畢業(yè)設(shè)計(jì)論文---勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的軟件設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　學(xué) 生： X X X </p><p>　　指導(dǎo)老師： X X X </p><p>　　系 別： 電子信息與電氣工程系 </p&

2、gt;<p>　　專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 </p><p>　　班 級(jí)： 電氣X X X X </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p><b>　　20XX年XX月</b></p

3、><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p><p>　　ABSTRACT2</p><p><b>　　1前言3</b></p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)的背景及意義3</p><p

4、>　　1. 2 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)簡介4</p><p>　　1. 3 勵(lì)磁控制系統(tǒng)的作用4</p><p>　　1. 4 勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法5</p><p>　　2 系統(tǒng)的硬件概況及控制算法分析7</p><p>　　2. 1 硬件總體結(jié)構(gòu)框圖7</p><p>　　2. 2勵(lì)磁調(diào)節(jié)器

5、的結(jié)構(gòu)及各部分的功能8</p><p>　　2. 3 控制算法的分析8</p><p>　　2. 3. 1勵(lì)磁控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)8</p><p>　　3 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的軟件設(shè)計(jì)11</p><p>　　3. 1 調(diào)節(jié)器的軟件結(jié)構(gòu)16</p><p>　　3. 1. 1 軟件的組成16</p>

6、<p>　　3. 1. 2 主程序16</p><p>　　3. 2 數(shù)據(jù)采集與處理18</p><p>　　3. 3 數(shù)據(jù)顯示20</p><p>　　3. 4 中斷處理21</p><p>　　3. 5 計(jì)算可控硅的控制角22</p><p>　　3. 5. 1 模糊PID參數(shù)計(jì)算22<

7、/p><p>　　3. 5. 2 控制角的計(jì)算24</p><p>　　3. 6 脈沖輸出25</p><p>　　3. 7 逆變停車與限制動(dòng)作26</p><p>　　4 調(diào)試與總結(jié)27</p><p>　　4. 1 Proteus與Keil介紹27</p><p>　　4. 2 調(diào)試與

8、仿真29</p><p>　　4. 3 總結(jié)32</p><p><b>　　致 謝33</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)34</b></p><p><b>　　附 錄35</b></p><p>　　附錄A 仿真原理圖35&l

9、t;/p><p>　　附錄B 源程序36</p><p>　　勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的軟件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)一種基于AT89S52單片機(jī)的小型同步發(fā)電機(jī)數(shù)字勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)。在描述自并勵(lì)勵(lì)磁系統(tǒng)的接線方式及其控制系統(tǒng)的模型和調(diào)節(jié)器原理的基礎(chǔ)上，側(cè)重勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的軟件部分進(jìn)行分析

10、和設(shè)計(jì)，配合調(diào)節(jié)器硬件部分使系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、功能可靠、配置靈活等優(yōu)點(diǎn)。軟件部分主要完成的功能有數(shù)據(jù)采集、運(yùn)算控制、輪流顯示等功能。單片機(jī)的開發(fā)使用C51語言。C51語言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，它兼顧了多種高級(jí)語言的特點(diǎn)，并具備匯編語言的功能，用C語言編寫軟件，可以大大縮短開發(fā)周期提高效率，并且增加程序的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而研制出規(guī)模更大，性能更完備的系統(tǒng)。</p><p>　　關(guān)鍵詞 單片機(jī)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)

11、器，C51語言</p><p>　　The software design of excitation regulator</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　The design of a micro-processor based on the AT89S52 small synchronous gen

12、erator digital excitation regulator system. In describing the self-shunt connection of excitation system and its control system model and the principle of regulator on the basis of the excitation regulator focus on parts

13、 of the software analysis and design, with the regulator part of the system hardware is simple, reliable, the advantages of flexible configuration. Software to complete some of the major functions of data a</p>&l

14、t;p>　　KEY WORDS micro-processor，excitation regulator，c51 language</p><p><b>　　1前言</b></p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)的背景及意義</p><p>　　隨著我國各項(xiàng)事業(yè)發(fā)展的需要和人民生活水平的不斷提高，不僅用電負(fù)荷不斷增加，而且對(duì)供電質(zhì)量、用電環(huán)

15、保提出了更高的要求。國產(chǎn)及原有發(fā)電機(jī)組設(shè)備已不能滿足這一需要。由于柴油發(fā)電機(jī)組具有良好的運(yùn)行可靠性，且燃油及耗材經(jīng)濟(jì)，操作使用方便，使其成為大型主備用保障電源首選設(shè)備，在各重要部位為保障供電發(fā)揮了關(guān)鍵性作用，在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。從20世紀(jì)末以來，國外柴油發(fā)電機(jī)組大量進(jìn)入我國市場(chǎng)，與此同時(shí)，國產(chǎn)柴油發(fā)電機(jī)組也有了較大發(fā)展。北美、歐美的柴油發(fā)電機(jī)組基本上代表了當(dāng)代柴油發(fā)電機(jī)的國際技術(shù)水準(zhǔn)。因其質(zhì)量好，可靠性高，技術(shù)先進(jìn)，所以在我國

16、有大量用戶【1，6】。</p><p>　　電力工業(yè)是一種先行工業(yè)，世界各國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)表明，只有當(dāng)電力工業(yè)的增長率高于其他工業(yè)的發(fā)展速度時(shí)，才能促使整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)的全面快速增長，并滿足人民生活的各種需求。柴油發(fā)電機(jī)組是主、備用電源的重要組成部分。用電設(shè)備技術(shù)現(xiàn)代化程度越來越先進(jìn)，對(duì)柴油發(fā)電機(jī)組的可靠性要求也越來越嚴(yán)格。同時(shí)柴油發(fā)電機(jī)組是集機(jī)械、電子為一體的技術(shù)密集型產(chǎn)品，涉及電磁學(xué)、電機(jī)學(xué)、機(jī)械工程、自動(dòng)控制工

17、程、現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法等學(xué)科。20世紀(jì)90年代以來，其綜合技術(shù)水平有了很大的提高。</p><p>　　柴油發(fā)電機(jī)組由柴油發(fā)動(dòng)機(jī)、交流同步發(fā)電機(jī)、配電及控制系統(tǒng)三大部分組成。按性能不同分為普通柴油發(fā)電機(jī)組和自動(dòng)化柴油發(fā)電機(jī)組。按用途不同分為固定場(chǎng)所機(jī)組，移動(dòng)汽車電站，掛車電站，低噪音柴油發(fā)電機(jī)組，特種柴油發(fā)電機(jī)組等。目前不管是普通機(jī)組還是自動(dòng)化機(jī)組都有重大改進(jìn)或重要的發(fā)展。</p><p>　　

18、其配電及控制系統(tǒng)部分廣泛使用機(jī)電一體化新成果，使之從簡單手控演變到由可編程控制器或微機(jī)處理器等一系列新技術(shù)實(shí)施控制。為提高可靠性，采用從電機(jī)向多機(jī)聯(lián)動(dòng)冗余備份，以確保供電系統(tǒng)的可靠。其中，提高發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制技術(shù)，是改善發(fā)電機(jī)組性能最經(jīng)濟(jì)有效的途徑。</p><p>　　利用計(jì)算機(jī)技術(shù)的專用控制器使機(jī)組使用過程更加靈活，運(yùn)用更加可靠，歸納起來主要有以下幾種模式：單機(jī)自動(dòng)控制功能、單機(jī)自啟動(dòng)與ATS配合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換功

19、能以及對(duì)兩臺(tái)或多臺(tái)機(jī)組實(shí)施控制等模式。根據(jù)課題要求控制單臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)組選用單機(jī)自動(dòng)控制功能模式，通過計(jì)算機(jī)軟件設(shè)置一些相關(guān)參數(shù)，使實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)的自動(dòng)控制。同時(shí)將機(jī)組的電流、電壓、頻率等由原機(jī)械式或電磁式儀表向數(shù)字式顯示方向轉(zhuǎn)變，以便加強(qiáng)機(jī)組輔助裝置的可靠性和可視性。</p><p>　　1.2 同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)簡介</p><p>　　同步發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特性與它的氣隙電勢(shì)Eq

20、值的大小有關(guān)，而Eq的值是發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流IL的函數(shù)，改變勵(lì)磁電流就可影響同步發(fā)電機(jī)在電力系統(tǒng)中的運(yùn)行特性。因此對(duì)同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁進(jìn)行控制，是對(duì)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行實(shí)行控制的重要內(nèi)容之一。</p><p>　　電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流的變化主要影響電網(wǎng)的電壓水平和并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間無功功率的分配。在某些故障情況下，發(fā)電機(jī)端電壓降低將導(dǎo)致電力系統(tǒng)穩(wěn)定水平下降。為此，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，要求發(fā)電機(jī)迅速增大勵(lì)磁電流，以維持電

21、網(wǎng)的電壓水平及穩(wěn)定性。可見，同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁的自動(dòng)控制在保證電能質(zhì)量，無功功率的合理分配和提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性的方面都起著重要的作用【2，4，5】。</p><p>　　同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁系統(tǒng)一般由勵(lì)磁功率單元和勵(lì)磁調(diào)節(jié)器兩個(gè)部分組成。如圖1-1所示。勵(lì)磁功率單元向同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子提供直流電流，即勵(lì)磁電流;勵(lì)磁調(diào)節(jié)器</p><p>　　根據(jù)輸入信號(hào)和給定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則控制勵(lì)磁功率單元的

22、輸出。整個(gè)勵(lì)磁自動(dòng)控制系統(tǒng)是由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，勵(lì)磁功率單元和發(fā)電機(jī)構(gòu)成的一個(gè)反饋控制系統(tǒng)。</p><p>　　1.3 勵(lì)磁控制系統(tǒng)的作用</p><p>　　(1)維持同步發(fā)電機(jī)的端電壓在一給定的穩(wěn)定水平</p><p>　　在同步發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行條件下，勵(lì)磁控制系統(tǒng)應(yīng)該維持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓在給定的穩(wěn)定水平。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)在正常工作情況下，負(fù)載總在不斷地變化著。而不同容量的負(fù)

23、載，以及負(fù)載的不同功率因數(shù)，對(duì)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁磁場(chǎng)的反應(yīng)作用是不同的，對(duì)同步發(fā)電機(jī)的內(nèi)部阻抗壓降也是不一樣的。要維持同步發(fā)電機(jī)端電壓為一穩(wěn)定水平，就必須根據(jù)負(fù)載的大小及負(fù)載的性質(zhì)隨時(shí)調(diào)節(jié)同步發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流。顯然，這一調(diào)節(jié)過程只有通過電壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置才能實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　(2)提高電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性</p><p>　　電力系統(tǒng)的靜態(tài)穩(wěn)定性實(shí)質(zhì)是運(yùn)行點(diǎn)的穩(wěn)定性。通常是指發(fā)電機(jī)在

24、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)遭到某種微小的擾動(dòng)后，能自動(dòng)地回復(fù)到原來的運(yùn)行狀態(tài)的能力?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)是增大輸送距離和提高輸送功率。這需要解決許多技術(shù)問題。而其中最重要的和最基本的困難之一是同步發(fā)電機(jī)只具有較小的靜態(tài)穩(wěn)定性。但由于自動(dòng)勵(lì)磁的調(diào)節(jié)裝置的出現(xiàn)，使這一問題得到了圓滿的解決。靈敏快速的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器可以維持發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓恒定，相當(dāng)于補(bǔ)償了全部發(fā)電機(jī)的定子同步電抗，即達(dá)到線路靜穩(wěn)功率極限。</p><p>　　(3)改善電

25、力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性</p><p>　　動(dòng)態(tài)穩(wěn)定是研究電力系統(tǒng)受到擾動(dòng)后，恢復(fù)原始平衡點(diǎn)或過渡到新的平衡點(diǎn)的過程穩(wěn)定性。</p><p>　　電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定問題，可以理解為電力系統(tǒng)機(jī)電振蕩的阻尼問題。當(dāng)阻尼為正時(shí)，動(dòng)態(tài)是穩(wěn)定的；阻尼為負(fù)時(shí)，動(dòng)態(tài)是不穩(wěn)定的；阻尼為零時(shí)，是臨界狀態(tài)。零阻尼或很小的正阻尼，都是電力系統(tǒng)運(yùn)行中的不安全因素，應(yīng)采取措施提高系統(tǒng)的阻尼特性，即動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。增加勵(lì)磁

26、自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)強(qiáng)勵(lì)能力，降低勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)，是提高電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性的有效措施。</p><p>　　1.4 勵(lì)磁系統(tǒng)設(shè)計(jì)的內(nèi)容和方法</p><p>　　圖1-2是勵(lì)磁系統(tǒng)外部的結(jié)構(gòu)示意圖，為了維持同步發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓在一穩(wěn)定水平，需要測(cè)得發(fā)電機(jī)機(jī)端的電壓Ug、定子電流Ig、勵(lì)磁電壓UL、勵(lì)磁電流IL以及發(fā)電機(jī)頻率。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集是由互感器獲得的，所采集是數(shù)據(jù)包括發(fā)電機(jī)的單相電壓和

27、電流、勵(lì)磁電壓和電流，通過程序測(cè)得正弦信號(hào)的有效值，與給定的電壓比較，計(jì)算出相應(yīng)的晶閘管控制角α，輸出對(duì)應(yīng)的一組脈沖。勵(lì)磁電流的大小，取決于可控硅的控制角α，而可控硅的控制角α由勵(lì)磁調(diào)節(jié)器自動(dòng)控制。當(dāng)發(fā)電機(jī)的端電壓高于整定值時(shí)，勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)出的信號(hào)脈沖推遲，可控硅的控制角α變大，勵(lì)磁電流減小。從而使發(fā)電機(jī)的端電壓降低;當(dāng)發(fā)電機(jī)的端電壓低于整定值時(shí)，自動(dòng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器發(fā)出的脈沖提前，可控硅控制角α變小，勵(lì)磁電流增大，從而使發(fā)電機(jī)的端電壓升高。

28、上述兩種過程都使發(fā)電機(jī)端電壓趨近于整定值，達(dá)到恒壓調(diào)節(jié)的目的。</p><p>　　2 系統(tǒng)的硬件概況及控制算法分析</p><p>　　2.1 硬件總體結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　發(fā)電機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器包括模擬信號(hào)采集單元、單片機(jī)數(shù)據(jù)處理單元、數(shù)據(jù)顯示單元、脈沖輸出單元、移動(dòng)相觸發(fā)單元、單片機(jī)與PC通信單元等幾部分，各部分的基本功能實(shí)現(xiàn)過程如下圖的硬件總體結(jié)構(gòu)框圖2-

29、1所示。勵(lì)磁電源取自發(fā)電機(jī)出口母線經(jīng)勵(lì)磁變壓器，將發(fā)電機(jī)電壓變至合適的值供整流裝置整流后供給發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子繞組。整流電路采用三相橋式全控整流電路，該電路的工作特點(diǎn)是，既可工作于整流狀態(tài)，將交流變成直流作為發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電源，也可工作于逆變狀態(tài)，將直流變成交流，實(shí)現(xiàn)逆變滅磁停車，釋放勵(lì)磁繞組的能量，從而達(dá)到保護(hù)發(fā)電機(jī)的目的。發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、定子電流分別經(jīng)電壓互感器、電流互感器變換為二次值經(jīng)信號(hào)處理使?jié)M足一定的要求再經(jīng)A/D變換送至單片機(jī)，經(jīng)過單片

30、機(jī)內(nèi)程序運(yùn)算后輸出控制量來控制晶閘管的導(dǎo)通角，從而控制勵(lì)磁電流使電壓穩(wěn)定在一定的允許范圍之內(nèi)。</p><p>　　圖2-1硬件總體結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　2.2勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)及各部分的功能</p><p>　　本設(shè)計(jì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的主要由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)顯示模塊、單片機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊、單片機(jī)與PC通信模塊和脈沖觸發(fā)及功率放大模塊等組成。</p>

31、<p>　　數(shù)據(jù)采集模塊主要是采集三相的電壓、電流及勵(lì)磁電壓、電流，經(jīng)信號(hào)處理和信號(hào)隔離再送至A/D轉(zhuǎn)換器，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。</p><p>　　數(shù)據(jù)顯示模塊主要是用8個(gè)7段共陰數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示三相電壓、電流，用8個(gè)7段共陰數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示勵(lì)磁電壓、電流。</p><p>　　單片機(jī)數(shù)據(jù)處理模塊主要是將采集進(jìn)行的數(shù)字量進(jìn)行交流信號(hào)求有效值或直流信號(hào)求平均值處理。取處理后的A相電

32、壓跟給定的電壓進(jìn)行比較，用比較后的電壓偏差和偏差變化率送模糊PID控制計(jì)算得到一組新的比例、積分、微分控制量，由此可算出此時(shí)的控制角，最后用控制角控制脈沖相對(duì)同步信號(hào)的觸發(fā)時(shí)間。</p><p>　　單片機(jī)與PC機(jī)通信模塊是為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)內(nèi)數(shù)據(jù)與PC機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸?？梢酝ㄟ^PC機(jī)對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控和調(diào)整。</p><p>　　脈沖觸發(fā)及功率放大模塊的對(duì)單片機(jī)輸出的脈沖信號(hào)進(jìn)行功率放大處理，保證晶閘

33、管有效的觸發(fā)導(dǎo)通。</p><p>　　2.3 控制算法的分析</p><p>　　2.3.1勵(lì)磁控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)</p><p>　　1、各個(gè)環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)</p><p>　　對(duì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，首先要求寫出控制系統(tǒng)各個(gè)單元的傳遞函數(shù)。</p><p><b>　　(1) 同步發(fā)電機(jī)</b&g

34、t;</p><p>　　假定發(fā)電機(jī)在運(yùn)行區(qū)域內(nèi)，壓穩(wěn)定幅值與勵(lì)磁電壓成正比，不考慮發(fā)電機(jī)電壓的飽和特性時(shí)，可以認(rèn)為發(fā)電機(jī)端電發(fā)電機(jī)的傳遞函數(shù)可用一階慣性環(huán)節(jié)來表示，</p><p>　　即 G(s)== (2-1)</p><p>　　式中K——發(fā)電機(jī)端電壓與勵(lì)磁電壓之比；</p><

35、p>　　T——發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，勵(lì)磁回路時(shí)間常數(shù)，一般取4秒；</p><p><b>　　s——微分因子。</b></p><p><b>　　(2)電壓測(cè)量單元</b></p><p>　　一般認(rèn)為經(jīng)過整流濾波后，輸出電壓U1的幅值與發(fā)電機(jī)端電壓UG成正比。濾波作用可用時(shí)間常數(shù)來表示，</p>&l

36、t;p>　　其傳遞函數(shù)為 G(s)== (2-2)</p><p>　　式中K——測(cè)量單元輸出電壓與輸入電壓之比；</p><p>　　T——濾波回路時(shí)間常數(shù)，一般為0 ~0.06s</p><p><b>　　(3)功率放大單元</b></p>&

37、lt;p>　　該單元可認(rèn)為是一階慣性環(huán)節(jié)，</p><p>　　其傳遞函數(shù)為 G(s)== (2-3)</p><p>　　式中K——放大環(huán)節(jié)輸出電壓與輸入電壓之比；</p><p>　　T——放大環(huán)節(jié)時(shí)間常數(shù)，一般很小，T≈0。</p><p>　　(4)可控硅

38、整流環(huán)節(jié)</p><p>　　可掙硅整流環(huán)節(jié)也可示為一階慣性環(huán)節(jié)，</p><p>　　其傳遞函數(shù)為 G(s)== (2-4)</p><p>　　式中K——可控硅整流環(huán)節(jié)輸出電壓與輸出電壓之比；</p><p>　　——可控硅整流環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)，=；</p&g

39、t;<p>　　m——整流電路受控制的可控硅個(gè)數(shù)，m=6。</p><p>　　(5)采用PID控制方式，所以控制器傳遞函數(shù)可表示為</p><p><b>　　(2-5)</b></p><p>　　2、勵(lì)磁控制系統(tǒng)傳遞函數(shù)</p><p>　　前向傳遞函數(shù)為輸出量與作用誤差信號(hào)之比：</p>

40、<p><b>　　(2-6)</b></p><p>　　后向傳遞函數(shù)為反饋信號(hào)與輸出信號(hào)之比：</p><p>　　H(s)= (2-7) </p><p>　　開環(huán)傳遞函數(shù)為反饋信號(hào)與作用信號(hào)之比：</p><p>　　G(s)=G

41、(s)H(s)</p><p>　　=G. G(s) . G(s) . G(s) . G(s)</p><p><b>　　=</b></p><p>　　= (2-8)</p><p>　　閉環(huán)傳遞函數(shù)為閉環(huán)系統(tǒng)輸出量與輸入量之比：</p><p>&

42、lt;b>　　G(s)=</b></p><p>　　= (2-9)</p><p>　　圖2-2 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的自動(dòng)控制環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的自動(dòng)控制環(huán)動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-2所示，其中U=U-U。</p><p>　　3 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　本

43、設(shè)計(jì)用C語言進(jìn)行基于AT89S52單片機(jī)的軟件開發(fā)，選擇C語言編程是因?yàn)镃語言是一種結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì)語言，它兼顧了多種高級(jí)語言的特點(diǎn)，并具備匯編語言的功能，已成為開發(fā)語言的主流，用匯編語言編寫的程序結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行速度快，但編程復(fù)雜，開發(fā)效率低，而且可讀性差；而用C語言編寫軟件，可以大大縮短開發(fā)周期提高效率，并且增加了程序的可讀性和可移植性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，從而研制出規(guī)模更大，性能更完備的系統(tǒng)【3，8】。</p><p&

44、gt;　　圖3-1單片機(jī)AT89S52各引腳接口</p><p>　　本設(shè)計(jì)中AT89S52單片機(jī)的各個(gè)引腳如圖3-1所示，ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)通過P0口輸入單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和保存。將采集的發(fā)電機(jī)機(jī)端數(shù)據(jù)通過P1口送7段共陰數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。而將采集的勵(lì)磁數(shù)據(jù)通過8255A的PB口同樣送7段共陰數(shù)碼管進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。通過比較當(dāng)前電壓與參考電壓，得到調(diào)整的控制角，用控制角調(diào)整觸發(fā)信號(hào)的觸發(fā)時(shí)

45、間，再通過P2口的前六位對(duì)應(yīng)6個(gè)晶閘管送相應(yīng)的觸發(fā)信號(hào)。</p><p>　　圖3-2 ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器的引腳接口</p><p>　　ADC0809與單片機(jī)的引腳接線如圖3-2所示。AD轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)端START和地址鎖存允許信號(hào)端ALE通過一個(gè)非門接到單片機(jī)的寫信號(hào)端WR，轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)端EOC通過一個(gè)非門接到單片機(jī)的外部中斷0口INT0，輸出允許信號(hào)端OE通過一個(gè)非門

46、接到單片機(jī)的讀信號(hào)端RD。轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘脈沖CLOCK通過單片機(jī)的地址鎖存允許信號(hào)端ALE經(jīng)二分頻得到。轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換通道選擇端口A、B、C接8255A的PB口的低三位。</p><p>　　AD0809的啟動(dòng)方式為脈沖啟動(dòng)方式，啟動(dòng)信號(hào)START啟動(dòng)后開始轉(zhuǎn)換，EOC信號(hào)在START的EOC輸下降沿10us后才變?yōu)闊o效的低電平。這要求查詢程序待EOC無效后再開始查詢，轉(zhuǎn)換完成后，出高電平，再由OE變?yōu)楦唠娖絹磔敵鲛D(zhuǎn)

47、換數(shù)據(jù)。在設(shè)計(jì)程序時(shí)可以利用EOC信號(hào)來通知單片機(jī)（查詢法或中斷法）讀入已轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，也可以在啟動(dòng)AD0809后經(jīng)適當(dāng)?shù)难訒r(shí)再讀入已轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)【9，10】。</p><p>　　圖3-3 并行接口芯片8255A的各引腳接線</p><p>　　本設(shè)計(jì)中并行接口芯片8255A接線如圖3-3所示，它與A/D轉(zhuǎn)換器、LED數(shù)碼管顯示構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和數(shù)據(jù)顯示系統(tǒng)。它有三個(gè)數(shù)據(jù)端口A、B、C，每個(gè)

48、端口為8位，并均可設(shè)成輸入和輸出方式，但各個(gè)端口仍有差異： </p><p>　　端口A(PA0~PA7)：8位數(shù)據(jù)輸出鎖存/緩沖器，8位數(shù)據(jù)輸入鎖存器； </p><p>　　端口B(PB0~PB7)：8位數(shù)據(jù)I/O鎖存/緩沖器，8位數(shù)據(jù)輸入緩沖器； </p><p>　　端口C(PC0~PC7)：8位輸出鎖存/緩沖器，8位輸入緩沖器（輸入時(shí)沒有鎖存）；</

49、p><p>　　在模式控制下這個(gè)端口又可以分成兩個(gè)4位的端口，它們可單獨(dú)用作為輸出控制和狀態(tài)輸入。</p><p>　　端口A、B、C又可組成兩組端口（12位）：A組和B組。在每組中，端口A和端口B用作為數(shù)據(jù)端口，端口C用作為控制和狀態(tài)聯(lián)絡(luò)線。</p><p>　　在8255A中，除了這三個(gè)端口外，還有一個(gè)控制寄存器，用于控制8255A的工作方式。因此8255A共有4個(gè)

50、端口寄存器，分別用A0、A1指定：</p><p>　　A1=0，A0=0，表示訪問端口A； </p><p>　　A1=0，A0=1，表示訪問端口B； </p><p>　　A1=1，A0=0，表示訪問端口C；</p><p>　　A1=1，A0=1，表示訪問控制寄存器；</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中它的三個(gè)數(shù)據(jù)端

51、口A、B、C都是用作輸出口用，所以其方式控制字如下：</p><p>　　D7=1，D6=0，D5=0，D4=0，D3=0，D2=0，D1=0，D0=0；</p><p>　　D7：方式標(biāo)志為1；</p><p>　　D6、D5：A組的工作方式位取00；</p><p>　　D4：端口A的輸入輸出控制位取0；</p><p

52、>　　D3：端口C高4位的輸入輸出控制位取0；</p><p>　　D2：B組的工作方式位取0；</p><p>　　D1：端口B的輸入輸出控制位取0；</p><p>　　D0：端口C低4位的輸入輸出控制位取0； </p><p>　　8255A的引腳定義如表1所示</p><p>　　表1 825

53、5A引腳定義</p><p>　　圖3-4 數(shù)碼管顯示接口線路</p><p>　　本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)顯示采用動(dòng)態(tài)數(shù)碼管顯示如圖3-4所示，可以大幅度地降低硬件成本和電源的功耗，因?yàn)槟骋粫r(shí)刻只有一個(gè)數(shù)碼管工作，也就是所謂的分時(shí)顯示，故顯示所需的硬件電路可以分時(shí)復(fù)用。本設(shè)計(jì)中端信號(hào)的顯示與單片機(jī)的P1口相接，勵(lì)磁信號(hào)的顯示與8255A的PB口相接。因此可以分為兩路的8位動(dòng)態(tài)顯示電路。每一路都使用了

54、兩片74LS373作為7段碼和位碼驅(qū)動(dòng)鎖存器，8個(gè)數(shù)碼管是共陰極數(shù)碼管，一片ULN2803 8位反相驅(qū)動(dòng)器作為增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)器。</p><p>　　3.1 調(diào)節(jié)器的軟件結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.1.1 軟件的組成</p><p>　　本勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的控制軟件有以下幾個(gè)部分：</p><p><b>　　實(shí)時(shí)采集；</b>&

55、lt;/p><p><b>　　數(shù)據(jù)處理；</b></p><p><b>　　中斷處理；</b></p><p><b>　　模糊PID控制；</b></p><p><b>　　控制角的計(jì)算；</b></p><p><b&g

56、t;　　數(shù)據(jù)輪流顯示；</b></p><p><b>　　同步脈沖輸出；</b></p><p>　　系統(tǒng)只用一片單片機(jī)，同時(shí)還用的一片并行接口芯片8255A來擴(kuò)展I/O口。單片機(jī)上的I/O口用來數(shù)據(jù)的采集輸入、發(fā)電機(jī)端電壓、電流的數(shù)據(jù)顯示，以及產(chǎn)生晶閘管六路觸發(fā)脈沖的輸出，而8255A擴(kuò)展的I/O口用來顯示勵(lì)磁電壓、電流，控制信號(hào)保持電路和74LS37

57、3地址鎖存器的工作狀態(tài)。</p><p><b>　　3.1.2 主程序</b></p><p>　　本調(diào)節(jié)器的軟件采用C語言模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由相應(yīng)的子程序來完成各個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)。調(diào)節(jié)器軟件的主程序流程圖如圖3-5所示。調(diào)節(jié)器上電后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括調(diào)節(jié)器電源初始加電時(shí)對(duì)單片機(jī)進(jìn)行原始狀態(tài)的初始化，中斷初始化，以及各接口芯片的初始化。主循環(huán)部分，首先是8通道數(shù)據(jù)采

58、集處理部分，該部分利用外部中斷1給出信號(hào)開始進(jìn)行采集，設(shè)計(jì)一周期采集8個(gè)位置，每個(gè)位置都用信號(hào)保持電路保持同一時(shí)刻的數(shù)據(jù)，使進(jìn)行8個(gè)通道同相位采集。并通過16片7位數(shù)碼管進(jìn)行端電壓、電流和勵(lì)磁電壓、電流的輪流顯示。接著是通過外部中斷1和計(jì)數(shù)器0完成信號(hào)周期的計(jì)算，為最后的觸發(fā)脈沖輸出做準(zhǔn)備?？刂平堑挠?jì)算模塊包括限制判斷，通過采集進(jìn)來的電壓與參考電壓進(jìn)行比較得到偏差電壓和偏差變化率送模糊PID控制計(jì)算，最后得到一組新的比例系數(shù)Kp、積分系

59、數(shù)Ki、微分系數(shù)Kd進(jìn)行控制角的計(jì)算。用得到的控制角控制6個(gè)晶閘管觸發(fā)脈沖的輸出時(shí)間和順序。</p><p>　　圖3-5 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器主程序流程圖</p><p>　　整個(gè)控制軟件用一個(gè)主程序和21個(gè)子程序來實(shí)現(xiàn)勵(lì)磁調(diào)節(jié)的基本功能，程序整體結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活、編程效率高、復(fù)查簡便。</p><p>　　3.2 數(shù)據(jù)采集與處理</p><p>

60、　　勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的數(shù)據(jù)采集過程經(jīng)電壓、電流互感器采得當(dāng)時(shí)的電壓電流值，再經(jīng)信號(hào)處理電路和信號(hào)保持電路才能送ADC0809轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)的轉(zhuǎn)換。數(shù)據(jù)采集的程序流程如下圖3-6所示。通過8255A的PA口高四位和PC口低四位共同控制信號(hào)保持器保持住該時(shí)刻的數(shù)值，接著通過8255A的PA口低三位選擇要轉(zhuǎn)換的通道，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)送一數(shù)組暫時(shí)保存，然后判斷是否已經(jīng)將第8個(gè)通道的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換了，是則完成這一輪的數(shù)據(jù)采集并將信號(hào)保持器打開。否則進(jìn)行下一通道

61、的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，依次循環(huán)轉(zhuǎn)換至最后一個(gè)通道。</p><p>　　圖3-6 AD采集轉(zhuǎn)換流程圖</p><p>　　根據(jù)單片機(jī)的處理速度與AD轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間，本設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的采集每周期采8個(gè)點(diǎn)，按所寫的采集程序，8個(gè)通道采集一輪所需要的時(shí)間為0.8ms左右，延時(shí)1ms后進(jìn)行0.3ms左右的最初的數(shù)據(jù)處理。因此一輪采集加處理所花的時(shí)間接近2.5ms即八分之一周期的時(shí)間，這樣可以讓八個(gè)采集點(diǎn)平均分配

62、在一個(gè)周期之內(nèi)，保證了用八個(gè)點(diǎn)平方值的平均值求開方根作為有效值一定的準(zhǔn)確性。</p><p>　　圖3-7 周期數(shù)據(jù)處理流程圖</p><p>　　通過計(jì)數(shù)器0可以計(jì)算所采集信號(hào)的周期。用A相電壓信號(hào)從負(fù)變正的過零點(diǎn)即同步的矩形波下降沿觸發(fā)計(jì)數(shù)器0開始計(jì)數(shù)，直到下一上降沿時(shí)再停止計(jì)數(shù)。該單片機(jī)用的時(shí)鐘頻率是12MHZ，所以計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)1次表示1us，上述所得的計(jì)數(shù)值就是A相電壓的半個(gè)周期值。

63、再經(jīng)過左移1位處理就是該信號(hào)的周期值了。將該周期值的六分之一做為定時(shí)器0定時(shí)設(shè)定值定時(shí)觸發(fā)脈沖。</p><p>　　在每一輪數(shù)據(jù)采集完成之后都有相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，如圖3-7流程圖上部所示，將第六個(gè)通道之前采集進(jìn)來的數(shù)據(jù)都進(jìn)行求平方處理，第六通道之后的數(shù)據(jù)不變，然后存入指定的一個(gè)二維數(shù)組。如此，將一周期內(nèi)的8組數(shù)據(jù)都做一樣的處理。接著將處理好的數(shù)據(jù)又分兩個(gè)部分再進(jìn)行處理，前一部分是第六通道之前的發(fā)電機(jī)機(jī)端數(shù)據(jù)，由于

64、是交流信號(hào)，所以用八個(gè)點(diǎn)平方值的平均值求開方根作為有效值，后一部分是第六通道之后的勵(lì)磁端數(shù)據(jù)，是直流信號(hào)，所以用八個(gè)點(diǎn)的平均值作為勵(lì)磁顯示的數(shù)據(jù)值。</p><p><b>　　3.3 數(shù)據(jù)顯示</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)顯示采用動(dòng)態(tài)掃描工作方式，即采用分時(shí)顯示的方式，利用人的視覺暫留效應(yīng)，達(dá)到穩(wěn)定顯示的效果。數(shù)據(jù)顯示的流程圖如下圖3-8所示。</

65、p><p>　　顯示程序是將上述處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示。程序開始取得機(jī)端數(shù)據(jù)show1[b]，判斷其中b的奇偶性，若b是奇數(shù)則將數(shù)據(jù)送電壓顯示子程序顯示，并將show2[b%2]送勵(lì)磁電壓顯示子程序顯示。若b是偶數(shù)則將數(shù)據(jù)送電流顯示子程序顯示，并將show2[b%2]送勵(lì)磁電流顯示子程序顯示。最后判斷b是否達(dá)到5，若b為5則將b清零，否則將b做加一處理。</p><p>　　下面就四個(gè)顯示子

66、程序里的機(jī)端電流顯示程序進(jìn)行說明?？偹苤?，經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換器采集進(jìn)來的數(shù)據(jù)與真實(shí)的數(shù)據(jù)縮小的很多，在顯示的時(shí)候需要按比例將采集數(shù)據(jù)放大，然后再送顯。在機(jī)端電流顯示子程序里，將AD采集進(jìn)來的最大值255對(duì)應(yīng)真實(shí)電流20A，將255乘以40再除以51得到200，再將十位數(shù)的小數(shù)點(diǎn)點(diǎn)亮，就可以顯示20.0與實(shí)際相同。顯示的時(shí)候先將要顯示的位碼鎖存在一個(gè)373鎖存器中，再將相應(yīng)的段碼鎖存在另一個(gè)373鎖存器中。</p><p&

67、gt;　　圖3-8 數(shù)據(jù)顯示流程圖</p><p><b>　　3.4 中斷處理</b></p><p>　　用A相電壓信號(hào)從負(fù)變正的過零點(diǎn)即同步的矩形波下降沿觸發(fā)外部中斷1，進(jìn)入外部中斷子程序如圖3-9，將a置位，使執(zhí)行AD采集子程序。</p><p>　　在脈沖觸發(fā)產(chǎn)生的子程序中，設(shè)定了1/6信號(hào)周期的定時(shí)器0，當(dāng)定時(shí)器0定時(shí)到時(shí)進(jìn)入定時(shí)中

68、斷子程序中如圖3-10所示，首先關(guān)閉中斷總允許位EA，再重裝1/6周期定時(shí)設(shè)置，接著啟動(dòng)定時(shí)器0，開中斷總允許位。</p><p>　　圖3-9外部中斷1 圖3-10定時(shí)中斷0</p><p>　　3.5 計(jì)算可控硅的控制角</p><p>　　3.5.1 模糊PID參數(shù)計(jì)算</p><p>　　PID控制系統(tǒng)原理框圖如圖3

69、-11所示，系統(tǒng)由PID控制器和被控對(duì)象組成，其中PID控制器在本設(shè)計(jì)中用單片機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)。模糊PID控制是通過給定的r(t)與實(shí)際的輸出值y(t)的偏差e(t)和偏差變化率ec(t)的比例(P)、積分(I)、微分(D)的線性組合構(gòu)成控制量u(t)，包含Kp、Ki、Kd三個(gè)變化量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制。其控制規(guī)律寫成傳遞函數(shù)形式為</p><p><b>　　(3-1)</b></p>

70、;<p>　　式中：Kp為比例增益；Ti為積分時(shí)間常數(shù)；Td為微分時(shí)間常數(shù)；</p><p>　　圖3-11 模糊PID控制系統(tǒng)原理框圖</p><p>　　根據(jù)偏差和偏差的變化率計(jì)算輸入量，再由模糊PID自整定控制算法得出輸出控制量。</p><p>　　采用模糊PID自整定控制的目的是使控制器能夠根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整比例系數(shù)Kp、積分系數(shù)Ki和微分系數(shù)

71、Kd，以達(dá)到調(diào)節(jié)作用的實(shí)時(shí)最優(yōu)。</p><p>　　模糊PID自整定控制是將輸入量包括偏差和偏差的變化率進(jìn)行模糊化處理，即將輸入變量變換到相應(yīng)的論域，并將輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成合適的語言值。結(jié)合本系統(tǒng)的特性，這里選擇模糊變量的模糊集隸屬函數(shù)采用三角函數(shù)。</p><p>　　根據(jù)該規(guī)則可把實(shí)際誤差e、誤差變化率ec對(duì)應(yīng)的語言變量E、EC表示成模糊量。E、EC的基本論域?yàn)閇-3，+3]，將其離散成

72、7個(gè)等級(jí)即[-3，-2，-1，0，+1，+2，+3]。考慮到控制的精度要求，本設(shè)計(jì)將[-3，+3]分為負(fù)大[NB]、負(fù)中[NM]、負(fù)小[NS]、零[ZO]、正小[PS]、正中[PM]、正大[PB]等7個(gè)語言變量，然后由e、ec隸屬函數(shù)根據(jù)最大值法得出相應(yīng)的模糊變量。接著為比例、積分和微分增益的模糊偏差分別建立相應(yīng)的模糊控制規(guī)則表。</p><p>　　通過偏差和偏差變化率的模糊量取得相應(yīng)的比例、積分、微分偏差的模

73、糊量，最后通過去模糊轉(zhuǎn)化公式將模糊量變?yōu)閷?shí)際量，下式是以比例增益為例</p><p>　　kkp=ekp*dkp+kp (3-2)</p><p>　　式中：kkp是比例增益去模糊化的實(shí)際值；</p><p><b>　　ekp是比例因子；</b></p

74、><p>　　dkp是比例增益模糊偏差量；</p><p>　　kp是給定的比例增益的實(shí)際值；</p><p>　　3.5.2 控制角的計(jì)算</p><p>　　控制角計(jì)算是整個(gè)軟件的關(guān)鍵部分，其程序流程圖如圖3-12所示。先通過AD轉(zhuǎn)換器采集并讀取當(dāng)前的電壓值與設(shè)定的給定電壓進(jìn)行比較得到電壓的偏差和偏差變化率，將其送入模糊PID控制計(jì)算程序中調(diào)

75、整得到新的比例、積分和微分系數(shù)，這個(gè)過程如上一點(diǎn)內(nèi)容所述。接著判斷是否達(dá)到欠勵(lì)限制，是則直接將angle取為180完成控制角的計(jì)算，否則接著判斷是否達(dá)到強(qiáng)勵(lì)、過勵(lì)限制，若是則直接將angle取為0并完成控制角的計(jì)算，否則由這組新的Kp、Ki、Kd系數(shù)計(jì)算當(dāng)前需要的勵(lì)磁電壓UL，</p><p>　　UL=Ug1+kkp*(Uent1-Uent2)+kki*Uent1+kkd*(Uent1-Uent2-Uent2+

76、Uent3) (3-3)</p><p>　　其中Ug1為上次的勵(lì)磁電壓，Uent1為本次的電壓偏差，Uent2為上次的電壓偏差，Uent3為上上次的電壓偏差，kkp、kki、kkd是通過模糊PID控制計(jì)算得到的新控制量。再通過 </p><p>　　angle=180*(acos(0.4

77、27*UL/Elab))/3.14 (3-4)</p><p>　　得到控制角angle。</p><p>　　圖3-12 控制角計(jì)算流程圖</p><p><b>　　3.6 脈沖輸出</b></p><p>　　圖3-13脈沖輸出流程圖</p><p&g

78、t;　　脈沖輸出主程序如圖3-13所示。根據(jù)控制角的大小將觸發(fā)脈沖輸出的順序分成三組，angle在0到60之間的用pulsea[i]，angle在60到120之間的用pulsec[i]，angle大于120的用pulseb[i]。第一組脈沖的輸出時(shí)間是根據(jù)控制角確定的，之后的五組脈沖每隔1/6周期輸出一組。</p><p>　　3.7 逆變停車與限制動(dòng)作</p><p>　　根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)要

79、求，當(dāng)遇到勵(lì)磁過電流、電壓限制、發(fā)電機(jī)過電壓、低于低頻保護(hù)以及電壓檢測(cè)信號(hào)或丟失時(shí)調(diào)節(jié)器需要控制控制角實(shí)現(xiàn)逆變停車。程序中只要有一個(gè)滿足上述條件的都會(huì)將逆變信號(hào)contra置位提示調(diào)節(jié)器停止電流的輸出。</p><p>　　限制條件包括強(qiáng)勵(lì)、過勵(lì)限制和欠勵(lì)限制。強(qiáng)勵(lì)、過勵(lì)限制是當(dāng)發(fā)電機(jī)端電壓低于額定電壓的80%時(shí)的勵(lì)磁限制，欠勵(lì)限制是當(dāng)發(fā)電機(jī)端電壓高于額定電壓的130%時(shí)的勵(lì)磁限制。</p><

80、;p><b>　　4 調(diào)試與總結(jié)</b></p><p>　　4.1 Proteus與Keil介紹</p><p><b>　　1、Proteus</b></p><p>　　Proteus是一種低投資的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，提供Schematic Drawing、SPICE仿真與PCB設(shè)計(jì)功能，這一點(diǎn)proteus

81、與 multisim比較類似，只不過它可以仿真單片機(jī)和周邊設(shè)備，可以仿真51系列、AVR，PIC等常用的MCU，與keil和MPLAB不同的是它還提供了周邊設(shè)備的仿真，只要給出電路圖就可以仿真，例如373，led，示波器，Proteus提供了大量的元件庫，有RAM，ROM，鍵盤，馬達(dá)，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件，…編譯方面支持Keil和MPLAB，里面有大量的例子參考。</p><p&

82、gt;　　(1)、Proteus可提供的仿真元件資源 </p><p>　　Proteus軟件提供了可仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件達(dá)30多個(gè)元件庫。 </p><p>　　(2)、Proteus可提供的仿真儀表資源 </p><p>　　虛擬儀器儀表的數(shù)量、類型和質(zhì)量，是衡量仿真軟件實(shí)驗(yàn)室是否合格的一個(gè)關(guān)鍵因素。在Proteus軟件中，理論上同一種儀器可

83、以在一個(gè)電路中隨意的調(diào)用。除了現(xiàn)實(shí)存在的儀器外，Proteus還提供了一個(gè)圖形顯示功能，可以將線路上變化的信號(hào)，以圖形的方式實(shí)時(shí)地顯示出來，其作用與示波器相似但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。</p><p>　　(3)、Proteus可提供的調(diào)試手段 </p><p>　　Proteus提供了比較豐

84、富的測(cè)試信號(hào)用于電路的測(cè)試。這些測(cè)試信號(hào)包括模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。</p><p>　　2、Keil是德國開發(fā)的一個(gè)51單片機(jī)開發(fā)軟件平臺(tái)，最開始只是一個(gè)支持C語言和匯編語言的編譯器軟件。后來隨著開發(fā)人員的不斷努力以及版本的不斷升級(jí)，使它已經(jīng)成為了一個(gè)重要的單片機(jī)開發(fā)平臺(tái)，不過Keil的界面并不是非常復(fù)雜，操作也不是非常困難，很多工程師的開發(fā)的優(yōu)秀程序都是在Keil的平臺(tái)上編寫出來的。可以說它是一個(gè)比較重要的軟件，

85、熟悉他的人很多很多，用戶群極為龐大，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過偉福等廠家軟件用戶群，操作有不懂的地方只要找相關(guān)的書看看，到相關(guān)的單片機(jī)技術(shù)論壇問問，很快就可以掌握它的基本使用了。 </p><p>　　(1)、Keil的µVision2可以進(jìn)行純粹的軟件仿真(仿真軟件程序，不接硬件電路)；也可以利用硬件仿真器，搭接上單片機(jī)硬件系統(tǒng)，在仿真器中載入項(xiàng)目程序后進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真；還可以使用µVision2的內(nèi)嵌模塊Ke

86、il Monitor-51，在不需要額外的硬件仿真器的條件下，搭接單片機(jī)硬件系統(tǒng)對(duì)項(xiàng)目程序進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真。 </p><p>　　(2)、uVision2調(diào)試器具備所有常規(guī)源極調(diào)試，符號(hào)調(diào)試特性以及歷史跟蹤，代碼覆蓋，復(fù)雜斷點(diǎn)等功能。DDE界面和shift語言支持自動(dòng)程序測(cè)試。</p><p>　　3、Proteus與Keil軟件的鏈接調(diào)試</p><p>　　軟硬件

87、聯(lián)合仿真系統(tǒng)由一個(gè)硬件執(zhí)行環(huán)境和一個(gè)軟件執(zhí)行環(huán)境組成，通常軟件環(huán)境和硬件環(huán)境都有自己的除錯(cuò)和控制界面，Keil與Proteus的整合調(diào)試可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的總調(diào)，在該系統(tǒng)中，Keil作為軟件調(diào)試界面，Proteus作為硬件仿真和調(diào)試界面，下面說一下如何在keil中調(diào)用proteus進(jìn)行MCU外圍器件的仿真。</p><p>　　(1)、安裝keil 與 proteus。</p><p>　　(2

88、)、把安裝proteus\ MODELS目錄下 VDM51.dll文件復(fù)制到Keil安裝目錄的 \C51\BIN目錄中。</p><p>　　(3)、修改keil安裝目錄下 Tools.ini文件，在C51字段加入TDRV5=BIN\VDM51.DLL ("Proteus VSM Monitor-51 Driver"),保存。注意：不一定要用TDRV5，根據(jù)原來字段選用一個(gè)不重復(fù)的數(shù)值就可以了

89、。引號(hào)內(nèi)的名字隨意。</p><p>　　(4)、打開proteus，畫出相應(yīng)電路，在proteus的debug菜單中選中use remote debug monitor；</p><p>　　(5)、在keil中編寫MCU的程序 </p><p>　　(6)、進(jìn)入KEIL的project菜單option for target '工程名'。在DEBU

90、G選項(xiàng)中右欄上部的下拉菜單選中 Proteus VSM Monitor-51 Driver。在進(jìn)入setting，如果同一臺(tái)機(jī)IP 名為127.0.0.1,如不是同一臺(tái)機(jī)則填另一臺(tái)的IP地址。端口號(hào)一定為8000。注意：可以在一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行keil，另一臺(tái)中運(yùn)行proteus進(jìn)行遠(yuǎn)程仿真。 </p><p>　　(7)、在keil中進(jìn)行debug，同時(shí)在proteus中查看直觀的結(jié)果（如LED顯示…）這樣就可以像

91、使用仿真器一樣調(diào)試程序。 </p><p><b>　　4.2 調(diào)試與仿真</b></p><p>　　在Keil軟件中選擇CPU為89S52芯片建立一個(gè)工程，將編寫好的源程序加入其中進(jìn)行編譯、調(diào)試。根據(jù)Build頁中提示的語法錯(cuò)誤和警告進(jìn)行相應(yīng)的修改和調(diào)整，編譯完成之后得到可以寫入芯片的hex文件，為之后的與Proteus聯(lián)調(diào)作準(zhǔn)備。</p><

92、p>　　由于本設(shè)計(jì)是用C語言編寫源程序，所以沒辦法像匯編語言編程一樣預(yù)先計(jì)算好延時(shí)程序的延時(shí)時(shí)間，只能通過調(diào)試時(shí)的相應(yīng)的寄存器sec查看程序的執(zhí)行時(shí)間來調(diào)整延時(shí)時(shí)間。本次設(shè)計(jì)的程序中用到了毫秒級(jí)的長延時(shí)和80微妙的短延時(shí)都是用上述方法來確定延時(shí)時(shí)間的，如圖4-1所示。</p><p><b>　　圖4-1 延時(shí)調(diào)試</b></p><p>　　然后是將Keil與

93、Proteus聯(lián)起來進(jìn)行程序的各個(gè)模塊仿真。先是對(duì)各個(gè)模塊程序單獨(dú)調(diào)試，沒有錯(cuò)誤之后，將數(shù)碼管顯示程序進(jìn)行仿真。顯示程序分為兩部分，一個(gè)是通過單片機(jī)P0進(jìn)行發(fā)電機(jī)端電壓電流動(dòng)態(tài)顯示，其段位碼鎖存信號(hào)端通過8255A的PC2和PC3端進(jìn)行控制。另一個(gè)是通過8255A的PB口進(jìn)行勵(lì)磁電壓電流動(dòng)態(tài)顯示，其段位碼鎖存信號(hào)端通過8255A的PC0和PC1端進(jìn)行控制。仿真的效果圖如圖4-2所示，從右到左依次顯示0~7。</p><

94、;p><b>　　圖4-2 顯示仿真</b></p><p>　　顯示仿真完成之后，加入AD采集子程序進(jìn)行進(jìn)一步的仿真。給ADC0809的8個(gè)通道輸入電壓在0V~5V之間不同的電壓值。經(jīng)AD轉(zhuǎn)換之后得到的數(shù)字量再送單片機(jī)P0口，然后用單片機(jī)的P1進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示。圖4-3 所示的是輸入1V在數(shù)碼管顯示為0.99V，其中A是表示A相。圖4-4 所示的是輸入2V在數(shù)碼管顯示為1.99V，其中

95、A是表示A相。仿真結(jié)果表明采集子程序能基本完成設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　圖4-3 1V電壓的顯示 圖4-4 2V 電壓的顯示</p><p>　　接下來再將兩個(gè)數(shù)據(jù)處理子程序加入仿真，數(shù)據(jù)子程序1是將一輪采集中前六個(gè)通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行平方處理，后兩個(gè)通道的數(shù)據(jù)不做改變，數(shù)據(jù)子程序2是將一周期內(nèi)的8輪采集的前六個(gè)通道的數(shù)據(jù)求有效值，即

96、求8次采集平方的平均值進(jìn)行開方處理，而后兩個(gè)通道進(jìn)行8次采集的平均值處理。經(jīng)過仿真，數(shù)碼管上顯示的數(shù)值與預(yù)計(jì)的相符合。</p><p>　　脈沖產(chǎn)生的子程序仿真是由定時(shí)器0以方式1定時(shí)六分之一周期即3.33ms，在單片機(jī)P2口的低六位進(jìn)行六路脈沖的輸出，仿真結(jié)果如圖4-5 所示。圖中的前三路脈沖是單片機(jī)P2.0、P2.1、P2.2產(chǎn)生的脈沖，第四路脈沖是P2.5產(chǎn)生的脈沖，由圖可以看出每個(gè)脈沖的寬度是1ms，這可

97、以保證晶閘管的有效觸發(fā)。</p><p><b>　　圖4-5 脈沖產(chǎn)生</b></p><p>　　至于模糊PID控制參數(shù)的計(jì)算和控制角計(jì)算子程序的仿真沒有很直觀的結(jié)果，只是程序運(yùn)行之后讓P2.0以1ms的頻率閃爍，以此表明兩個(gè)子程序可以使用。</p><p>　　總之，對(duì)于程序的各個(gè)子程序模塊的仿真都基本滿足設(shè)計(jì)要求，但由于一些條件的限制沒

98、有對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，這也是整個(gè)設(shè)計(jì)的遺憾所在。</p><p><b>　　4.3 總結(jié)</b></p><p>　　在將近3個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)間里，對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)有了系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，雖然我是做軟件設(shè)計(jì)的，但是平時(shí)也協(xié)助硬件設(shè)計(jì)人員對(duì)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器硬件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，對(duì)各部分硬件的原理進(jìn)行了解。正是有了平時(shí)的交流讓我在后面進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)不會(huì)手忙腳亂、無從下手。</p&g

99、t;<p>　　本次設(shè)計(jì)主要完成了勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的軟件設(shè)計(jì)，軟件可實(shí)現(xiàn)AD 8路通道采集、采集數(shù)據(jù)的兩級(jí)處理、兩路8位數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示、模糊PID控制參數(shù)計(jì)算、控制角的計(jì)算、觸發(fā)脈沖的產(chǎn)生和與PC機(jī)通信等功能。其中數(shù)據(jù)采集是用ADC0809，受到其工作頻率的限制，模數(shù)的轉(zhuǎn)換速度要花幾十微妙，對(duì)8路采集信號(hào)的同一時(shí)刻采集一輪要花1毫秒左右，加上數(shù)據(jù)的處理時(shí)間，所以在一個(gè)周期20毫秒之內(nèi)每路信號(hào)采8個(gè)點(diǎn)，即相位每過45°采

100、集一次。再取這些信號(hào)的平方的平均值的開方作為有效值，這樣一來數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性就受到了影響。而采集子程序后面還有數(shù)據(jù)顯示、控制角計(jì)算等子程序的調(diào)用也要用幾百毫秒的時(shí)間，所以實(shí)時(shí)性不是很好，不過還是基本滿足了設(shè)計(jì)的要求。</p><p>　　最后的調(diào)試仿真部分是整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分，查看了很多資料后決定用Keil與Proteus進(jìn)行聯(lián)調(diào)來直接仿真，在仿真的過程中發(fā)現(xiàn)了很多程序設(shè)計(jì)中沒注意的錯(cuò)誤，雖然沒有進(jìn)行系統(tǒng)的整體仿真，

101、但是對(duì)各個(gè)模塊的仿真也讓我學(xué)到了很多東西。</p><p>　　總的來說，這次的設(shè)計(jì)結(jié)果還是基本滿足要求，更鍛煉了我資料的收集能力和養(yǎng)成了團(tuán)隊(duì)合作精神。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在畢業(yè)設(shè)計(jì)完成以及即將結(jié)束的四年大學(xué)學(xué)習(xí)和生活之際，我懷著無比復(fù)雜的心情向?qū)W校及各位老師和同學(xué)告別并致謝！</p>

102、<p>　　首先，我真誠的感謝xx老師的指導(dǎo)。三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，xx老師不斷對(duì)我進(jìn)行指導(dǎo)和糾正，讓我在設(shè)計(jì)中感到學(xué)的越多就越無知。老師讓我在結(jié)束大學(xué)學(xué)習(xí)之前找到另一條學(xué)習(xí)道路的起點(diǎn)，這將使我受用一生。同時(shí)感謝福建工程學(xué)院給我們提供了成長和展示自我的空間平臺(tái)，感謝電子信息與電氣工程系給我們提供了學(xué)習(xí)和鍛煉的機(jī)會(huì)，也感謝給與我關(guān)心和幫助過的所有老師和同學(xué)們，感謝你們對(duì)我的支持和鼓勵(lì)！</p><p>

103、;　　想起四年的大學(xué)時(shí)間，即將流逝，經(jīng)歷過，奮斗與頹廢的考驗(yàn)，品嘗過，成功與失敗的各般滋味，難免有些感慨。最后我想說一句，謝謝你大學(xué)，是你讓我成熟了許多，再見大學(xué)，我會(huì)永遠(yuǎn)記住你帶給我的酸甜苦辣！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]堯軍奇. 現(xiàn)代柴油發(fā)電機(jī)組原理、使用與維修[M]. 北京：電子工業(yè)出版社,2004.</p&g

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108、7</p><p>　　[14]曾海波，黎雄，張凌俊，孫元章. 實(shí)時(shí)多任務(wù)內(nèi)核在電力系統(tǒng)勵(lì)磁調(diào)節(jié)器中的應(yīng)用[J].</p><p>　　電力自動(dòng)化設(shè)備,2002(11)</p><p>　　[15]李致中. 一種簡單可靠的微機(jī)勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的研制與開發(fā). 東北電力學(xué)院學(xué)報(bào),2000(8)</p><p>　　[16]Takenori Kobay

109、ashi,Akihiko Yokoyama.An Adaptive Neuro-Control System of Synchronous </p><p>　　Generator for Power System Stabilization.IEEE Trans on Energy Conversion.1966 11 (3):621~630</p><p><b>　　附 錄

110、</b></p><p><b>　　附錄A 仿真原理圖</b></p><p><b>　　附錄B 源程序</b></p><p>　　/*根據(jù)電路圖中的接口，可以確定8255A的A口地址為7FFCH,B口地址為7FFFDH,C口地址為7FFFE,命令口地址為7FFFFH。PC0~PC7都做輸出，模擬選擇命令

111、字為80H。*/</p><p>　　#include<AT89X51.H> //定義特殊寄存器地址以及端口和端口線的地址</p><p>　　#include<absacc.h> //定義絕對(duì)地址訪問函數(shù)</p><p>　　#include<math.h> //定義數(shù)學(xué)函數(shù)</p><p>