基于DSP的相控开关智能控制装置研究

论文摘要

随着科学技术的发展,开关电器领域正经历新一轮的更新换代,智能化开关将得到更为广泛的应用,而开关智能控制装置将是智能化开关的关键部分。 本论文对开关智能控制装置最为关键的相控开关技术的国内外现状进行了分析,并且讨论了开关智能化控制的含义,而传统使用的开关控制装置存在零器件繁多、可靠性不高、系统升级困难等诸多问题。在此分析的基础上提出了本论文所设计的开关智能控制装置的硬件结构,使用数字信号处理器TMS320F2812为核心芯片,在开关控制执行部分使用了复杂可编程逻辑器件MAX3256芯片。在软件设计部分,分析了软件设计流程和任务调度方案,引入了源码公开的嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ,有效的提高了系统的实时性和可靠性,利于软件设计和分工,也便于后期升级和维护。确定装置的软硬件方案后,还对开关智能控制装置的监控和保护算法进行了分析,并且重点讨论了相控开关技术的实现算法。论文中对装置的主体电路结构、电源模块设计、主控芯片的选择、模拟量输入通道设计、通信模块设计和交直流的采样电路进行了分析,同时还对开关量的输入输出电路及所进行的抗干扰设计进行了分析。根据装置的技术要求、给定的指标确定硬件电路的选型,完成了硬件电路设计和软件调试,装置软件设计采用模块化的思想,分层设计。最后对软件设计和调试中遇到的问题进行了详细的总结。 最后,装置测试实验模拟了其实现的功能,并且进行了通信的显示,对基于CPLD模块的开关控制执行单元进行了严格的功能测试,并且在不断改进的基础上通过了电磁兼容性测试,达到了电力系统对于此类开关控制装置的电磁兼容性要求。

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 相控开关智能控制装置的发展情况
• 1.2.1 相控开关及其同步操作技术
• 1.2.2 智能控制单元的国内外当前情况和未来发展趋势
• 1.3 本课题所要完成的任务
• 第二章 功能分析和系统设计
• 2.1 智能控制单元功能分析
• 2.1.1 配电自动化与一次设备开关
• 2.1.2 开关智能化控制的含义
• 2.2 硬件设计方案
• 2.2.1 CPU的选择
• 2.2.2 CPLD模块的设计方案
• 2.3 软件设计方案
• 2.3.1 软件开发流程的分析
• 2.3.2 层次化模块化的设计分析
• 2.3.3 任务与调度系统的分析
• 第三章 算法分析
• 3.1 监控和保护算法分析
• 3.1.1 保护和监控对算法的要求
• 3.1.2 微机保护算法
• 3.1.3 监控算法设计
• 3.2 相控开关同步控制过程算法分析
• 3.2.1 相控开关过程简介
• 3.2.2 相控开关关键技术问题
• 第四章 智能控制单元硬件设计
• 4.1 电源模块的设计
• 4.2 DSP部分硬件设计
• 4.2.1 总体结构设计
• 4.2.2 看门狗电路设计
• 4.2.3 模拟量调理电路设计
• 4.2.4 外部通信接口电路设计
• 4.2.5 DSP与CPLD的接口电路
• 4.3 CPLD系统电路设计
• 4.3.1 数字量输入电路
• 4.3.2 数字量输出电路设计
• 4.3.3 CPLD内部信号处理识别电路设计
• 第五章 智能控制单元软件设计
• 5.1 系统软件结构
• 5.2 BSP驱动包的设计
• 5.2.1 DSP系统的BootLoader设置
• 5.2.2 系统初始化和设备驱动程序及中断服务程序
• 5.3 μC／OS-Ⅱ在F2812上的移植
• 5.3.1 μC／OS-Ⅱ简介
• 5.3.2 μC／OS-Ⅱ在F2812上的移植
• 5.4 应用程序设计
• 5.4.1 模拟量的处理
• 5.4.2 算法实现
• 5.4.3 数字量处理模块
• 5.4.4 通信处理模块
• 5.5 编译调试环境说明
• 第六章 实验结果及系统可靠性分析
• 6.1 实验结果与分析
• 6.1.1 CPLD模块控制逻辑的波形图
• 6.1.2 基于CPLD的开关控制器模块电磁兼容性测试
• 6.2 系统可靠性分析
• 6.2.1 抗干扰与可靠性分析
• 6.2.2 不足与完善
• 参考文献
• 发表论文
• 致谢
• 西北工业大学 学位论文知识产权声明书
• 西北工业大学 学位论文原创性声明