【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 夠根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)Ki和微分系數(shù)Kd，以達(dá)到調(diào)節(jié)作用的實(shí)時(shí)最優(yōu)。模糊PID自整定控制是將輸入量包括偏差和偏差的變化率進(jìn)行模糊化處理，即將輸入變量變換到相應(yīng)的論域，并將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成合適的語言值。結(jié)合本系統(tǒng)的特性，這里選擇模糊變量的模糊集隸屬函數(shù)采用三角函數(shù)。根據(jù)該規(guī)則可把實(shí)際誤差e、誤差變化率ec對(duì)應(yīng)的語言變量E、EC表示成模糊量。E、EC的基本論域?yàn)閇3，+3]，將其離散成7個(gè)等級(jí)即[3，2，1，0，+1，+2，+3]。考慮到控制的精度要求，本設(shè)計(jì)將[3，+3]分為負(fù)大[NB]、負(fù)中[NM]、負(fù)小[NS]、零[ZO]、正小[PS]、正中[PM]、正大[PB]等7個(gè)語言變量，然后由e、ec隸屬函數(shù)根據(jù)最大值法得出相應(yīng)的模糊變量。接著為比例、積分和微分增益的模糊偏差分別建立相應(yīng)的模糊控制規(guī)則表。通過偏差和偏差變化率的模糊量取得相應(yīng)的比例、積分、微分偏差的模糊量，最后通過去模糊轉(zhuǎn)化公式將模糊量變?yōu)閷?shí)際量，下式是以比例增益為例kkp=ekp*dkp+kp (32)式中：kkp是比例增益去模糊化的實(shí)際值；ekp是比例因子；dkp是比例增益模糊偏差量；kp是給定的比例增益的實(shí)際值； 控制角的計(jì)算控制角計(jì)算是整個(gè)軟件的關(guān)鍵部分，其程序流程圖如圖312所示。先通過AD轉(zhuǎn)換器采集并讀取當(dāng)前的電壓值與設(shè)定的給定電壓進(jìn)行比較得到電壓的偏差和偏差變化率，將其送入模糊PID控制計(jì)算程序中調(diào)整得到新的比例、積分和微分系數(shù)，這個(gè)過程如上一點(diǎn)內(nèi)容所述。接著判斷是否達(dá)到欠勵(lì)限制，是則直接將angle取為180完成控制角的計(jì)算，否則接著判斷是否達(dá)到強(qiáng)勵(lì)、過勵(lì)限制，若是則直接將angle取為0并完成控制角的計(jì)算，否則由這組新的Kp、Ki、Kd系數(shù)計(jì)算當(dāng)前需要的勵(lì)磁電壓UL，UL=Ug1+kkp*(Uent1Uent2)+kki*Uent1+kkd*(Uent1Uent2Uent2+Uent3) (33)其中Ug1為上次的勵(lì)磁電壓，Uent1為本次的電壓偏差，Uent2為上次的電壓偏差，Uent3為上上次的電壓偏差，kkp、kki、kkd是通過模糊PID控制計(jì)算得到的新控制量。再通過 angle=180*(acos(*UL/Elab))/ (34)得到控制角angle。圖312 控制角計(jì)算流程圖 脈沖輸出圖313脈沖輸出流程圖脈沖輸出主程序如圖313所示。根據(jù)控制角的大小將觸發(fā)脈沖輸出的順序分成三組，angle在0到60之間的用pulsea[i]，angle在60到120之間的用pulsec[i]，angle大于120的用pulseb[i]。第一組脈沖的輸出時(shí)間是根據(jù)控制角確定的，之后的五組脈沖每隔1/6周期輸出一組。 逆變停車與限制動(dòng)作 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要求，當(dāng)遇到勵(lì)磁過電流、電壓限制、發(fā)電機(jī)過電壓、低于低頻保護(hù)以及電壓檢測(cè)信號(hào)或丟失時(shí)調(diào)節(jié)器需要控制控制角實(shí)現(xiàn)逆變停車。程序中只要有一個(gè)滿足上述條件的都會(huì)將逆變信號(hào)contra置位提示調(diào)節(jié)器停止電流的輸出。限制條件包括強(qiáng)勵(lì)、過勵(lì)限制和欠勵(lì)限制。強(qiáng)勵(lì)、過勵(lì)限制是當(dāng)發(fā)電機(jī)端電壓低于額定電壓的80%時(shí)的勵(lì)磁限制，欠勵(lì)限制是當(dāng)發(fā)電機(jī)端電壓高于額定電壓的130%時(shí)的勵(lì)磁限制。4 調(diào)試與總結(jié) Proteus與Keil介紹ProteusProteus是一種低投資的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，提供Schematic Drawing、SPICE仿真與PCB設(shè)計(jì)功能，這一點(diǎn)proteus 與 multisim比較類似，只不過它可以仿真單片機(jī)和周邊設(shè)備，可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU，與keil和MPLAB不同的是它還提供了周邊設(shè)備的仿真，只要給出電路圖就可以仿真，例如373，led，示波器，Proteus提供了大量的元件庫，有RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件，…編譯方面支持Keil和MPLAB，里面有大量的例子參考。(1)、Proteus可提供的仿真元件資源 Proteus軟件提供了可仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件達(dá)30多個(gè)元件庫。 (2)、Proteus可提供的仿真儀表資源 虛擬儀器儀表的數(shù)量、類型和質(zhì)量，是衡量仿真軟件實(shí)驗(yàn)室是否合格的一個(gè)關(guān)鍵因素。在Proteus軟件中，理論上同一種儀器可以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外，Proteus還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來，其作用與示波器相似但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。(3)、Proteus可提供的調(diào)試手段 Proteus提供了比較豐富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。Keil是德國開發(fā)的一個(gè)51單片機(jī)開發(fā)軟件平臺(tái)，最開始只是一個(gè)支持C語言和匯編語言的編譯器軟件。后來隨著開發(fā)人員的不斷努力以及版本的不斷升級(jí)，使它已經(jīng)成為了一個(gè)重要的單片機(jī)開發(fā)平臺(tái)，不過Keil的界面并不是非常復(fù)雜，操作也不是非常困難，很多工程師的開發(fā)的優(yōu)秀程序都是在Keil的平臺(tái)上編寫出來的?？梢哉f它是一個(gè)比較重要的軟件，熟悉他的人很多很多，用戶群極為龐大，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過偉福等廠家軟件用戶群，操作有不懂的地方只要找相關(guān)的書看看，到相關(guān)的單片機(jī)技術(shù)論壇問問，很快就可以掌握它的基本使用了。 (1)、Keil的181。Vision2可以進(jìn)行純粹的軟件仿真(仿真軟件程序，不接硬件電路)；也可以利用硬件仿真器，搭接上單片機(jī)硬件系統(tǒng)，在仿真器中載入項(xiàng)目程序后進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真；還可以使用181。Vision2的內(nèi)嵌模塊Keil Monitor51，在不需要額外的硬件仿真器的條件下，搭接單片機(jī)硬件系統(tǒng)對(duì)項(xiàng)目程序進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真。 (2)、uVision2調(diào)試器具備所有常規(guī)源極調(diào)試，符號(hào)調(diào)試特性以及歷史跟蹤，代碼覆蓋，復(fù)雜斷點(diǎn)等功能。DDE界面和shift語言支持自動(dòng)程序測(cè)試。Proteus與Keil軟件的鏈接調(diào)試軟硬件聯(lián)合仿真系統(tǒng)由一個(gè)硬件執(zhí)行環(huán)境和一個(gè)軟件執(zhí)行環(huán)境組成，通常軟件環(huán)境和硬件環(huán)境都有自己的除錯(cuò)和控制界面，Keil與Proteus的整合調(diào)試可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的總調(diào)，在該系統(tǒng)中，Keil作為軟件調(diào)試界面，Proteus作為硬件仿真和調(diào)試界面，下面說一下如何在keil中調(diào)用proteus進(jìn)行MCU外圍器件的仿真。(1)、安裝keil 與 proteus。(2)、把安裝proteus\ MODELS目錄下 \C51\BIN目錄中。(3)、修改keil安裝目錄下 ，在C51字段加入TDRV5=BIN\ (Proteus VSM Monitor51 Driver),保存。注意：不一定要用TDRV5，根據(jù)原來字段選用一個(gè)不重復(fù)的數(shù)值就可以了。引號(hào)內(nèi)的名字隨意。(4)、打開proteus，畫出相應(yīng)電路，在proteus的debug菜單中選中use remote debug monitor；(5)、在keil中編寫MCU的程序 (6)、進(jìn)入KEIL的project菜單option for target 39。工程名39。在DEBUG選項(xiàng)中右欄上部的下拉菜單選中 Proteus VSM Monitor51 Driver。在進(jìn)入setting，如果同一臺(tái)機(jī)IP ,如不是同一臺(tái)機(jī)則填另一臺(tái)的IP地址。端口號(hào)一定為8000。注意：可以在一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行keil，另一臺(tái)中運(yùn)行proteus進(jìn)行遠(yuǎn)程仿真。 (7)、在keil中進(jìn)行debug，同時(shí)在proteus中查看直觀的結(jié)果（如LED顯示…）這樣就可以像使用仿真器一樣調(diào)試程序。 調(diào)試與仿真在Keil軟件中選擇CPU為89S52芯片建立一個(gè)工程，將編寫好的源程序加入其中進(jìn)行編譯、調(diào)試。根據(jù)Build頁中提示的語法錯(cuò)誤和警告進(jìn)行相應(yīng)的修改和調(diào)整，編譯完成之后得到可以寫入芯片的hex文件，為之后的與Proteus聯(lián)調(diào)作準(zhǔn)備。由于本設(shè)計(jì)是用C語言編寫源程序，所以沒辦法像匯編語言編程一樣預(yù)先計(jì)算好延時(shí)程序的延時(shí)時(shí)間，只能通過調(diào)試時(shí)的相應(yīng)的寄存器sec查看程序的執(zhí)行時(shí)間來調(diào)整延時(shí)時(shí)間。本次設(shè)計(jì)的程序中用到了毫秒級(jí)的長(zhǎng)延時(shí)和80微妙的短延時(shí)都是用上述方法來確定延時(shí)時(shí)間的，如圖41所示。 圖41 延時(shí)調(diào)試然后是將Keil與Proteus聯(lián)起來進(jìn)行程序的各個(gè)模塊仿真。先是對(duì)各個(gè)模塊程序單獨(dú)調(diào)試，沒有錯(cuò)誤之后，將數(shù)碼管顯示程序進(jìn)行仿真。顯示程序分為兩部分，一個(gè)是通過單片機(jī)P0進(jìn)行發(fā)電機(jī)端電壓電流動(dòng)態(tài)顯示，其段位碼鎖存信號(hào)端通過8255A的PC2和PC3端進(jìn)行控制。另一個(gè)是通過8255A的PB口進(jìn)行勵(lì)磁電壓電流動(dòng)態(tài)顯示，其段位碼鎖存信號(hào)端通過8255A的PC0和PC1端進(jìn)行控制。仿真的效果圖如圖42所示，從右到左依次顯示0~7。圖42 顯示仿真 顯示仿真完成之后，加入AD采集子程序進(jìn)行進(jìn)一步的仿真。給ADC0809的8個(gè)通道輸入電壓在0V~5V之間不同的電壓值。經(jīng)AD轉(zhuǎn)換之后得到的數(shù)字量再送單片機(jī)P0口，然后用單片機(jī)的P1進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示。圖43 ，其中A是表示A相。圖44 ，其中A是表示A相。仿真結(jié)果表明采集子程序能基本完成設(shè)計(jì)要求。圖43 1V電壓的顯示 圖44 2V電壓的顯示接下來再將兩個(gè)數(shù)據(jù)處理子程序加入仿真，數(shù)據(jù)子程序1是將一輪采集中前六個(gè)通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行平方處理，后兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)不做改變，數(shù)據(jù)子程序2是將一周期內(nèi)的8輪采集的前六個(gè)通道的數(shù)據(jù)求有效值，即求8次采集平方的平均值進(jìn)行開方處理，而后兩個(gè)通道進(jìn)行8次采集的平均值處理。經(jīng)過仿真，數(shù)碼管上顯示的數(shù)值與預(yù)計(jì)的相符合。 ，在單片機(jī)P2口的低六位進(jìn)行六路脈沖的輸出，仿真結(jié)果如圖45 所示。、，由圖可以看出每個(gè)脈沖的寬度是1ms，這可以保證晶閘管的有效觸發(fā)。 圖45 脈沖產(chǎn)生 至于模糊PID控制參數(shù)的計(jì)算和控制角計(jì)算子程序的仿真沒有很直觀的結(jié)果，以此表明兩個(gè)子程序可以使用。 總之，對(duì)于程序的各個(gè)子程序模塊的仿真都基本滿足設(shè)計(jì)要求，但由于一些條件的限制沒有對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，這也是整個(gè)設(shè)計(jì)的遺憾所在。 總結(jié) 在將近3個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間里，對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)有了系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，雖然我是做軟件設(shè)計(jì)的，但是平時(shí)也協(xié)助硬件設(shè)計(jì)人員對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)各部分硬件的原理進(jìn)行了解。正是有了平時(shí)的交流讓我在后面進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)不會(huì)手忙腳亂、無從下手。本次設(shè)計(jì)主要完成了勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的軟件設(shè)計(jì)，軟件可實(shí)現(xiàn)AD 8路通道采集、采集數(shù)據(jù)的兩級(jí)處理、兩路8位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示、模糊PID控制參數(shù)計(jì)算、控制角的計(jì)算、觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生和與PC機(jī)通信等功能。其中數(shù)據(jù)采集是用ADC0809，受到其工作頻率的限制，模數(shù)的轉(zhuǎn)換速度要花幾十微妙，對(duì)8路采集信號(hào)的同一時(shí)刻采集一輪要花1毫秒左右，加上數(shù)據(jù)的處理時(shí)間，所以在一個(gè)周期20毫秒之內(nèi)每路信號(hào)采8個(gè)點(diǎn)，即相位每過45176。采集一次。再取這些信號(hào)的平方的平均值的開方作為有效值，這樣一來數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性就受到了影響。而采集子程序后面還有數(shù)據(jù)顯示、控制角計(jì)算等子程序的調(diào)用也要用幾百毫秒的時(shí)間，所以實(shí)時(shí)性不是很好，不過還是基本滿足了設(shè)計(jì)的要求。最后的調(diào)試仿真部分是整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，查看了很多資料后決定用Keil與Proteus進(jìn)行聯(lián)調(diào)來直接仿真，在仿真的過程中發(fā)現(xiàn)了很多程序設(shè)計(jì)中沒注意的錯(cuò)誤，雖然沒有進(jìn)行系統(tǒng)的整體仿真，但是對(duì)各個(gè)模塊的仿真也讓我學(xué)到了很多東西?？偟膩碚f，這次的設(shè)計(jì)結(jié)果還是基本滿足要求，更鍛煉了我資料的收集能力和養(yǎng)成了團(tuán)隊(duì)合作精神。致 謝 在畢業(yè)設(shè)計(jì)完成以及即將結(jié)束的四年大學(xué)學(xué)習(xí)和生活之際，我懷著無比復(fù)雜的心情向?qū)W校及各位老師和同學(xué)告別并致謝！ 首先，我真誠的感謝張秀珍老師的指導(dǎo)。三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，張老師不斷對(duì)我進(jìn)行指導(dǎo)和糾正，讓我在設(shè)計(jì)中感到學(xué)的越多就越無知。老師讓我在結(jié)束大學(xué)學(xué)習(xí)之前找到另一條學(xué)習(xí)道路的起點(diǎn)，這將使我受用一生。同時(shí)感謝福建工程學(xué)院給我們提供了成長(zhǎng)和展示自我的空間平臺(tái)，感謝電子信息與電氣工程系給我們提供了學(xué)習(xí)和鍛煉的機(jī)會(huì)，也感謝給與我關(guān)心和幫助過的所有老師和同學(xué)們，感謝你們對(duì)我的支持和鼓勵(lì)！ 想起四年的大學(xué)時(shí)間，即將流逝，經(jīng)歷過，奮斗與頹廢的考驗(yàn)，品嘗過，成功與失敗的各般滋味，難免有些感慨。最后我想說一句，謝謝你大學(xué)，是你讓我成熟了許多，再見大學(xué)，我會(huì)永遠(yuǎn)記住你帶給我的酸甜苦辣！參考文獻(xiàn)[1]堯軍奇. 現(xiàn)代柴油發(fā)電機(jī)組原理、使用與維修[M]. 北京：電子工業(yè)出版社,2004.[2]陸繼明. 同步發(fā)電機(jī)微機(jī)勵(lì)磁控制[M]. 北京：中國電力出版社,2005.[3]孫育才. MCS51系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用[M]. 南京：東南大學(xué)出版社,2004.[4]韓志軍. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)—入門向?qū)c設(shè)計(jì)實(shí)例[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2005.[5]沈紅衛(wèi). 基于單片機(jī)的智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社,2005.[6]李璟延，張宇華，王福忠. 適用于中小型同步發(fā)電機(jī)的基于單片機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的改進(jìn)[J].河南科技大學(xué)學(xué)報(bào),2005[7]王德意，羅興錡，謝博. 基于TMS320F2812同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器研究[J]. 電力電子技術(shù),2005[8]張代峰,王輝