晶闸管三相全控桥式整流电路的直流电源设计

系统方框图。

 

　　该数字PI调节器的Z传递函数为：

 

　　式中：Ki -- 积分系数，Ki= KoT/Ti;T--采样周期； Ti-- 积分时间常数；Kp-- 比例因子；U（Z）--控制量输出的z传递函数；E（z）- -偏差量的z传递函数。

　　将式（1）展开，可得以下位置式算法：

 

　　式中Uo-- 初始值；Uk - - 第k次采样点获得的控制量；Ek--第k次采样点获得的偏差量；Ej--第j次采样点的偏差值；k一第k次采样点。

　　整理成递推公式形式：

 

　　根据上述递推公式，可以非常方便地用软件实现PI调节器。

       （2）改进的数字PI算法

　　标准PI算法一般不能满足现场要求，比如在开机、停机或大幅度改变设定值时，短时间内系统偏差变化剧烈，容易造成较大的积分积累∑（Ek），使得控制输出急剧变化，系统超调严重，动态性能恶化。

　　为防止这一现象发生，常用积分分离法、超限削弱积分法和有效偏差法对标准PI算法进行改进，这在随动系统设计中较为常见。

　　由于本系统属于恒值控制系统，要求有软起和软停功能，利用上述改进算法已不能满足要求。为此，采用一种新的恒偏差算法。

　　恒偏差法和有效偏差法相类似。有效偏差法又叫逆算法。即当控制量Uk越限时，Uk取边界值Umax或Umin.由该边界值逆算出偏差值Ek'代替原来的偏差值Ek.然而，在恒偏差法中，是用经过衰减后的Ek'去代替Ek.系统在阶跃响应时，实际工作在过阻尼状态，从而减缓了在起、停时对主电路器件的冲击。图3示出两种算法的阶跃输入响应曲线。其中曲线（a）标准PI算法响应曲线、曲线（b）恒偏差法响应曲线。

　　（3）PI参数的整定

　　①采样周期T

　　由于主电路输出滤波网络决定了系统输出纹波的最大截止频率f,所以根据香农（Snon）定理可以决定采样频率的上限f1 =2f 工程上一般取f1=10f.

　　由于主电路参数已知，可求得：

 

　　其下限T2由8098软件执行时间决定。若采用12M晶振，平均每条语句执行时间为2us,程序运行大概需要500条语句，那么T2=1ms.所以：

1ms≤ T≤6ms

　　最终可通过现场调试来选择了1的大小。

　　② 比例因子Kp及积分时间常数Ti工程上常用临界比例度法，对常数Kp和Ti进行整定。即在闭环条件下，先暂时去掉积分作用，逐渐增大比例增益，直到闭环系统达到临界稳定状态，发生持续振荡为止。记下此时的临界增益Ku和振荡周期Tu ,通过查表得到Kp=和Ti的近似值，然后由整机调试进行修正。

　　本系统稳压闭环实验测定结果为：Ku =6,Tu=12.0ms.

　　查表可得：Kp=0.45 x Ku=2.7、Ti=Tu÷1.2=10ms.

　　通过整机调试，可得出递推公式中参数A 、B的值为：A=3、B=2.

　　（4）算法

　　为简化程序设计，在进行8098软件编程时，采用无符号数算法。

　　3）稳流方式（I）

　　稳流方式又称强充方式，系统作电流源闭环运行，原理同上，不同的是积分时间常数要小一些，调节速度较快。

　　实验数据如下：Tu=6.0ms,Ti=5ms、A=4,B=2.

　　4）稳压稳流自动转换（V/I）

　　当电池亏电时，系统以强充方式工作，电池电压逐渐升高。当超过设定值时，改为浮充方式。

　　即系统能根据负载情况自动选择充电模式。图4示出典型的二阶段充电曲线。

 

图4

        5）工作方式记忆（M1.M2）

　　系统可存储两组常用数据，即工作方式、电压电流给定值、稳压稳流转换值、过压过流值。

　　掉电时还能保护当前的工作记录。

　　6）软起、软停方式（SS）

　　按下该键，系统工作在软停方式。触发板将控制脉冲相位拉至最大，然后封锁脉冲输出。该键弹起，为软起方式。控制输出由最小慢慢升至给定值。

　　7）电池检测方式（TEST）

　　系统能循环检测电池电压，由数码管进行显示，也可通过串行口打印输出，并有报警提示。

        2 系统工作流程图

　　系统上电后，首先对单片机的外围接口进行检查，以确保人机对话通道畅通。然后发出开机信号，对LED、给定寄存器等进行复位，随后产生频率为2Hz的方波信号，作为系统的给定输入。

　　为进入上述7种工作方式，系统共设有三种途径。

　　途径I为掉电重起方式。即系统在掉电后，能记录当前工作方式，来电后直接返回到原状态。

　　该途径为系统正常工作时的进入通道。

　　途径II、III一般作调试用。途径II是通过M 、M,进入相应的工作方式，而用户在设置给定值、转换值和保护值时要用到途径III.

　　系统进入相应工作方式后，可通过中断方式接受用户命令，更换当前工作状态（中断程序框图省略）。图5示出系统工作流程图。

 

图5 系统工作流程图

3 通用触发板简