备用通信电源新设计
1硬件设计方案
对于发电机输出电压U=Ceφ n
其中,Ce:电动势常数;φ:励磁磁通;n:转速(r/min);而φ=KfIf (不考虑饱和影响),Kf为比例常数;If为励磁电流。
所以,在保证转速不变的情况下调节励磁电流的大小,才能保证输出电压的恒压特性。
本设计采用了双闭环控制电路,如图1所示。分别是转速闭环和输出电压控制闭环。转速闭环使发电机始终保持在额定转速下运行;电压控制闭环通过调节励磁电流来动态调整输出额定电压。主要控制器件选取如下:
可编程逻辑控制器(PLC):可编程逻辑控制器已广泛用于工业生产中,它以极短的扫描周期,丰富的性能,极大地提高了生产效率。并且能够适应于恶劣的工作环境,和很强的联网和监控功能。本系统选用了SIMENS S7-200 CPU222 。
IGBT:它既具有功率MOSFET高输入阻抗、高速、热稳定性好和驱动功率小的优点,又具有GTR通态电压低,导通损耗小而耐压值高的优点。因此,IGBT在电气传动、电源技术等方面获得广泛应用。
光电编码器:它实现了对转速的高精度采样。
比例电磁铁:通过对它两端的电压控制达到对油机油门的线性控制。两端的电压大或内通有效电流大,油门拉大,则油机用油量大,转速快。本系统选用了1T型直流可控电磁铁。
2.1转速闭环设计
转速闭环如图2由光电编码器对转速采样,输入到可编程逻辑控制器(PLC)的输入侧,PLC通过控制算法输出脉宽调制(PWM)到IGBT,控制电磁铁中流过电流大小,从而由比例电磁铁控制油机的油门大小,达到转速N的在线实时调节。
2.2 输出电压控制闭环设计
输出电压控制闭环如图3,通过对电阻R1上的电压采样,即输出实际电压值。这样,采样电压输入到可编程逻辑控制器(PLC)的模数转换模块(AD/DA),PLC通过控制算法输出脉宽调制(PWM)到IGBT,从而控制发电机励磁绕组电流,达到输出电压U的在线调整。
2. 3 流短路保护电路设计
通过R2的压降对输出电流I采样到PLC(AD/DA),由PLC判断处理,例如:采样电流在3 s内,一直达到2倍额定电流时切断电路,起到保护作用。
2.4 三相交流发电机的设计
同样,对于三相交流发电机的设计方案如图5所示,加入了电压、电流互感器,对电压、电流进行采样,其控制过程与直流发电系统类似,本文就不再叙述。
2软件设计
实际中被控系统具有非线性、时变性、时滞性、且由于噪声、负载扰动等因数的干扰,难以建立精确的数学模型或引起对象数学模型的改变,造成控制精度达不到要求。模糊算法和神经元算法正是避免了对象的数学模型建立,就能达到快速、高精度的控制效果。实验中证实,对于被控量大起大落的情况需要模糊算法,它能够起到快速调节的作用;对于高精度细调被控量,要用神经元算法,它能够使被控量在线实时调整到高精度。
2. 1 速闭环软件设计
由于油机在运行中波动较大,特别是启动过程,这就要求使用模糊算法。由于传统的模糊算法需要建立高精度的模糊控制表,而建表要通过大量的计算与实验才能建立。所以为避免复杂的计算与实验,本设计提出了一种双模糊控制算法。
2.1模糊规则建立
将偏差E,偏差变化率EC和控制量U的论域都取为:
E=EC=U={-3,-2,-1,0,1,2,3}
双模糊控制算法在本实验系统中有着良好的控制效果。它具有非常短的过渡过程,转速只有±3‰的偏差,并且PLC的运算周期短,对PLC 的性能要求要低很多,这在实际中会节省一大部分硬件投资。这在实际中也是最需要的简单、快速和高精度的控制算法。
2. 2出电压控制闭环设计
由于励磁电流变化范围小,又要求有很高的精度控制,所以本系统选用了神经元PID算法。
其中: Kc、Ti、Td分别为模拟调节器的比例增益、积分时间、微
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