【正文】 的信號進(jìn)行數(shù)字濾波也是十分必要的。 為了能在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行，必須將 （ 45） 用一個(gè)差分方程來近似。 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 \桌面 \勵磁 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。 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時(shí)間。 移相觸發(fā)電路 同步發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)主要作 用是通過給定控制電壓 kU 控制三相半橋整流電路的導(dǎo)通角 ? ，從而調(diào)控勵磁電流 fI ，達(dá)到控制端電壓 0U 的目的。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電，且幅值為正 ， 從波形上無法分辨哪個(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)比較器來判定，該比較器輸出的上升沿對應(yīng)著原波形的正半周。 勵磁 控制回路可以根據(jù)機(jī)端 電壓 偏差和其他反饋信號自動調(diào)節(jié)可控硅的導(dǎo)通角，從而達(dá)到自動改變勵磁電流的目的。當(dāng) ? ＜ 0時(shí)為負(fù)調(diào)差，調(diào)節(jié)特性上翹，發(fā)電機(jī)端電壓隨著無功電流增大而上升。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。 移相觸發(fā)環(huán)節(jié) (1)任務(wù)及對環(huán)節(jié)的要求：將控制信號 KU 轉(zhuǎn)換成觸發(fā)脈沖，以觸發(fā)對應(yīng)相的晶閘管，達(dá)到調(diào)節(jié)勵磁的目的。 綜合放大環(huán)節(jié) (1)任務(wù)及對環(huán)節(jié)的要求：該環(huán)節(jié)的任務(wù)是，將偏差電壓 U? 與其他輔助信號電壓進(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。B39。39。39。 勵磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的工作原理和數(shù)學(xué)模型 同步發(fā)電機(jī)的傳遞函數(shù) 同步發(fā)電 機(jī)的傳遞函數(shù)相當(dāng)復(fù)雜，本文只研究發(fā)電機(jī)空載起勵的過程， 因此，可對發(fā)電機(jī)的數(shù)學(xué)描述進(jìn)行簡化。 向發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子輸出勵磁電流，而獲得勵磁電流的方法一般稱之為勵磁方式 ， 產(chǎn)生勵磁電流的裝置則稱為勵磁系統(tǒng)。使得勵磁部分的電路較復(fù)雜。 國內(nèi)外同步發(fā)電機(jī)勵磁技術(shù)的發(fā)展 縱觀同步發(fā)電機(jī)勵磁裝置的發(fā)展歷史可知， 最初的勵磁調(diào)節(jié)器是以發(fā)電機(jī)的機(jī)端電壓偏差 ( tU? )為反饋量，由于當(dāng)時(shí)的機(jī)組容量不大，電網(wǎng)規(guī)模較小，所以基本能滿足安全運(yùn)行的要求。隨著半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展， 70年代后，執(zhí)行環(huán)節(jié)大部分 采用可控硅整流橋， 目前國內(nèi)對全控橋可控硅勵磁系統(tǒng)的研究主要集中于大型機(jī)組，并與全數(shù)字式同步勵磁控制系統(tǒng)配套使用，廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在同步發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 2 這樣既解決了靈敏度的同題，也大幅度地提高了反應(yīng)速度。 微機(jī)勵磁調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定靈活方便，便于在線修改、調(diào)試工作量小，受到了人們的普遍歡迎。勵磁控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 22所示。 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。39。B‘A39。濾波電路由兩節(jié)組成，第一節(jié)是由 1R ， 3R 和1C ， 2R ， 4R 和 2C 組成的橋式濾波電路， a,b 是輸出端。電路中加上了限幅與功率放大。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(jié) 晶體管觸發(fā)器等電路來實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)Δ U小于零時(shí)，系統(tǒng)將增大導(dǎo)通角 ? ，勵磁電流 fI 減小， 0U 隨之降低，直到 0U ＝ 0NU ，偏差等于零為止。 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) 。整流后的電壓信號經(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。 F??7R k10 5R 3R40 1 0640 1 06BU 2 CU 3 DU 312Ck10 k1 圖 36 頻率測量信號轉(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： 10T t t?? ，其倒數(shù)即為頻率 f， 如 圖 37所示 。同步信號和觸發(fā)信號圖如圖 310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。在實(shí)際應(yīng)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(jié)構(gòu)，取其中一部分環(huán)節(jié)構(gòu)成控制規(guī)律。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。得到 ）（— nC 后即可計(jì)算出偏差值： )()()( nrne ??? （ 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。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。 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，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。鍵盤掃描電路如圖 314 所示。 123U 1 3A4 08 1564U 1 3B4 08 18910U 1 3C4 08 1564UB4 08 1X C KR21 0kL T 3Z L 0 9 8 35 A 2 22L T 2Z L 0 9 8 35 A 2 22L T 1Z L 0 9 8 35 A 2 22123UA4 08 1V C CV C CV C CKaKbKcC P U V C C _ 8O U T _AO U T _BO U T _CT R I G2Q3R4C V o l t5T H R6D I S7VCC8GND1U3N E 55 5C74 72C80 .1 u FR42KR3 1KR51 0kQ59 01 3Q39 01 3Q19 01 3DK1F M 1 07DK2F M 1 07DK3F M 1 07DK4F M 1 07DK5F M 1 07DK6F M 1 07O U T _EC K 41 04C K 51 04C K 61 042 .2 m H2 .2 m H2 .2 m HL E D 1L E D 2L E D 3O U T _K AO U T _K BO U T _K CR S T _ EC24 7u FR Q 32KR Q 22KQ29 01 2C K 14 7u FQ49 01 2C K 24 7u FQ69 01 2C K 34 7u FR Q 12KKKV C C圖 39 移相觸發(fā)電路原理 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在同步發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 23 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)勵磁電流。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? 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)，與對應(yīng)的給定值進(jìn)行比較。 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。要維持發(fā)電機(jī)端電壓，必須增大勵磁電流，使發(fā)電機(jī)的外特性向上移。為保證觸發(fā)電路對整流主電路在給定的 ? 角時(shí)發(fā)出觸發(fā)脈沖，觸發(fā)電路與同相主電路應(yīng)在相位上嚴(yán)格保持同步。運(yùn)算放大器原理接線如圖 2－ 8所示。其作用是將發(fā)電機(jī)電壓變換成能與基準(zhǔn)電壓作比較的平滑的直流電壓。因此，當(dāng)輸入為不對稱電壓時(shí)，負(fù)序分量被濾去，只有正序電壓輸出。AC 三條支路上的電流超前相應(yīng)線電壓 C?30 且 1R 上壓降為 2R 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。 廣西大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 單片機(jī)在同步發(fā)電機(jī)勵磁控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 6 調(diào) 差穩(wěn) 壓 電 源各 種 控 制信 號綜 合 放 大移 相 觸 發(fā)?aI?tU? 39。 同步發(fā)電機(jī) 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(gè)部分組成，如圖 21所示。微機(jī)控制技術(shù)的應(yīng)用，使得許多在模擬式調(diào)節(jié)器中無法 實(shí)現(xiàn)的功能得以實(shí)現(xiàn)，并可以用軟件功能代替模擬式中用較復(fù)雜的硬件實(shí)現(xiàn)的功能。這就帶來了調(diào)節(jié)速度慢的問題。而且有一定的調(diào)節(jié)死區(qū)。簡化了勵磁調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)，降低了成本。 勵磁功率單元向 同步發(fā)電機(jī) 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(zhǔn)則控制勵磁功率單元的輸出。tU?xU定值U?aU測 量 比 較交流勵磁電源同 步手 控Ku??同步發(fā)電機(jī) 圖 23 自動勵磁調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)框圖 電壓測量比較單元的傳遞函數(shù) 電壓 測量比較單元由調(diào)節(jié)器的測量變