三级无刷发电机组控制系统的优化设计及其智能控制研究

论文摘要

近年来随着全球范围内的能源与动力需求结构以及环境保护等要求的变化,微型燃机发电技术得到了电力、能源等有关部门的高度关注。由于其能源转换效率高,对环境无污染,作为一个典型的并且切合实际的电力系统供电解决方案已经被广泛接受。三级无刷发电机组是微型燃机发电机组中广泛应用的一种结构,其励磁控制系统设计的好坏直接影响发电机的运行性能。现代控制理论和计算机技术的飞速发展为数字式励磁控制系统的深入研究提供了理论和物质基础,同时这些也加快了数字式励磁控制系统的发展速度。目前数字式励磁控制系统已经逐步取代模拟式励磁控制系统而成为同步发电机励磁控制系统的主流。控制方法也由传统的PID控制向智能控制发展。论文正是在这样的背景下,以东北大学和沈阳航天新光集团合作开发的三级无刷微型燃机同步发电机组励磁控制系统为研究对象,对开发出的数字式励磁控制系统做出了优化及改进。本文的主要工作有：(1)针对原系统无法实现发电机输出三相交流电相序检测的问题和系统软件遇到故障不能自动复位的情况,论文提出了一种基于DSP实现的三相交流源相序检测方法并实现了软件多点监测的看门狗复位功能。(2)针对系统不能采用裸露JATE口烧写程序的要求,论文巧妙利用串行SCI通讯口代替JATE口实现程序烧写。此外论文还提出一种基于串行SCI通讯口有效的软件加密方法,有效的解决了知识产权的保护问题。(3)针对原系统软件代码冗余且运行不稳定的情况,本文对其进行了优化处理,不仅提高了系统代码执行效率,而且使系统软件运行更加稳定。此外本文还提出了两种代码执行效率的测试方案。(4)针对原系统采用简单PID设计的励磁控制器效果不能完全满足项目要求的情况,本文结合积分分离的PID控制理论和不完全微分PID控制理论,对原系统的励磁控制器进行了优化设计,并在实际运行机组上获得了令人满意的控制效果。(5)针对被控对象的非线性和时变性,提出了一种模糊自调整PID励磁控制策略,并利用模糊数学的理论,计算出了模糊控制表,实现了离线计算在线查表的模糊控制方式,节约了大量系统资源。通过MATLAB仿真实验验证了模糊自调整PID控制器比常规PID控制器具有更优越的控制效果,为项目的升级改造提供了理论依据和技术基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.1.1 微型燃机发电技术发展的背景
• 1.1.2 三级无刷发电机组介绍
• 1.1.3 同步发电机励磁系统的重要作用
• 1.1.4 励磁控制器的发展状况和趋势
• 1.2 励磁控制理论发展概述
• 1.3 论文主要意义及主要内容
• 第2章 励磁控制系统的优化设计
• 2.1 主控芯片片及开发环境介绍
• 2.1.1 主控芯片TMS320F2812介绍
• 2.1.2 TMS320F2812开发环境介绍
• 2.2 控制系统的总体优化设计方案
• 2.3 相序检测功能设计
• 2.3.1 相序检测理论基础
• 2.3.2 基于DSP相序检测功能的实现
• 2.4 软件运行多点监控功能设计
• 2.5 FLASH烧写方式优化设计
• 2.5.1 基于JTAG接口方式下的两种FLASH烧写
• 2.5.2 基于串行通讯口的FLASH烧写
• 2.6 软件加密方式优化设计
• 2.6.1 基于JTAG接口的软件加密
• 2.6.2 基于串行通讯口的软件加密
• 2.7 DSP嵌入式软件优化
• 2.7.1 软件开发流程
• 2.7.2 软件优化方法
• 2.7.3 软件性能测试方案
• 2.7.4 软件性能测试结果
• 2.8 本章小结
• 第3章 PID励磁控制器的优化设计
• 3.1 PID控制算法的一般原理
• 3.2 数字PID控制算法
• 3.3 PID励磁控制器的现场实验
• 3.4 数字PID控制算法的优化
• 3.4.1 积分分离的PID控制算法
• 3.4.2 不完全微分PID控制算法
• 3.5 优化后励磁控制器的控制原理
• 3.6 优化后的励磁控制器现场实验
• 3.7 本章小结
• 第4章 模糊自调整PID控制策略的研究
• 4.1 模糊控制理论介绍
• 4.1.1 模糊控制的产生背景和及其发展
• 4.1.2 模糊控制特点
• 4.1.3 模糊控制基本原理
• 4.1.4 模糊控制器基本结构
• 4.2 模糊自调整PID控制器设计
• 4.2.1 模糊自调整控制器的设计
• 4.2.2 PID参数在线自调整
• 4.3 仿真研究
• 4.3.1 MATLAB在模糊控制仿真中的应用
• 4.3.2 三级无刷发电机组的数学模型
• 4.3.3 仿真结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢