影響也是多方面的。 一方面，一個系統(tǒng)的運行對環(huán)境造成的電磁干擾不得影響其它設備；另一方面，系統(tǒng)本身抗電磁干擾能力要強，不易受到外界環(huán)境的電磁干擾。所以，在線路板設計中，引線長度越短越好，以保持信號在印刷板上傳輸時，導線引起的延遲時間不大于所用器件的標稱延遲時間。因此，供電線路宜采用隔離變壓器接入電網(wǎng)，它的初線和次線之間加了一層屏蔽層，并和鐵芯一起接地，可以防止電網(wǎng)的干擾侵入微機系統(tǒng)。常用的軟件抗干擾措施有如下幾種：（1）數(shù)字濾波技術 對于實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，為了消除傳感器中通過的干擾信號，在硬件措施上常采取有源或無源RLC網(wǎng)絡，構成模擬濾波器，對信號實現(xiàn)頻率濾波。單片機在正常的運行中會不斷的發(fā)出計時清零信號給WDT。本裝置充分利用AVR單片機的硬件特性，通過一次采集獲得電網(wǎng)頻率及相位角，并可判斷電壓和電流在時間上的超前滯后關系，僅占用單片機的一個外部中斷和一個定時器/計數(shù)器，實現(xiàn)起來較為方便。海老師帶領我們參觀南寧微控設備廠，使我們得到親自制作與焊接電路板的機會；海老師每星期定時給我們上課，并且在實驗室計算機配備以及其它實驗設備上提供了我們巨大的幫助。 DDRD = 0x0。 //初始化外部中斷 timers_init()。 //累加求和 for(k=0。 //A/D的端口選擇 //:ADC使能；.6：開始；.5：自由；.4中斷標志 //；. ADCSR = 0x86。}//觸發(fā)晶閘管外部中斷程序include include include define uchar unsigned chardefine uint unsigned intuchar t0_h,t0_l。 b_flg=1。 TCNT0 = 255t0_l。 //輸出置位B相管 OCR1B = TCNT1+1000。 c_flg=0。 //t1的計數(shù)器 TCCR1A = 0xf0。//定時器1清零void get_phase(void){ double phase。 //將占空比轉(zhuǎn)換為角度k=phase*。 led[12]=k_change%10。 //當前值轉(zhuǎn)給舊值寄存器}輸入捕獲中斷口處理程序：SIGNAL(SIG_INPUT_CAPTURE1){ extern uint round_icp。 //輸入捕獲舊值參數(shù)變量 number_icp_new=ICR1。}外部中斷程序：/***************************************************** 外部中斷信號程序 *****************************************************/中斷口0信號處理程序：SIGNAL(SIG_INTERRUPT0){ extern uint round_f。 //根據(jù)相位角變化趨勢，分辨相位角是變大還是變小，并給出標志顯示 k_change=(uint) k。 uint flag_phase=0。 //t0的控制字***注意這里 ASSR = 0x00。 TCCR0 = 0x00。 } else { cbi(PORTC,4)。 //啟動定時器0 c_flg=1。 t2 = dc。uchar a_flg,b_flg,c_flg。}/*****************************************通用A/D轉(zhuǎn)化程序：輸入：第一個參數(shù)，端口號，18，輸出：A/D轉(zhuǎn)化結果，10位無符號整數(shù)*****************************************/unsigned int read_adc(unsigned char adc_input){ ADMUX amp。k++) { adc_d+=adc_dat[k]。 //初始化ADC sei()。 // ACSR = 0x80。在海老師的指導下，我不僅只是完成了這篇論文，更重要的是學到了從事科研工作的精神，在此我要對他表示深切的謝意！感謝廣西大學電氣工程學院的各位老師，是他們培育了我，讓我得到了良好的教育；父母在我的求學道路上傾注了大量的心血，感謝父母對我學業(yè)的支持；感謝辛鵬、諶亮書等師兄師姐以及同一畢業(yè)設計小組的同學，感謝他們在這篇論文中給予我的寶貴意見！附錄單片機勵磁控制系統(tǒng)軟件部分相關程序:include include include include include include define uchar unsigned chardefin