【正文】 e uint unsigned intuint dc。4．本微機控制技術，使用的是數(shù)字PID控制器，它是將模擬PID控制算法離散化，通過程序實現(xiàn)，不需要像模擬控制系統(tǒng)那樣用硬件電路來實現(xiàn)，因此使系統(tǒng)設計更靈活、方便，改善了發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的調節(jié)特性。死循環(huán)會使程序失去正常的控制，但不會使程序控制轉入陷阱區(qū)，因而軟件陷阱無法捕獲到它。在一般數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，通常使用采用了中值法和加權平均法兩種數(shù)字濾波方式的結合，減少沖擊，使裝置性能更加穩(wěn)定，減少了裝置的誤動率。印刷線路板上的線以電源線和地線最為重要。電源是對微機系統(tǒng)干擾的一個主要來源。 （2） 減小信號傳輸中的畸變。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消除已進入系統(tǒng)的干擾。圖57 功率因數(shù)角與頻率判斷子程序ATmega16的定時器0、定時器1啟動和控制各參數(shù)量的計算及PWM的輸出。 圖55 系統(tǒng)主程序流程圖對發(fā)電機的電壓和電流進行模數(shù)轉換是進行參數(shù)采集及計算的關鍵，為后邊的移相觸發(fā)控制提供實時的、準確的數(shù)據(jù)，減少裝置的誤動率。當然也可以用專門的編程器燒入程序，但是需要購買專用的編程器，經(jīng)費上不支持，而且燒入程序時，需要將器件從目標板上取下，放入編程器中，燒入完成后插回目標板。其下載速度要明顯慢于STK500方式。STK500下載為ATmel公司官方推薦的下載方式。普通串口方式的速度快，但支持的軟件不多。第五章 軟件系統(tǒng)設計和抗干擾措施作為一種當前應用較廣泛的單片機，有多種集成開發(fā)環(huán)境支持對AVR單片機的程序開發(fā)。算術平均值法主要對壓力，流量等含有周期性脈動的信號有效，而對突發(fā)的脈沖干擾效果則不太理想。如果采用增量算法，則由于式中不出現(xiàn)u0項，易于實現(xiàn)手動到自動的無沖擊切換。將一個微分方程用差分方程近似離散化。但是如果積分時間Ti太小，則積分控制作用太強，會使控制器系統(tǒng)輸出的超調量加大，甚至產生震蕩。因此，在本單片機勵磁調節(jié)器中采用了數(shù)字PID控制算法。圖 316電源設計原理圖 通訊接口電路設計為了實現(xiàn)與上位機的通信，本系統(tǒng)采用了電平轉換芯片MAX232。圖 314 鍵盤掃描電路本裝置的顯示模塊使用數(shù)碼管進行顯示，采用動態(tài)掃描方式。在本微機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。觸發(fā)電路的調制波是由如圖39左邊部分所示，由NE555芯片構成的多諧振蕩器，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。單片機接收到上升沿觸發(fā)中斷后，將定時器/計數(shù)器1清零并開始計數(shù)，直到下一個上升沿中斷的到來，該時間間隔即為一個周期T，其倒數(shù)即為頻率f。通過AVR單片機軟件設計可以準確求得頻率。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，從而提高了測量精度。發(fā)電機的機端電壓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，與對應的給定值進行比較。如圖32所示。 同步發(fā)電機并聯(lián)運行的穩(wěn)定性電力系統(tǒng)在運行時隨時會受到各種干擾，這就需要同步發(fā)電機具有維持或恢復同步運行的能力，即保持同步發(fā)電機并聯(lián)運行時的穩(wěn)定性。幾臺發(fā)電機在同一母線上并聯(lián)運行時，改變任何一臺機組的勵磁電流不僅影響該機組的無功電流，而且還影響同一母線上并聯(lián)運行其它機組的無功電流，與此同時也引起母線電壓的變化。要維持發(fā)電機端電壓，必須增大勵磁電流，使發(fā)電機的外特性向上移。 圖 211 三相移相觸發(fā)電路工作示意圖勵磁機可以是直流的也可以是交流的，直流又分為自勵式和他勵式。受控制的是三相整流橋，故應有3套觸發(fā)電路。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。圖27 檢測電路接線及特性（a）檢測橋電路 （b）檢測橋的特性。對于六相全波整流，選頻為600Hz橋式濾波電路選頻特性好，對直流電壓衰減小。因此，當輸入為不對稱電壓時，負序分量被濾去，只有正序電壓輸出。該測量比較環(huán)節(jié)由正序電壓濾過器、多相整流、濾波及檢測橋等電路組成，如圖24所給框圖所示。從裝置的調節(jié)原理劃分，有比例式、比例—積分—微分式、最優(yōu)調節(jié)器、自適應式調節(jié)器等。圖21 勵磁控制系統(tǒng)結構框圖同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)是由勵磁機、發(fā)電機、濾波器、放大器、移相觸發(fā)單元和測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)電機磁場電流，從而控制同步發(fā)電機的電勢、端電壓、無功功率和電流等參量。第二章 同步發(fā)電機勵磁原理分析優(yōu)良的勵磁控制系統(tǒng)不僅可以保證發(fā)電機運行的可靠性和穩(wěn)定性，而且可以有效的提高發(fā)電機及其相連電力系統(tǒng)的經(jīng)濟技術指標。這櫸就加快了產品的開發(fā)速度，也使得現(xiàn)場運行人員在掌握某種功能的微機勵磁裝置的前提下，不需要花大力氣，就可以掌握另一種性能略有差別的裝置。但無論如何數(shù)字式勵磁調節(jié)器己成為復雜的多功能勵磁系統(tǒng)的首選，是最新勵磁調節(jié)器的發(fā)展方向。然而仍有較大的時間常數(shù)。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，在此基礎上發(fā)展的相關電力系統(tǒng)結構也面臨著新的升級與改革，其裝備的同步發(fā)電機設備有的還在用可控硅靜止勵磁方式，采用人工手動調節(jié)，勵磁系統(tǒng)不能按照給定電壓進行自動調節(jié)，直接影響同步發(fā)電機系統(tǒng)的供電質量及其運行的可靠性和穩(wěn)定性，因此，許多電站提出了對勵磁控制系統(tǒng)進行技術改造，隨著計算機技術和半導體技術的發(fā)展，同步發(fā)電機勵磁系統(tǒng)的微機控制就產生了，提高了電力系統(tǒng)的自動化水平。調節(jié)器的執(zhí)行環(huán)節(jié)是采用電動伺服馬達。它是從受控對象及調節(jié)器的常微分方程出發(fā)，經(jīng)過拉氏變換建立各個環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)進而得到受控系統(tǒng)及調節(jié)器的傳遞函數(shù)。這就不可避免地降低了整個勵磁系統(tǒng)的可靠性，另一方面，半導體元件參數(shù)的分散性較大，且焊接點較多，調試及檢修工作量大。采用單片機結構的勵磁控制器結構簡單、體積小、成本低，除控制核心外的其它硬件部分可根據(jù)自已的需要自行設計，因此這種勵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節(jié)器。勵磁系統(tǒng)的種類很多，但主要可分為他勵系統(tǒng)自勵系統(tǒng)兩大類。勵磁機為執(zhí)行環(huán)節(jié)，而校正裝置是為改善系統(tǒng)特性而設定的。在轉速為額定轉速時，同步發(fā)電機的傳遞函數(shù)可以用一階滯后環(huán)節(jié)來表示。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。因為整流相數(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。其作用是將整流濾波輸出的電壓與比較電路中的基準電壓進行比較，得到一個反映發(fā)電機電壓偏差的直流電壓信號輸出到綜合放大環(huán)節(jié)。圖28 運算放大器原理接線圖運算放大器的開環(huán)（無反饋電阻時）放大系數(shù)很大（K~），加入后，輸入端相加點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，運算放大器能對多個輸入信號進行按不同比例相加，其比例僅與反饋電阻與各輸入電阻有關，與運算放大器本身參數(shù)無關。與構成消除高頻自激振蕩電路。觸發(fā)電路的移相范圍應足夠寬，移相平穩(wěn)，線性度好；觸發(fā)脈沖應有足夠的功率，使晶閘管可靠導通；脈沖應有一定寬度，尤其是對于勵磁系統(tǒng)這樣的大電感電路，只有當脈沖有足夠寬度，剛導通的晶閘管中電流逐漸上升時，觸發(fā)脈沖仍未消失，保證晶閘管不會重新熄滅；觸發(fā)脈沖的前沿要陡；整個觸發(fā)電路應有較強的抗干擾能力。為一個非線性函數(shù)，在這里將不做介紹。通過勵磁調節(jié)器的作用，依電壓偏差來調節(jié)三相半控橋晶閘管的導通角，調整勵磁電流，以保持發(fā)電機端電壓在額定給定水平，導通角與電壓偏差值有以下關系：ΔU=，當ΔU大于零時，系統(tǒng)減小導通角，勵磁電流升高，也隨升高，直到＝，電壓偏差等于零。當正調差系數(shù)為＞0，其調節(jié)特性下傾，發(fā)電機電壓隨著無功電流增大而降低。最后，將調節(jié)參數(shù)輸出并控制移相觸發(fā)電路,使得勵磁電源主回路的晶閘管導通角改變,從而控制發(fā)電機的勵磁。三相半橋中，三個晶閘管的導通順序與三相電源的順序相同,從左到右依次導通。圖33 系統(tǒng)參數(shù)測量電路結構框圖同步發(fā)電機輸出電壓經(jīng)過電壓互感器取樣后，由測量變壓器降壓得到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。對，當0的時候，放大器輸出為負，導通，截止，則，當0的時候，放大器輸出為正，截止，導通，上沒有電流流過。 圖36 頻率測量信號轉換電路AVR單片機設定為上升沿觸發(fā)，當?shù)谝粋€上升沿到來時，定時器開始計時，一直到第二個上升沿到來，此時讀取定時器數(shù)值，再用這兩次的數(shù)值差乘以定時器單次計數(shù)間隔時間，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。設計方法可以在一個周期內便計算出功率因數(shù)角，并可判斷出電流和電壓之間的相互關系，具有較好的實時性和準確性，同時避免了對單片機引入過多中斷，使程序的跳轉更加清晰。同步信號和觸發(fā)信號圖如圖310示。如圖313所示。由于一個數(shù)碼管組需要8個段碼以及4個位碼總共12個引腳進行控制。由于計算機上也裝有RS232通信接口，勵磁調節(jié)裝置即能與上位機進行直接接口通信。在實際應用中，根據(jù)對象的特性和控制要求，也可以靈活地改變其結構，取其中一部分環(huán)節(jié)構成控制規(guī)律。理想PID控制器輸出信號與輸入信號的關系如下： （43）將上式兩邊同時求拉氏變換后，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。通過分析（47）可以知道，如果先不計算u(n)，而是計算其增量，則可以免除每次加法計算。當微機控制系統(tǒng)面對現(xiàn)場比較惡劣時，因此，所采集信號中總會混雜有各類干擾。應該去掉；如果未超出，可將該數(shù)據(jù)作為本次采樣值。而且C語言還可以嵌入?yún)R編來解決高時效性的代碼編寫問題。Studiostudio包括兩個部分，編程器（硬件）和上位機編程軟件?？刂葡到y(tǒng)能否正常有效的工作，與軟件系統(tǒng)設計有著密切的聯(lián)系。ADC與一個8通道的模擬多路復用器連接，通過分時復用的方式，能對來自端口A 的8路單端輸入電壓進行分時采樣。由于工業(yè)現(xiàn)場各種動力設備不斷地起停運行，使得現(xiàn)場環(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。下面從硬件抗干擾的角度出發(fā)對干擾進行各方面分析，并給出硬件抗干擾的基本方法。A左右，輸入電容在10pF左右，輸入阻抗相當高。電網(wǎng)上的強干擾通過電源進入集成電路塊。所謂數(shù)字地、模擬地分開是指布線時分開，而最后都匯集到這個接地點上，如圖510所示：圖510 系統(tǒng)接地方式與線路板以外信號線相連時，應采用屏蔽電纜。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。 第六章 總結本設計在研究分析現(xiàn)有發(fā)電機勵磁原理和微機自動勵磁裝置的基礎上，研制了一套基于AVR平臺的數(shù)字式發(fā)電機勵磁裝置。在論文的最后我要對向那些對我的學習、工作、生活及論文的完成給予我指導和幫助的人致以衷心謝意。 PORTC = 0x0。 //ADC轉化的緩存區(qū) uchar m_i,k。 //開與門輸出 while(1) { adc_dat[m_i%10]=read_adc(0)。 //等一小會 wdt_reset()。 //A/D的端口選擇 ADCSR|=0x40。//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相同步信號提供**************************************/SIGNAL(SIG_INTERRUPT0){ OCR1A = TCNT1+dc。 t2=8。 a_flg=0。 } else { if(c_flg) { sbi(PORTC,5)。 //t0的控制字 OCR1A = 0x00。 //t0的計數(shù)器 TCCR2 = 0x00。 //超前 else flag_phase=0。//變化變小，設置標志位 if((time_3time_2)) led[15]=32。 //提取當前中斷程序定時器的值 round_f=number_int0_newodd_dat。 //當前值轉給舊值寄存器}