新型PID励磁调节器的微机实现
基于微机控制系统的发电机励磁调节系统说明书

摘要随着发电机单机容量和电网规模的增大,发电机组及电力系统对励磁控制在快速性、可靠性、多功能性等方面提出了愈来愈高的要求,相应地,励磁控制在理论和实践上也在不断更新、发展和完善。
传统的模拟式励磁调节器已不能满足需要。
近年来,基于微机控制系统的发电机励磁调节系统已逐渐取代模拟式励磁调节器而成为同步发电机励磁调节器的主流。
发电机在正常工作情况下,负载总是不断的变化着。
而不同容量的负载,以及负载的不同功率因数,对同步发电机励磁磁场的作用是不同的,对同步发电机的内部阻抗压降的作用也是不一样的。
要维持同步发电机端电压为一定水平,就必须根据负载的大小及负载的性质随时调节同步发电机的励磁。
显然。
这一调节过程只有通过电压的自动调节装置才能实现。
本系统主要完成上述功能。
本课题中自动励磁系统该采用以80C196MC单片机为核心的触发电路代替目前国内市场上流行的集成化KC系列触发电路。
该电路具有功耗小、功能强、输入阻抗高、抗干扰能力强,移相范围宽(0—177°),外接元件少等优点,而且调试简单、使用可靠。
本文主体分为四个部分。
第一部分是单片微机励磁系统结构,论述基本系统构成及各个部分的作用与相互间的协同工作。
第二部分是基于80C196MC单片机的微机励磁调节器硬件设计。
第三部分是控制算法研究,讨论PID控制在励磁装置中的应用。
关键词:励磁调节器,80C196MC单片机,数字电路,PID控制,ABSTRACTWith the single generator capacit y and power grid scale of the increase, generators and power systems group of excitation control in the fast, reliabilit y, versatility, and other aspects of the increasingly high demand, accordingl y, excitation control in theory And in practice are also constantl y updated, to develop and improve. Traditional analog excitation regulator has been unable to meet the need.In recent years, computer control s ystem based on the excitation-conditioning system has been graduall y replaced analog excitation regulator and a synchronous generator excitation regulator of the mainstream.Generators under normal working condition s, the load always changing. The different capacit y load, and load the different power factor, the synchronous generator excitation magnetic field is different from the role of the internal synchronous generator impedance voltage drop is not the role of the same. To maintain s ynchronous generator terminal voltage to a certain level, it must be based on the size of load and load regulation at any time the nature of the synchronous generator excitation. Obviousl y,This adjustment process is onl y through the automatic adjustment voltage devices can be achieved. This system is mainl y to complete these functions.The subject of the excitation s ystem automaticall y 80C196MC used to trigger circuit as the core of t he domestic market instead of the current popular on the integrated circuit triggered KC series. The power circuit with small, strong function, high input impedance, anti-interference capabilit y and phase-shifting wide range (0-177 °), the advantages of fe wer external components, and debugging simple to use and reliable.This paper is divided into four main parts.The first part is exciting single-chip computer system architecture, on a basic system and various parts of the role and inter-work together.The second part is based on the 80C196MC excitation regulator computer hardware design.The third part is to control the algorithm to discuss the PID control in the application of excitation device.Key words: excitation regulator, 80C196MC microcontroller, digital circuits, PID control目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第一章绪论 (6)1.1概述 (6)1.2励磁控制系统的任务及作用 (8)1.3研究的目的和意义 (9)1.4国内外研究动态和趋势 (10)1.5设计的内容和方法 (11)1.6对励磁调节器的要求 (12)第二章励磁调节器的硬件组成及功能 (14)2.1励磁调节器的功能和硬件总体框图 (14)2.1.1励磁调节器的基本框图 (14)2.1.2励磁调节器的功能 (15)2.2各测量电路的设计和计算 (15)2.2.1交流电压测量技术 (15)2.2.2励磁电流的测量 (19)2.2.3用霍尔电压传感器测励磁电压 (19)2.2.4发电机频率f测量技术 (22)2.2.5脉冲触发同步电路 (24)2.2.6功率驱动电路 (30)2.3 80C196MC单片机简介 (31)第三章励磁调节器控制算法分析 (37)3.1励磁控制系统的传递函数 (37)3.1.1各环节的传递函数 (37)3.1.2励磁控制系统传递函数框图 (38)3.2介绍数字PID控制的基本算法 (40)3.3对控制算法的评价 (41)3.4参数的整定方法 (42)第四章数字式励磁调节器的软件实现 (43)4.1调节器的软件结构 (43)4.2中断处理 (44)4.3对功率因数采样的数据处理 (46)4.4对功率因数采样数据处理 (50)4.5数据采样 (50)4.5.1用电量变送器测量极端电压、机端电流 (51)4.5.2励磁电压、励磁电流测量模块 (51)4.6对可控硅控制角的计算 (52)4.6.1对PID进行计算 (52)4.6.2无功调差的概念 (53)4.6.3测量有功功率P和无功功率Q (56)4.6.4发电机频率F的测量程序设计 (57)4.6.5励磁限制 (58)4.7系统程序片段 (60)总结 (65)参考文献 (67)英文翻译原文 (69)英文译文 (81)致谢 (90)第一章绪论1.1概述为了实现自动励磁调节需借助自动励磁调节器。
同步发电机励磁系统智能PID控制仿真研究

于 提 高 系 统 的稳 定 性 , 避 免 振 荡 ,但 却 降 低 了 响 应
的 速 度 。 因 此 , 如 何 选 择 合 适 的 参 数 在 工 程 实 际 中
3 模糊 P I D控制器设计
模 糊 控 制 是 一 种 基 于 规 则 的 控 制 ,设 计 简 单 .
有 一 定 难 度 。 在 传 统 的 P D 控 制 中 , 确 定 参 数 的 方 I
变 量 众 多 ,难 以 建 立 一个 全 面 而 统 一 的 数 学 模 型 , 若 仅 为 研 究 发 电机 励 磁 控 制 系 统 本 身 的调 节 行 为 ,
可 采 用 发 电 机 简 化 模 型 , 其 简 化 模 型 的 传 递 函 数 为
() s 一 KG ,、 1
调 节 器 绝 大 多 数 应 用 的 都 是 P D 控 制 算 法 。 传 统 I
间常数 。
发 电机 励磁 系统 种类 繁多 ,既有 直 流 励 磁 机励
磁 系 统 ,又 有 交 流 励 磁 机 励 磁 系 统 , 还 有 静 止 励 磁
优 ,找 到 合 适 的 P D 参 数 后 ,将 此 参 数 作 为 初 始 值 , I
然 后 利 用 模 糊 控 制 对 初 始 参 数 进 行 一 定 程 度 的 自适 应 调 整 .从 而 提 高 P D控 制 抗 干 扰 的 能 力 。 I
fzy rao ig h u z e s n n .T e MA L T AB- a e i lt n s o h t t e c n r l p r r n e o h s mo e s b t r t a h t o b s d smu a i h ws t a h o t e o ma c f t i o o f d l i e t h n t a f e c n e t n lP D o to. o v ni a I c n r 1 o Ke o d : I o t l Ge e i g r h f z yc n r l MA AB smu a in y W r s P D c n r ; n t Alo t m; u z o t ; o c i o TL i lt o
PID 控制算法在同步发电机自动励磁调节系统中的应用

《电力系统自动装置》课程论文评分表序号评分项该项得分1 论文结构与格式30分;2 语言组织20分;3 创新10分;4 使用价值20分5 平时成绩20分课程总成绩PID 控制算法在同步发电机自动励磁调节系统中的应用摘要:发电机励磁控制系统是电力系统控制的重要组成部分,它直接影响着发电机运行的可靠性经济性和系统运行的稳定性。
本文在介绍同步发电机励磁调节系统的基础上,提出了PID 控制算法,并对PID 在同步发电机自动励磁系统中的调节应用作了进一步阐述。
关键词: PID 同步发电机励磁调节系统Application Of PID Control Algorithms In Excitation System For Synchronous MachineAbstract:The developing and optimizing of the excitation control system, as one of main parts of power system, is also a popular studying topic.At first ,the paper introduces the excitation system for synchronous machine,then provides PID control Algorithms and And PID in synchronous generator excitation system in the automatic application of the regulation further elaborated.Keywords: PID algorithm; Synchronous Machine; Exciting conditioning systems引言随着电力工业的迅速发展, 电力系统,的规模越来越大。
在电力系统正常运行情况下, 发电机的励磁控制能够起到减小电压波动、平衡无功功率分配的作用; 在系统发生事故时调节发电机的励磁电流可以提高系统抗干扰能力, 维持系统的运行稳定性。
基于模糊PID的移动电站励磁调节器

( . d a c n iern o ee S iah a g0 0 0 ,C ia 27 6 7T o p f L Xixa g4 30 , ia 1Or n n eE gneigC Ug , hj z u n 50 3 hn ;. 18 ro so A, n in 5 0 0 Ch ; i P n 3 Hei o e mp y e i 50 0 C ia . b w rCo a ,H b 80 , hn ) P n 4
( .军械 工程学院 , 1 石家庄 00 0 ;2 5 0 3 .新乡 7 67部队 , 乡 4 30 18 新 5 00;3 .鹤壁供电公司 ,鹤壁 4 80 ) 5 0 0
摘
要 :针 对现 在移 动 电站励磁 调 节 器数据 数 据 处理 慢 的 问题 ,介 绍 了基 于 T 3O 47 的 Ms2 L 0 A
PD控制 算 法是工 业控 制领 域 中应 用最 广 的一 I 种算 法 , 算法 简单 , 该 适应 性强 , 具有 一定 的鲁 棒性 , 能够满 足 一 般 生 产 过 程 的要 求 。但 普 通 的 PD 调 I
同步发 电机励 磁 调 节器 。充分 利 用 D P数 据 处理 能 力 强、 片 内外 设 丰 富的 特 点 。控 制 器 采 用参 S
数 自整 定模 糊 PD的控制 策略 ,通过 MO F T功 率器件 进行励 磁 电流的 P I SE WM 调 节 。 经过 实践 验
证 ,这 种基 于模 糊 PD的微机 励 磁 控 制 器具 有 硬 件 简单 ,软 件 灵 活 ,抗 干扰 能 力 强 ,控 制 精 度 I
PID数字励磁电压调节器设计【文献综述】

毕业设计文献综述电气工程及其自动化PID数字励磁电压调节器设计一、前言励磁系统是有励磁功率单元和励磁调节器构成,其中励磁调节器是励磁系统的重要组成部分。
它可以根据发电机的运行状态,自动调节励磁功率单元输出的励磁电流大小,从而满足发电机的运行要求。
在这里,励磁调节器可以概括为两大作用:在稳态运行时,它能够保持发电机在运行中电压稳定,同时在并行运行中,能够调节无功功率的分配,提高静态稳定极限,抑制自励磁,增加充电线路允许长度;在暂态过程中,能够抑制切断负荷时电压的升高和提高暂态的稳定性【4】。
在起初的励磁系统中,利用直流发电机做为励磁功率单位,形成直流励磁机励磁方式。
之后随着大功率半导体元件的广泛采用,以半导体整流器为励磁功率单元的励磁方式得到了广泛的应用,同时出现了交流励磁方式和静态励磁方式。
尤其是静态励磁方式,其励磁电源取自发电机本身,用励磁变压器做为整流器装置,整个励磁装置没有转动部分,实现了全静态励磁系统【7】。
近年来,伴随着数字控制技术、计算机技术和现代控制理论日益成熟,微型计算机应用于励磁系统的发展趋势逐日加快,数字励磁控制系统逐步取代了以晶体管或集成电路构成的传统的模拟式励磁控制系统。
数字励磁调节器(或微机励磁调节器)不仅能实现模拟励磁调节器的全部调节控制功能,而且还具有其所不具备的多种控制功能,它与模拟控制系统的区别主要是微机处理控制过程呈数字代码形式,控制算法由微处理器通过程序实现。
近年来,各种基于微处理器的数字励磁调节器以其硬件结构简单、清晰、设备通用性好、标准化程度高、软件灵活、能够可靠实现多种功能和满足各种控制规律的要求,在电力系统中得到广泛应用。
比如模糊控制,这种控制方法做为智能控制的一个重要分支,在控制领域获得了广泛应用,它不需要精确的控制对象数学模型,可使用自然语言方法控制方法易于掌握,具备良好的鲁棒性,能够大范围的适应参数变化,与常规PID控制相比,具有优良的动态响应。
数字化励磁系统PID控制器的调较

数字式励磁系统PID控制器的调较Kiyong Kim 与Richard C. Schaefer一些现代电压调节系统采用比例积分微分(PID)控制以实现稳定控制。
我们通常采用极点配置和零点消除两种PID调校方法来调试数字励磁系统.本文对每种方法进行讨论,并给出了其在三个励磁参数变化时的表现。
所考虑的参数包括系统环路增益,不确定励磁机时间常数,和强励极限。
本文旨在帮助各类技术人员和工程师更好地理解数字控制器参数调整方法及其利弊。
介绍今天的数字式励磁系统提供了性能提升与调校的许多好处,在其前身模拟电压调节器之上。
模拟电压调节器常采用速率反馈控制,以提供电压调节稳定。
电位器,螺丝刀,电压表是用于校准操作系统的常用工具。
但今天,借助一台笔记本电脑,也非常精确地调校数字式励磁系统,而数据以波形记录在文件夹中与将来的性能做比较。
图1.带速率反馈的传统电压调节器PID控制器现今的数字调节器在前向通路上采用了PID控制器以调整系统的响应。
对主要的励磁系统,不采用微分环节。
比例作用产生一个与误差信号成正比的控制动作。
在变更进入控制回路后,比例增益影响速率增加。
积分作用产生一个基于误差几分的输出。
一个连续控制系统的积分响应总是在减少误差直至误差归零的方向上不断变化。
微分作用产生一个基于误差变化速率的输出。
对于旋转励磁机,微分增益是用于测量被测量的参数变化速度并产生一个在将误差减少至零方向上指数衰减的输出。
微分环节多与在电压阶跃变化与扰动后的电压超调相关。
图3展示了一个采用PID框的自动电压调节回路的基本框图。
除PID框之外,系统回路增益(K G)为电源转换桥的系统输入电压变化提供了一个可调节的长期补偿。
当测量变化时,电压上升时间是标记于10%到90%的电压变化水平。
上升时间越快,电压响应越快。
图2.电压上升时间2快速励磁控制器的优点是可以提高与系统相连的发电机的暂态稳定,或者以另一种方式表述,即在故障之后最大化同步转矩以使转子恢复到其稳态位置。
基于PID的发电机励磁系统控制

基于PID的发电机励磁系统控制————————————————————————————————作者:————————————————————————————————日期:目录摘要: (1)一、设计意义、任务与要求 (2)1.设计意义 (2)2.任务与要求 (2)二、设计与论证 (4)1.励磁系统的数学模型41.1同步发电机传递函数 (4)1.2电压测量单元 (4)1.3功率放大单元 (4)1.4常规PID控制器 (5)1.5同步发电机励磁控制系统框图 (5)2.Matlab电路设计与参数整定52.1电路设计 (5)2.2参数整定 (6)三、仿真与结果 (8)四、仿真结果分析 (10)五、结束语 (11)参考文献 (12)摘要:同步发电机励磁控制器是同步发电机控制系统的核心,该系统是一个典型的反馈控制系统,PID(比例-积分-微分)控制器作为最早实用化的控制器已有70多年历史,现在仍然是应用最广泛的工业控制器。
PID控制器简单易懂,使用中不需精确的系统模型等先决条件,因而成为应用最为广泛的控制器。
本设计为一个简单的PID控制的励磁控制系统。
关键词:励磁反馈 PID控制 Matlab仿真一、设计意义、任务与要求1.设计意义目前工业自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。
同时,控制理论的发展也经历了古典控制理论、现代控制理论和智能控制理论三个阶段。
智能控制的典型实例是模糊全自动洗衣机等。
自动控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。
一个控制系统包括控制器、传感器、变送器、执行机构、输入输出接口。
控制器的输出经过输出接口、执行机构,加到被控机构上;控制系统的被控量,经过传感器,变送器,通过输入接口送到控制器。
不同的控制系统,其传感器、变送器、执行机构是不一样的。
比如压力控制系统要采用压力传感器。
电加热控制系统的传感器是温度传感器。
目前,PID控制及其控制器或智能PID控制器(仪表)已经很多,产品已在工程实际中得到了广泛的应用,有各种各样的PID控制器产品,各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器(intelligent regulator),其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。
用DSP实现同步发电机微机励磁调节器

收稿日期:2003-11-10作者简介:区干生(1970—),男,广东新会人,硕士研究生,主要从事智能化仪表及DSP 应用方面的研究。
文章编号:1000-8829(2004)07-0072-03用DSP 实现同步发电机微机励磁调节器Implementation of Microcomputer Excitation Regulation Device for SynchronousElectric Generator Using DSP(华中科技大学电子与信息工程系,湖北武汉 430074) 区干生,容太平摘要:介绍了基于DSP 芯片TMS320L F2407A 的同步发电机微机励磁调节器的设计原理与实现过程。
它利用DSP 芯片可快速执行傅氏算法的优点,通过采用同步采样ADC 芯片ADS7864实行交流同步采样的方法,对同步发电机出口端的定子电压、电流进行准确测量;通过PID 和最优控制的方法,得到精确的PWM 控制信号输出;并且利用DSP 芯片上的串行通信接口SCI 和CAN 控制器接口,实现多机之间和与上位机之间的调试和监控通信。
关键词:微机励磁调节器;DSP ;同步采样;CAN 总线中图分类号:TP214文献标识码:AAbstract :The microcomputer excitation regulation device based on DSP chip TMS320L F2407A is introduced.Furthermore ,how to use the advantage of fast Fourier transform algorithm (FFT )in DSP ,how to carry out simultaneous sampling for voltage and current of generator ’s stator with ADS7864,and how to get accurate PWM output by using PID and LOEC are expounded.At the same time ,how to use interface of SCI and CAN to com plete communication between multi 2host or upper controller is expatiated.K ey w ords :microcomputer excitation regulation device ;DSP ;simul 2taneous sampling ;CAN 在同步发电机发电系统中,励磁调节系统是其中的重要组成部分,它通过对电力系统参数的监测,控制发电机组的出力,从而决定着发电机组所送出电能的质量高低。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
新型PID励磁调节器的微机实现
--节日致辞
交流电机作为工业系统及日常生活中最常见的运动执行器,对其转速进行控制具有重要意义。
基于计算机的电机调速系统应用越来越广泛。
本设计主要包括以下三个部分:1总体设计
方案分析与设计:硬件设计光电转换及信号调理电路设计、频
压转换电路设计。
电动机及变频器驱动装置、A/D及其D/A板
选择等。
2软件设计:系统管理程序、控制算法设计及信号的
采集与处理程序等。
本文主要侧重点是软件设计利用传统的
PID设计,控制效果非常理想,满足工业生产的应用。
智能控
制算法作为当今控制系统的研究热点问题,我们也进行了深入的学习,分别利用模糊自适应控制算法和单神经元自适应控制算法,所得到的效果也是非常理想的。
将模糊控制和PID控制相结合,提出了一种智能复合控制策略,并将其应用于交流励磁系统的控制。
利用模糊控制在线自适应调整PID控制器的参数,从而使系统的静态和动态性能指标较为理想。
实验结果表明,基于模糊PID控制的交流励磁系统具有响应速度快,稳态精度高和鲁棒性等特点。
最后,进行GUI图形用户界面设计,实习控制系统的可操作性和可视化。
此外本文还针对实际设计中遇到的问题进行了分析和讨论,提出了参考方案,本次速度控制系统设计经历了很多改动,可以看出控制系统在设计思想和技术上进步。
现代化生产和生活中,电动机的作用十分重要,无论是交通运输、国防、航空航天、医疗卫生、农业生产、商务与办公设备,还是日常生活中的家用电器,都大量的使用各种各样的电动机。
据有关资料介绍,现有90%以上的动力0%消耗于电动机。
因此,研究电动机的控制系统是有较大的显示意义的。
交流电动机励磁驱动系统由于其结果简单、易于维护的优点逐渐成为现代产业的基础。
其中交流交流励磁系统在机器人与操作机械手的关节驱动以及精密数控机床等方面得到越来越广泛的应用。
交流励磁系统由交流电动机组成,交流电动机的数控模型不是简单的线性模型,而且有非线性、时变、耦合等特点,用传统的基于对象模型的控制方法难以进行有效的控制。
对于交流励磁系统的性能,一方面要求快速跟踪性能好。
即要求系统对输入信号的响应快,跟踪误差小,过度时间短,且无超调量或超调量小,常规控制方法普遍是以PID控制为基础,然后单纯的PID控制存在超调量大,调节时间长,控制效率低等缺点,而且其参数的选取比较困难。
随着计算机技术的发展,人们利用人工智能的方法将操作人员的调整经验作为知识存在计算机中,根据现场的实际情况,计算机能自动调整PID参数,这样就出现了智能PID控制器。
模糊控制对数学模型的依赖性弱。
并且不需要建立过程的精确数学模型。
随着社会的发展,机械已经不是传统意义上机械。
的发展要求必须有更为精密的机械加工和制造,所以这就要求机械与各学科交叉,不断增加机械品质。
本课程设计注重通过速度控
制系统设计,初步掌握机械电子学、控制工程和计算机编程的基本知识。
树立正确的设计思想,培养分析问题与解决问题能力及其动手能力。
为了提高励磁系统的性能各环节均有调节器,但是各环节控制器的参数调整一直困扰着工程技术人员,很多
场合只能采用简化模型加经验调整的方法进行参数调节,使得
参数调整繁琐且大部分励磁系统并没有工作在最优的状态下。
目前对调节器参数整定、优化问题的研究多是基于单个环节的,对于励磁系统整体参数优化调整的研究还较少。
PID控制具有
结构简单、稳定性能好、控制精度高等优点,但它的控制性能
是建立在精确的数学模型基础上的,控制常常顾此失彼,系统的鲁棒性不尽如人意模糊控制以不依赖于被控对象的精确数学模型,具有较强的鲁棒性,对被控对象的参数变不敏感,可以有效
地克服励磁系统中的非线性、时变、耦合等因素的影响,控制,既具有模糊控制灵活适应性强的优点,又具有PID控制精度高
的特点,工具包建立电机励磁系统的数学模型,进行仿真,从整
体角度出发对励磁系统整体参数的优化和调整进行研究。
固定参数的PID控制器很难满足高精度励磁系统的控制要求,而模糊PID控制器则融合了模糊控制理论与常规PID控制器的优点,能有效提高系统的动静态性能。
本文针对交流电机速度励磁系统设计了模糊PID控制器。
通过仿真实验,验证了其良好的控制性能。