柴油发电机励磁控制器的研制

论文摘要

柴油发电机作为移动电源、备用电源广泛地应用于野外等无电网的场合及重要部门中。励磁控制器是发电机的重要组成部分,它对保证发电机的安全稳定运行以及供电质量具有关键作用。厂方现有的模拟式励磁调节器存在对电路工艺性要求高、功能少、维护不方便、有温漂等缺点,难以满足用电设备的要求。本课题根据厂方要求,对谐波励磁无刷同步发电机的励磁控制系统进行了研究,针对该类型发电机的特点,设计了一套基于DSP(TMS320F2812)控制的新型柴油发电机励磁控制器。以TI公司的32位定点DSP芯片TMS320F2812为核心,设计了励磁控制器的硬件和软件。文中对各个模块进行了详细介绍,给出了硬件原理图和软件流程图,并给出了一部分关键的子程序。新设计的励磁控制器具有以下几个特点:交流采样采用外部AD与内部AD相结合的方式。使用外部16位并行模数转换器ADS8364对Ua,Ub,Uc,Ia,Ib,Ic六路电信号进行同步采样,从而有效减小了量化误差和非同步采样误差,提高了采样精度,保证了计算所得电参数更接近于实际值。励磁控制算法采用模糊PID控制,该算法在DSP内部由程序实现,控制器根据发电机运行状态计算出PWM输出的占空比,用来控制IGBT的导通和关断,以达到调节励磁电流的目的。模糊PID控制算法的实现克服了普通PID方式在非线性、时变等复杂系统控制中的局限性,在发电机的励磁调节中表现出良好的控制效果。在实现励磁控制的基础上,扩展了液晶显示、键盘、SCI接口、报警跳闸等模块,使该控制器具有对柴油发电机进行运行检测、故障报警、故障停机等功能,并可通过串行通讯与上位机进行数据交换,实现了对柴油发电机的遥控和遥测。最后,对励磁控制器进行了现场实验研究,结果表明该控制器具有较好的电压调节特性,各扩展模块也表现良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 励磁控制系统的作用
• 1.3 励磁控制方式的发展状况
• 1.3.1 古典励磁方式
• 1.3.2 AVR+PSS方式
• 1.3.3 智能励磁控制方式
• 1.4 国内外励磁控制器的研究状况
• 1.5 课题来源
• 1.6 课题研究的主要内容
• 第2章 同步发电机特点及控制策略研究
• 2.1 三次谐波励磁无刷同步发电机的结构特点和工作原理
• 2.1.1 同步发电机无刷励磁工作原理与特点
• 2.1.2 三次谐波励磁工作原理与特点
• 2.2 励磁PID控制策略
• 2.2.1 普通PID励磁控制
• 2.2.2 非线性PID励磁控制
• 2.2.3 模糊PID励磁控制
• 2.3 本章小结
• 第3章 柴油发电机励磁控制器硬件系统的设计
• 3.1 控制器总体硬件设计方案
• 3.2 TMS320F2812介绍
• 3.2.1 DSP概述
• 3.2.2 DSP的特点
• 3.2.3 DSP芯片的选择
• 3.2.4 TMS320F2812基本特征
• 3.3 前向通道模块设计
• 3.3.1 交流信号调理电路设计
• 3.3.2 油温、水温、油压等采集模块设计
• 3.4 A/D转换模块硬件设计
• 3.4.1 ADS8364的工作原理
• 3.4.2 ADS8364与DSP2812的接口电路
• 3.5 测频电路设计
• 3.6 电源电路设计
• 3.7 IGBT驱动电路设计
• 3.8 其他外围电路设计
• 3.8.1 外扩存储器接口设计
• 3.8.2 串行通讯接口设计
• 3.8.3 液晶显示、键盘与报警电路设计
• 3.9 本章小结
• 第4章 柴油发电机励磁控制器软件系统的设计
• 4.1 软件开发工具介绍
• 4.1.1 集成开发环境CCS
• 4.1.2 实时硬件仿真系统
• 4.2 控制器主程序设计
• 4.3 捕获中断服务子程序
• 4.3.1 A/D采样程序设计
• 4.3.2 模糊PID程序设计
• 4.4 电参量的算法处理
• 4.4.1 常用的电参量测量方法
• 4.4.2 电参量的FFT算法实现
• 4.5 报警跳闸子程序
• 4.6 SCI通讯软件设计
• 4.7 LCD显示软件设计
• 4.8 本章小结
• 第5章 系统仿真与测试结果分析
• 5.1 Matlab仿真和结果分析
• 5.1.1 建立仿真模型
• 5.1.2 最佳参数调节
• 5.1.3 仿真波形及分析
• 5.2 现场试验及结果分析
• 5.2.1 励磁控制试验
• 5.2.2 参数测量试验
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本课题工作的总结
• 6.2 对本课题工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间的研究成果