【導(dǎo)讀】的軟件和硬件設(shè)計(jì)，并簡(jiǎn)單介紹了軟件及硬件的抗干擾措施。該控制器體積小、性能優(yōu)，具備完。護(hù)控制的一種開關(guān)電器。隨著用電系統(tǒng)規(guī)模和等級(jí)不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式日趨復(fù)。雜，傳統(tǒng)的控制器已越來越難以滿足系統(tǒng)的可靠性、準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性的要求?？刂萍夹g(shù)及網(wǎng)絡(luò)通信等新技術(shù)，具有較高的性能和可靠性。短路、瞬時(shí)脫扣等故障的保護(hù)功能，同時(shí)具有顯示、存儲(chǔ)、記憶、判斷、選擇和通訊等功能。用網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，使多臺(tái)智能型斷路器組成智能供配電系統(tǒng)，具有遙測(cè)、遙控、遙訊和遙調(diào)功能。與傳統(tǒng)的控制器相比，智能控制器能夠?qū)崿F(xiàn)多種測(cè)試、計(jì)量和顯示。頭磨損率、CT斷線等，當(dāng)出現(xiàn)自診斷故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并使斷路器分?jǐn)?。此外，微處理器能。若故障電流持續(xù)時(shí)間在達(dá)到整定的動(dòng)作時(shí)間之前其值又恢復(fù)到電流整定值以。和參數(shù)整定，上報(bào)系統(tǒng)的工作狀況及控制斷路器分合閘。智能控制器主要由電源、信號(hào)采集、CPU、顯示和鍵盤、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等幾個(gè)部分組成，

　　

【正文】 錯(cuò)誤的分?jǐn)鄤?dòng)作。為了提高測(cè)量和控制精度，必須消除信號(hào)中的噪聲和干擾。由于晶振也是一個(gè)高頻干擾源，選 擇晶振時(shí)，在滿足系統(tǒng)性能的前提下，盡量降低系統(tǒng)頻率。在芯片的選擇上，考慮盡可能采用較小的芯片封裝，優(yōu)先采用抗干擾性能較好的串口通訊的外圍元件，同時(shí)減少外圍元件，使電路板布線簡(jiǎn)單，布局合理，以提高穩(wěn)定性；在采樣電路和電源部分的設(shè)計(jì)中，采用了多級(jí)跟隨器和高頻濾波電路，力圖提高系統(tǒng)抗干擾能力控制器測(cè)量的是工頻信號(hào)，但在實(shí)際線路中由于負(fù)載、干擾等原因，其多疊加有高頻信號(hào)和非周期分量信號(hào)。為真實(shí)、有效地反映被測(cè)量信號(hào)的本質(zhì)，采用 FFT算法從測(cè)量數(shù)據(jù)中計(jì)算出線路信號(hào)的基波參數(shù)和各高次諧波。采用基于信號(hào)完整性分析的軟件方法，每路信號(hào)在 20ms 時(shí)間窗內(nèi)被采樣后，如果未受干擾，應(yīng)能恢復(fù)為一個(gè)完整的正弦波。用過零監(jiān)測(cè)法、對(duì)稱檢查法、周期性檢查法及單調(diào)性檢查可以判別已采集信號(hào)與完整正弦模板間的差距?；谲浖V波的方法：①對(duì)采集到的每路信號(hào)進(jìn)行一般的去除最大值、最小值和求平均值的軟件濾波；②用限幅濾波法抗干擾。用近似值替換那些采集到的階躍很大的脈沖干擾值。傳感器處理電路及 A/D變換加速度傳感器和位移傳感器輸出需進(jìn)行預(yù)處理后再進(jìn)行 A/D變換。前者輸出電荷信號(hào)，應(yīng)用電荷放大器將其轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，后者輸出微弱的電流信號(hào)（數(shù)個(gè)微安），進(jìn)行前 置放大及相關(guān)模擬處理后得到表示位移的模擬電壓信號(hào)，經(jīng)過處理的此二路信號(hào)分別送入 DSP片內(nèi) A/D轉(zhuǎn)換器的 2通道進(jìn)行模／數(shù)變換。 PWM調(diào)制及驅(qū)動(dòng) 核心程序計(jì)算出控制量后進(jìn)行 PWM調(diào)制、功率驅(qū)動(dòng)后輸出到作動(dòng)器中。 PWM調(diào)制在片內(nèi)完成，而功率驅(qū)動(dòng)則需依靠外加的驅(qū)動(dòng)電路來完成。商品化的 PWM驅(qū)動(dòng)器體積龐大、價(jià)格昂貴，在此采用了自制的小功率 PWM驅(qū)動(dòng)器，其電路圖如圖４所示。 IR2110完成初次驅(qū)動(dòng)，將來自 DSP的 TTL電平轉(zhuǎn)化為 12V電平輸出，推動(dòng)由四個(gè)功率管 IRF3710構(gòu)成的Ｈ橋進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，Ｈ橋再驅(qū)動(dòng)作動(dòng)器 施加控制力。 控制算法 控制算法是整個(gè)系統(tǒng)的核心，要求較高的實(shí)時(shí)性和一定的自適應(yīng)能力。算法由兩部分組成，大連海洋大學(xué)專科畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 智能時(shí)間控制器設(shè)計(jì) 16 如圖５所示，上半部分根據(jù)隔振對(duì)象相對(duì)位移輸入完成控制量的計(jì)算，下半部分根據(jù)隔振對(duì)象加速度反饋完成控制參數(shù)的實(shí)時(shí)優(yōu)化。算法先根據(jù)式（ 5）估算出各個(gè)系數(shù)的值，運(yùn)用 PID 算法根據(jù)隔振對(duì)象加速度反饋輸入依次對(duì)各系數(shù)進(jìn)行 校正，得到最優(yōu)的控制參數(shù)。之后脫離 PID算法，完全依靠式（ 5）計(jì)算輸出。當(dāng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或環(huán)境發(fā)生變化，控制效果變差時(shí)，再重新調(diào)用 PID 校正參數(shù)。這樣既滿足了實(shí)時(shí)性的要求，又提高了適應(yīng)能力。 中斷控制 根據(jù)系統(tǒng)控制要求， A/D 需定時(shí)采樣隔振對(duì)象加速度和相對(duì)位移信號(hào)，為提高效率， A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果以中斷方式讀取。因此中斷控制包括 定時(shí)器中斷控制和 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷控制。 TMS320F2407 有二級(jí)中斷服務(wù)程序，分別為通用中斷服務(wù)程序 GISR 和特定中斷服務(wù)程序SISR。所有可屏蔽中斷分為六級(jí)（ INT1－ INT6），如圖６所示。中斷產(chǎn)生時(shí)，系統(tǒng)通過通用中斷向量表自動(dòng)跳到該中斷所屬級(jí)別的 GISR 中，在 GISR 中，讀取外設(shè)中斷向量寄存器 PIVR 的值，根據(jù)外設(shè)中斷向量表，使程序跳轉(zhuǎn)到中斷對(duì)應(yīng)的 SISR 中。所以進(jìn)行中斷處理需要二級(jí)中斷向量表（通用中斷向量表和外設(shè)中斷向量表）和二級(jí)中斷服務(wù)程序（ GISR和 SISR）。其中，通用中斷向量表必須映射 到零地址開始的片內(nèi) FLASH程序存儲(chǔ)空間中。 PWM及 A/D轉(zhuǎn)換接口程序 PWM接口程序?qū)崿F(xiàn) PWM初始化，控制輸出的 PWM調(diào)制、載波頻率、死區(qū)寬度等參數(shù)的功能。A/D轉(zhuǎn)換接口程序包括 A/D轉(zhuǎn)換初始化、轉(zhuǎn)換的通道選擇、定時(shí)啟動(dòng)和數(shù)據(jù)讀取等部分。 大連海洋大學(xué)?？飘厴I(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 智能時(shí)間控制器設(shè)計(jì) 17 實(shí)驗(yàn)測(cè)試 根據(jù)課題的要求，對(duì) 5HZ~2KHZ 范圍內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行控制。按照采 樣定理的規(guī)定，采樣頻率應(yīng)大于 4KHZ，為精確控制，將系統(tǒng)采樣頻率擴(kuò)大到原來的 ，達(dá)到 10KHZ，即系統(tǒng) A/D轉(zhuǎn)換、控制算法、 PWM調(diào)制均要求在 100μｓ以內(nèi)完成。 TMS320F2407內(nèi)置 A/D轉(zhuǎn)換器最小轉(zhuǎn)換周期可達(dá)到 500ns（ 2MHZ）， PWM亦有較高響應(yīng)速度，經(jīng)過測(cè)試， A/D轉(zhuǎn)換器和 PWM完全可以滿足要求。 DSP工作在 30MHZ時(shí)鐘下時(shí)，速度為 30MIPS，故控制算法要求不能超過 3000 條匯編指令，由于控制算法的簡(jiǎn)化和去除了浮點(diǎn)運(yùn)算，實(shí)際程序沒有超過 2020條指令。大連海洋大學(xué)?？飘厴I(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) 智能時(shí)間控制器設(shè)計(jì) 19 第五章 軟硬件的抗干擾措施 硬件的抗干擾 干擾源產(chǎn)生的電磁干擾不僅干擾本機(jī)的工作，而且干擾周圍的用電設(shè)備，如果干擾嚴(yán)重，將使控制器發(fā)生故障，具體表現(xiàn)為系統(tǒng)死機(jī)，電流、時(shí)間等值顯示不準(zhǔn)確，以及非正常脫扣，尤其是發(fā)生瞬時(shí)脫扣，造成錯(cuò)誤的分?jǐn)鄤?dòng)作。為了提高測(cè)量和控制精度，必須消除信號(hào)中的噪聲和干擾。由于晶振也是一個(gè)高頻干擾源，選擇晶振時(shí)，在滿足系統(tǒng)性能的前提下，盡量降低系統(tǒng)頻率。在芯片的選擇上，考慮盡可能采用較小的芯片封裝，優(yōu)先采用抗干擾性能較好的串口通訊的外圍元件，同時(shí)減少外圍元件，使電路板布線簡(jiǎn)單，布局合理，以提高穩(wěn)定性；在采樣電 路和電源部分的設(shè)計(jì)中，采用了多級(jí)跟隨器和高頻濾波電路，力圖提高系統(tǒng)抗干擾能力［ 3］。 軟件的抗干擾 控制器測(cè)量的是工頻信號(hào)，但在實(shí)際線路中由于負(fù)載、干擾等原因，其多疊加有高頻信號(hào)和非周期分量信號(hào)。為真實(shí)、有效地反映被測(cè)量信號(hào)的本質(zhì)，采用 FFT算法從測(cè)量數(shù)據(jù)中計(jì)算出線路信號(hào)的基波參數(shù)和各高次諧波。采用基于信號(hào)完整性分析的軟件方法，每路信號(hào)在 20ms 時(shí)間窗內(nèi)被采樣后，如果未受干擾，應(yīng)能恢復(fù)為一個(gè)完整的正弦波。用過零監(jiān)測(cè)法、對(duì)稱檢查法、周期性檢查法及單調(diào)性檢查可以判別已采集信號(hào)與完整正弦模板間的差距?；谲?件濾波的方法：①對(duì)采集到的每路信號(hào)進(jìn)行一般的去除最大值、最小值和求平均值的軟件濾波；②用限幅濾波法抗干擾。用近似值替換那些采集到的階躍很大的脈沖干擾值。 設(shè)線路信號(hào) V(t)=Vmsinω t，采樣間隔Δ T=T/N 在 K1 采樣時(shí)刻 VK1=Vmsinω tK1=Vmsin2π (K1)/N在 K采樣時(shí)刻 VK=Vmsinω tK=Vmsin 2π K/N所以兩次采樣的差值Δ V=VKVK1=Vmsin 2π K/NVmsin 2π (K1)/N可以求出Δ Vmax=Vm?2?sin（π /N），即正弦信號(hào)相鄰兩點(diǎn)間增量的 最大值Δ Vmax與 Vm 成正比，與采樣點(diǎn)數(shù) N有關(guān)。因此，對(duì)每路信號(hào)的采樣點(diǎn)逐點(diǎn)進(jìn)行比較運(yùn)算，保留那些相鄰數(shù)據(jù)差值小于增量最大值的采樣值，否則用上一次值替代。對(duì)那些由大脈沖性隨機(jī)干擾而引起采樣值大幅度跳躍而使電流值不準(zhǔn)的情況，有很好的抗干擾效果。大連海洋大學(xué)?？飘厴I(yè) (論文 ) 智能時(shí)間控制器設(shè)計(jì) 20 結(jié)語 筆者改進(jìn)的智能脫扣器，在保留傳統(tǒng)設(shè)備優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，在保護(hù)多樣性、動(dòng)作準(zhǔn)確性和快速性、內(nèi)置通訊、測(cè)量監(jiān)控等方面突出了優(yōu)勢(shì)，且使用方便，因而具有良好的發(fā)展前景。大連海洋大學(xué)?？飘厴I(yè) (論文 ) 智能時(shí)間控制器設(shè)計(jì) 21 致 謝 在我的畢業(yè)論文即將完成之際，我要感謝我的論文指導(dǎo)教師，在我的論文的整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，何老師給我了我 很大的幫助，每當(dāng)我的論文無法進(jìn)行遇到困難時(shí)，何老師總會(huì)為我提供各種寶貴的意見，使得我的論文得以順利進(jìn)行，并按時(shí)間完成，在此我要向何老師誠(chéng)摯的說一聲“謝謝您的指導(dǎo)！”。還有感謝學(xué)校個(gè)我們一個(gè)學(xué)習(xí)的場(chǎng)所。 光陰似箭，三年的大學(xué)生活即將結(jié)束了，在這里向三年來培養(yǎng)我、教育我的大連海洋大學(xué)職業(yè)技術(shù)學(xué)院的各位老師致以深深的謝意和誠(chéng)摯的祝福。 本篇論文經(jīng)過多次的修改，補(bǔ)充，增刪，現(xiàn)已成稿。但由于本人水平有限，難免會(huì)有錯(cuò)誤和遺漏，請(qǐng)各位批閱教師批評(píng)和指正。 大連海洋大學(xué)專科畢業(yè) (論文 ) 智能時(shí)間控制器設(shè)計(jì) 22 參考文獻(xiàn) ［ 1］夏天偉 (Xia Tianwei).智能脫扣 器的研究 (The research of intelligent r elease)［ J］ .電工技術(shù)雜志 (Electrotechnical Journal),2020,(4):2325 ［ 2］王富東 (Wang Fudong).智能化斷路器的開發(fā) (Development of intelligent circuit breaker)［ J］ .低壓電器 (Low Voltage Apparatus),2020,(2):1316 ［ 3］梅 雪，吳為麟 (Mei Xue,Wu Weilin).一種新型的智能控制器 (A new kind o f intelligent release)［ J］ .機(jī)電工程 (Mechanical and Electrical Engineering Magazine),2020,20(4):5355 ［ 4］李 剛 (Li Gang).與 8051兼容的高性能、高速單片機(jī) C8051Fxxx(Highpowe red、 highspeed single chip microputer patible with 8051C8051Fxxx)［ M］ .北京：北京航空航天大學(xué)出版社 (Beijing:Press of BUAA),2020 ［ 5］謝佶，吳為麟 (Xi e Jijun,Wu Weilin).新型 KT智能控制器 (New type of KT intelligent controller)［ J］ .低壓電器 (Low Voltage Apparatus),2020,(2):2831 ［ 6］顧 潔，邱 濤 (Gu Jie,Qiu Tao).斷路器控制回路動(dòng)作過程的 CAI課件設(shè)計(jì) (D esign of the CAI courseware for the process of the breaker control circuit)［ J］ .電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào) (Proceedings of the CSUEPSA),2020,14(2):6470 ［ 7］何建軍 (He Jianjun).接線可靠性評(píng)估中斷路器的 Markov 可靠性等效模型 (Ma rkov reliability equivalent model of breakers in reliability evaluation of the m ain wirings)［ J］ .電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào) (Proceedings of the CSUEPSA),1997,9(3) :1421電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化學(xué)報(bào)