基于CIP51微控制器數(shù)字式勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的研究與開(kāi)發(fā).pdf

1、在電力系統(tǒng)的運(yùn)行中，同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁控制對(duì)整個(gè)系統(tǒng)特性起著重要的作用。性能優(yōu)良的勵(lì)磁控制系統(tǒng)能夠有效地保證電壓的質(zhì)量，提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，同時(shí)勵(lì)磁控制具有投資少、易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。本文針對(duì)當(dāng)前中小型水電站的老機(jī)組改造任務(wù)和新建項(xiàng)目對(duì)勵(lì)磁產(chǎn)品的要求，以及勵(lì)磁調(diào)節(jié)器技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，研制了這種使用簡(jiǎn)單、成本低、可靠性高、控制性能優(yōu)良的基于CIP51微控制器的數(shù)字式勵(lì)磁裝置。 本文首先分析、討論了勵(lì)磁控制中常規(guī)PID控制算法和非線性

2、控制算法的基本概念和基本理論。同時(shí)基于單機(jī)無(wú)窮大系統(tǒng)的狀態(tài)方程，主要分析論證了基于引入機(jī)端電壓的的非線性勵(lì)磁控制算法的可行性，并在運(yùn)行點(diǎn)的小范圍內(nèi)對(duì)機(jī)端電壓進(jìn)行泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)，推導(dǎo)出了基于機(jī)端電壓反饋的非線性最優(yōu)控制算法的實(shí)用控制規(guī)律表達(dá)式。這種算法由于避免了求解多變量偏微分方程而可在實(shí)際應(yīng)用中加以采用。在對(duì)常規(guī)PID控制控制和非線性最優(yōu)控制進(jìn)行分析比較以及仿真結(jié)果對(duì)比后，結(jié)合水電站現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用，本文調(diào)節(jié)器采用了常規(guī)PID以及引入機(jī)端電壓

3、反饋的非線性最優(yōu)兩種控制算法。 其次，根據(jù)美國(guó)CYGNAL公司近年推出的CIP51微控制器具有高速、流水線（pipe line）結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，以及芯片內(nèi)提供完整的數(shù)據(jù)采集和系統(tǒng)控制解決方案，研制了基于CIP51微控制器的全數(shù)字式可控硅微機(jī)控制系統(tǒng)。該勵(lì)磁控制系統(tǒng)主要是由功率單元和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器兩大部分組成，用于水力發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電源。勵(lì)磁系統(tǒng)控制器主要由以下單元組成：輸入信號(hào)處理單元、A／D轉(zhuǎn)換單元、電源單元、CPU（運(yùn)算邏輯

4、單元）、數(shù)字同步及觸發(fā)脈沖輸出單元、自動(dòng)報(bào)警單元、人機(jī)接口單元等。脈沖觸發(fā)部分輸出設(shè)計(jì)利用C8051F020芯片的可編程計(jì)數(shù)器陣列（PCA0）高速捕捉功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，其硬件結(jié)構(gòu)巧妙，而只需要很少的CPU干預(yù)。本勵(lì)磁控制系統(tǒng)配備了完善的功能模塊和控制算法，可達(dá)到很好的控制效果和非常高的可靠性。 本文在硬件電路功能模塊設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，完成了勵(lì)磁控制系統(tǒng)的軟件實(shí)現(xiàn)。控制算法則提供了常規(guī)PID和引入機(jī)端電壓反饋的非線性最優(yōu)兩種勵(lì)磁控制算法。其