小型同步发电机微机励磁控制的研究

论文摘要

发电机在正常运行时,负载总是不断变化的,而不同容量的负载,以及功率因数的不同,对发电机励磁磁场的作用是不同的,对同步发电机的内部阻抗压降也是不一样的。为了保持同步发电机的端电压稳定,需要根据负载的大小及负载的性质调节同步发电机的励磁电流,因此,研究同步发电机的励磁控制具有十分重要的应用价值。本系统以单片机作为控制核心,以模糊自适应PID控制为主要的控制方法,将原有的依靠模拟电路实现各项功能的励磁调节系统改造成数字式励磁调节系统。首先介绍了同步发电机励磁控制器的发展及现状,分析了微机励磁控制器的特点以及存在的问题。其次,简单介绍了本文所选用的MCS-51系列单片机的性能特点,给出了系统的整体构架,进而提出了以AT89C51为核心,采用模块化的设计原则,对同步发电机励磁控制器的硬件及软件进行了详细地分析设计,并且给出了系统硬件原理图及软件流程图。结合外围电路,主要实现了模拟量采样、交、直流信号调理、模数转换、频率测量、移相触发和励磁控制算法等功能。在硬件和软件上采用了多种的抗干扰措施,使得励磁控制器的性能进一步提高。实验室试验结果表明:以AT89C51为核心,具有模糊自适应校正功能的自并励静态励磁控制器具有硬件结构简单可靠,性价比高,广泛适用于各种同步发电机励磁控制,特别是中小型同步发电机,具有很好的推广应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的背景及意义
• 1.2 励磁控制技术的发展及现状
• 1.3 本文研究内容与章节安排
• 第二章 微机励磁控制总体结构
• 2.1 AT89C51单片机性能简介
• 2.2 励磁控制的作用和要求
• 2.3 系统整体结构及工作原理
• 2.4 本章小结
• 第三章 系统的硬件设计
• 3.1 模拟量采集电路
• 3.1.1 信号调理电路
• 3.1.2 数据采集处理电路
• 3.2 同步和脉冲放大单元
• 3.2.1 同步测频电路
• 3.2.2 同步电路
• 3.2.3 移相触发单元
• 3.2.4 脉冲功率放大单元
• 3.2.5 三相全控整流电路
• 3.3 控制系统外围电路
• 3.3.1 开关量输入输出模块
• 3.3.2 扩展模块
• 3.3.3 通信模块
• 3.3.4 显示模块
• 3.4 硬件可靠性设计
• 3.5 本章小结
• 第四章 同步发电机端电压PID调节
• 4.1 PID控制器
• 4.2 同步发电机模糊 PID励磁控制器的实现
• 4.2.1 模糊自适应 PID励磁控制器的组成原理
• 4.2.2 模糊控制规则的形成机理
• 4.2.3 模糊自适应 PID励磁控制器的设计
• 4.2.4 模糊推理判决及反模糊化
• 4.3 模糊 PID励磁调节器基于 MATLAB的仿真研究
• 4.3.1 SIMULINK简介
• 4.3.2 励磁控制系统数学模型
• 4.3.3 对同步发电机励磁调节系统的仿真研究
• 4.3.4 仿真的结果与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统的软件设计
• 5.1 主程序原理及流程图
• 5.2 串行通信服务子程序
• 5.3 数据采集处理模块
• 5.3.1 求有效值子程序
• 5.3.2 数据采集子程序
• 5.3.3 求频率子程序
• 5.3.4 转换数据子程序
• 5.4 控制调节模块
• 5.4.1 PID控制算法子程序
• 5.4.2 控制 PWM输出子程序
• 5.5 外围模块
• 5.5.1 显示子程序
• 5.5.2 报警子程序
• 5.5.3 键盘扫描子程序
• 5.6 软件调试分析
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果