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

1、在電力系統(tǒng)的運行中，同步發(fā)電機的勵磁控制對整個系統(tǒng)特性起著重要的作用。性能優(yōu)良的勵磁控制系統(tǒng)能夠有效地保證電壓的質(zhì)量，提高電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，同時勵磁控制具有投資少、易于實現(xiàn)等特點。本文針對當前中小型水電站的老機組改造任務和新建項目對勵磁產(chǎn)品的要求，以及勵磁調(diào)節(jié)器技術的發(fā)展趨勢，研制了這種使用簡單、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)字式勵磁裝置。 本文首先分析、討論了勵磁控制中常規(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。同時基于單機無窮大系統(tǒng)的狀態(tài)方程，主要分析論證了基于引入機端電壓的的非線性勵磁控制算法的可行性，并在運行點的小范圍內(nèi)對機端電壓進行泰勒級數(shù)展開，推導出了基于機端電壓反饋的非線性最優(yōu)控制算法的實用控制規(guī)律表達式。這種算法由于避免了求解多變量偏微分方程而可在實際應用中加以采用。在對常規(guī)PID控制控制和非線性最優(yōu)控制進行分析比較以及仿真結果對比后，結合水電站現(xiàn)場實際應用，本文調(diào)節(jié)器采用了常規(guī)PID以及引入機端電壓

3、反饋的非線性最優(yōu)兩種控制算法。 其次，根據(jù)美國CYGNAL公司近年推出的CIP51微控制器具有高速、流水線（pipe line）結構的特點，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)字式可控硅微機控制系統(tǒng)。該勵磁控制系統(tǒng)主要是由功率單元和勵磁調(diào)節(jié)器兩大部分組成，用于水力發(fā)電機組的自動調(diào)節(jié)勵磁電源。勵磁系統(tǒng)控制器主要由以下單元組成：輸入信號處理單元、A／D轉(zhuǎn)換單元、電源單元、CPU（運算邏輯

4、單元）、數(shù)字同步及觸發(fā)脈沖輸出單元、自動報警單元、人機接口單元等。脈沖觸發(fā)部分輸出設計利用C8051F020芯片的可編程計數(shù)器陣列（PCA0）高速捕捉功能來實現(xiàn)，其硬件結構巧妙，而只需要很少的CPU干預。本勵磁控制系統(tǒng)配備了完善的功能模塊和控制算法，可達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計的基礎上，完成了勵磁控制系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)?？刂扑惴▌t提供了常規(guī)PID和引入機端電壓反饋的非線性最優(yōu)兩種勵磁控制算法。其