專利名稱：基于32位浮點(diǎn)型處理器的數(shù)字式勵(lì)磁控制系統(tǒng)及工作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制器數(shù)據(jù)采集技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于 32位浮點(diǎn)型處理器的數(shù)字式勵(lì)磁控制系統(tǒng)及工作方法。
背景技術(shù)：
勵(lì)磁系統(tǒng)是發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的重要組成部分，其最主要的作用是保持發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行和電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。到今天早已進(jìn)入了微機(jī)勵(lì)磁時(shí)代，目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上推出的調(diào)節(jié)器一般都以16位、32位單片機(jī)為主處理器，一般在硬件結(jié)構(gòu)上使用雙通道或者是多通道結(jié)構(gòu)， 通過調(diào)節(jié)器柜和功率滅磁柜和勵(lì)磁變壓器構(gòu)成勵(lì)磁控制系統(tǒng)。為了滿足電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的需要，除了需要在勵(lì)磁控制系統(tǒng)中增加更多的保護(hù)和限制功能外，還需要將更多先進(jìn)的勵(lì)磁控制理論及算法應(yīng)用到勵(lì)磁控制裝置中。這一發(fā)展趨勢(shì)對(duì)勵(lì)磁控制系統(tǒng)的主控單元、 人機(jī)界面、功率單元，以及各單元之間的數(shù)據(jù)傳遞都提出了很高的要求。而目前無論是以16 位單片機(jī)為核心的數(shù)字勵(lì)磁控制系統(tǒng)，還是以32位(定點(diǎn)型)處理器為核心的勵(lì)磁控制器，其在數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理的能力上都存在或多或少的缺點(diǎn)和不足，為了提高勵(lì)磁控制系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)和運(yùn)行參數(shù)精度，研究以新型的32位浮點(diǎn)型DSP芯片為核心的數(shù)字勵(lì)磁控制系統(tǒng)就成為了同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁系統(tǒng)的發(fā)展需要。中央處理器DSPf^8335為TI公司最新推出的DSP芯片，是目前國(guó)際市場(chǎng)上最先進(jìn)、功能最強(qiáng)大的32位浮點(diǎn)DSP芯片。它及具有數(shù)字信號(hào)處理能力，又具有強(qiáng)大的事件管理能力和嵌入式控制功能，特別適用于有大批量數(shù)據(jù)處理的測(cè)控場(chǎng)合，如工業(yè)自動(dòng)化控制、 電力電子技術(shù)應(yīng)用、智能化儀表以及電機(jī)、馬達(dá)伺服控制系統(tǒng)等。中國(guó)專利CN200510122302. 7公開了一種基于DSP的數(shù)字式勵(lì)磁控制器的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)；它是以f2812為核心的勵(lì)磁系統(tǒng)，不足部分是在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，雖然所選采樣芯片精度較高，處理器也是32位的，可由于處理器本身是定點(diǎn)型處理器，故在實(shí)際的運(yùn)算過程中，會(huì)增大計(jì)算誤差，進(jìn)而增大系統(tǒng)誤差從而會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的控制精度與響應(yīng); 另外，在功率整流回路，可控硅所需的觸發(fā)脈沖并沒有明確的說明是如何產(chǎn)生，在勵(lì)磁系統(tǒng)中，由于電磁干擾等原因，很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是脈沖如何產(chǎn)生并發(fā)送到整流橋上，如果傳輸距離遠(yuǎn)，則脈沖信號(hào)很容易被干擾。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于32位浮點(diǎn)型處理器的數(shù)字式勵(lì)磁控制系統(tǒng)及工作方法，可以克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。本發(fā)明在主控單元模塊上選用高性能的32位浮點(diǎn)型處理器作為主CPU芯片，通過合理的硬件電路設(shè)計(jì)與高精度的交流采樣芯片連接組成勵(lì)磁控制器的數(shù)據(jù)采樣、計(jì)算和處理系統(tǒng)；選用性能優(yōu)異的可觸摸平板電腦通過雙高速CAN網(wǎng)絡(luò)與主控單元連接，構(gòu)成系統(tǒng)的智能顯示系統(tǒng)。本發(fā)明在信號(hào)采樣方面，通過選用合適的A/ D采樣芯片，將先進(jìn)的交流采樣算法和DSP自身的優(yōu)異性能完美的結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了勵(lì)磁
6控制器的深度數(shù)字化，在數(shù)據(jù)處理上真正實(shí)現(xiàn)了標(biāo)么化，在數(shù)據(jù)傳遞方面，通過雙高速CAN 網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高速，穩(wěn)定傳遞，進(jìn)而提高了勵(lì)磁控制系統(tǒng)的整體性能指標(biāo)。本發(fā)明提供的一種基于32位浮點(diǎn)型處理器的數(shù)字式勵(lì)磁控制系統(tǒng)主要包括模擬量采樣單元用于對(duì)發(fā)電機(jī)定子電壓、定子電流、勵(lì)磁電流等信號(hào)的采集；開關(guān)量輸入與輸出單元用于完成對(duì)系統(tǒng)開關(guān)量信號(hào)的采集與輸出；CPU主控單元用于完成對(duì)所有數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和邏輯運(yùn)算，計(jì)算得出當(dāng)時(shí)工況下所需的可控硅觸發(fā)角度，完成對(duì)主要故障信號(hào)的報(bào)警與處理等；顯示單元用于完成主要數(shù)據(jù)和各種運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)、報(bào)警信號(hào)顯示。本發(fā)明的主要特征包括DSP處理器模塊、開關(guān)量輸入模塊、第一電平轉(zhuǎn)換模塊、第二電平轉(zhuǎn)換模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量適配模塊、頻率測(cè)量模塊、交流采樣模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、勵(lì)磁電流適配模塊、第一數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、第二數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和智能顯示單元模塊。所說的開關(guān)量輸入模塊的輸出端連接第一電平轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，第一電平轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接DSP處理器模塊的I/O輸入端；所說的第二電平轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與DSP處理器模塊的I/O輸出端連接，第二電平轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接開關(guān)量輸出模塊的輸入端；所說的模擬量適配模塊輸出端連接交流采樣模塊的輸入端，對(duì)于交流采樣模塊， 其數(shù)據(jù)輸出端連接至DSP處理器模塊的數(shù)據(jù)總線輸入端(數(shù)據(jù)總線)，DSP處理器模塊的控制交流采樣的邏輯輸出端連接交流采樣模塊的控制總線輸入端；同時(shí)，在模擬量適配模塊的輸出端，其中一路定子電壓信號(hào)輸出連接至頻率測(cè)量模塊的輸入端；頻率測(cè)量模塊的輸出端連接DSP處理器模塊的捕捉輸入端；DSP處理器模塊的SPI輸出端與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的輸入端連接；勵(lì)磁電流適配模塊的輸入端與智能功率柜單元的勵(lì)磁電流輸出端連接，勵(lì)磁電流適配模塊的輸出端與DSP處理器模塊的內(nèi)部A/D(直流采樣)的輸入端連接；DSP處理器模塊的CANl通訊輸出端與第一數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的輸入端雙向連接，第一數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的輸出端分別與智能顯示單元和智能功率單元的輸入端雙向連接；DSP處理器模塊的CAN2通訊輸出端與第二數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的輸入端雙向連接，第二數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的輸出端分別與智能顯示單元和智能功率單元的輸入端雙向連接。對(duì)于開關(guān)量輸入模塊現(xiàn)有的技術(shù)中，該部分電路一般僅由常規(guī)的光隔離電路組成，本發(fā)明所說的開關(guān)量輸入模塊由低通濾波電路、光隔離電路、二極管顯示電路和邏輯轉(zhuǎn)換電路組成，其第一級(jí)電路對(duì)24V開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行低通濾波后，通過第二級(jí)光隔離電路將信號(hào)由24V轉(zhuǎn)換為5V并通過發(fā)光二極管顯示，再通過第三級(jí)的邏輯轉(zhuǎn)換電路取反后送至第一電平轉(zhuǎn)換模塊的輸入端；上述所說的第一電平轉(zhuǎn)換模塊以電平轉(zhuǎn)換芯片為主，配合對(duì)應(yīng)的接口電路構(gòu)成， 將采集到的5V開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為3. 3V后輸入至DSP處理器模塊的I/O輸入端；上述所說的第二電平轉(zhuǎn)換模塊以電平轉(zhuǎn)換芯片為主，配合對(duì)應(yīng)的接口電路構(gòu)成， 將從DSP處理器模塊I/O輸出端接收到的3. 3V開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為5V后輸入至開關(guān)量輸出模塊的輸入端；上述所說開關(guān)量輸出模塊由兩級(jí)邏輯轉(zhuǎn)換電路、光隔離電路和二極管顯示電路組成，將接收到的5V開關(guān)量信號(hào)經(jīng)過兩次邏輯轉(zhuǎn)換，通過光隔離電路轉(zhuǎn)換為24V信號(hào)，并且通過發(fā)光二極管顯示出來，最后輸送出去；上述所說模擬量適配模塊由模擬量預(yù)處理電路組成，模擬量輸入信號(hào)包括同步發(fā)電機(jī)定子電壓和定子電流兩種基本信號(hào)，由常規(guī)的運(yùn)放電路組成，通過適配電路將三相定子電壓信號(hào)，三相定子電流信號(hào)(定子電流信號(hào)需經(jīng)過電阻分壓后轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào))調(diào)整至滿足交流采樣模塊輸入端所需的電壓范圍，送至交流采樣模塊的輸入端，同時(shí)將完成適配的定子電壓三相中的一相，輸送至頻率測(cè)量模塊的輸入端；上述所說的頻率測(cè)量模塊由濾波電路、輸入限幅電路、電壓比較輸出電路、輸出限幅保護(hù)電路組成，通過這些電路將單相的定子電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)換為5V的方波信號(hào)輸出至DSP 處理器模塊的捕捉引腳輸入端；上述所說的交流采樣模塊與DSP處理器模塊的接口電路是由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(交流采樣芯片)和數(shù)字信號(hào)處理器及相關(guān)的接口器件所組成，DSP通過控制總線的邏輯控制信號(hào)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器完成控制，經(jīng)過模擬量模塊處理后的模擬信號(hào)輸入交流采樣芯片后，直接轉(zhuǎn)換為可滿足DSP輸入端電壓要求的數(shù)字信號(hào)通過數(shù)據(jù)總線輸入DSP芯片的數(shù)據(jù)輸入端，然后按照軟件所設(shè)計(jì)的交流采樣算法進(jìn)行處理，得到相關(guān)的控制參數(shù)；上述所說的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊由外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器組成，DSP通過SPI與外擴(kuò)鐵電存儲(chǔ)器連接，可在系統(tǒng)運(yùn)行過程中可實(shí)現(xiàn)高速簡(jiǎn)捷的通訊，可隨時(shí)保存工作過程中采集的開關(guān)量信息和時(shí)間標(biāo)簽，完成數(shù)據(jù)的讀、寫工作，并且支持掉電保存。上述所說的勵(lì)磁電流適配模塊主要由勵(lì)磁電流適配電路組成，它將從智能功率柜單元采集到的勵(lì)磁電流信號(hào)通過電阻分壓變?yōu)殡妷盒盘?hào)后，再通過合理的運(yùn)放適配電路， 將勵(lì)磁電流信號(hào)處理為滿足DSP處理器模塊內(nèi)部A/D輸入所要求的電壓信號(hào)，輸送給DSP 處理器單元，完成勵(lì)磁控制器對(duì)系統(tǒng)勵(lì)磁電流信號(hào)的采樣。上述所說的數(shù)據(jù)收發(fā)模塊(包括第一數(shù)據(jù)收發(fā)模塊與第二數(shù)據(jù)收發(fā)模塊)主要由 CAN通訊電路組成，該部分電路主要包括光隔離電路、CAN收發(fā)電路以及相關(guān)的適配電路， 實(shí)現(xiàn)CAN通訊信號(hào)的光隔離，數(shù)據(jù)接收和發(fā)送工作。第一數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和第二數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的輸入端分別與DSP處理器模塊的CANl通訊口和CAN2通訊口相連接構(gòu)成雙CAN網(wǎng)冗余網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的輸出端與智能顯示模塊和智能功率柜單元的通訊輸入口相連接，構(gòu)成本發(fā)明所說的冗余高速雙CAN網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)。其中通訊網(wǎng)路的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有網(wǎng)絡(luò)自檢功能，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)和備用網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)切換，進(jìn)而保證了勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定性。本發(fā)明提供的一種基于32位浮點(diǎn)型處理器的數(shù)字式勵(lì)磁控制系統(tǒng)的工作方法包括如下步驟1)通過模擬量適配模塊、交流采樣模塊，可實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)三相定子電壓、三相定子電流、發(fā)電機(jī)出口頻率信號(hào)的采樣工作，通過勵(lì)磁電流適配模塊可完成對(duì)系統(tǒng)勵(lì)磁電流的采樣，所有采樣信號(hào)進(jìn)入DSP處理器單元后，經(jīng)過軟件計(jì)算可得到發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的電壓有效值、 電流有效值、有功功率、無功功率及當(dāng)前的勵(lì)磁系統(tǒng)功率回路的各項(xiàng)數(shù)據(jù)；2)通過開關(guān)量輸入模塊和第一電平轉(zhuǎn)換模塊，勵(lì)磁控制器可完成對(duì)系統(tǒng)開關(guān)量信號(hào)的采集，進(jìn)而可以檢測(cè)到當(dāng)前發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)(停機(jī)狀態(tài)、試驗(yàn)狀態(tài)、空載運(yùn)行狀態(tài)或并網(wǎng)帶載狀態(tài))、運(yùn)行方式(恒壓運(yùn)行、恒流運(yùn)行或其它的工作方式)以及其它的開關(guān)量信肩、ο
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3)中央數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)采集到的開關(guān)量信號(hào)和計(jì)算得到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別、判斷和處理，并根據(jù)當(dāng)前發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)由PID計(jì)算和各種保護(hù)限制程序檢驗(yàn)校正后，可得出智能功率回路所需的移相脈沖的控制角度α (15° -150° )。4)最后DSP處理器單元通過現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)送給智能功率柜單元，功率單元可根據(jù)控制角度產(chǎn)生觸發(fā)脈沖進(jìn)而完成對(duì)整流橋中晶間管的觸發(fā)，輸出勵(lì)磁電流。同時(shí)，通過現(xiàn)場(chǎng)總線將各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)量發(fā)送給智能顯示單元，完成系統(tǒng)各種變量和圖形的顯示。上述步驟中所述的信號(hào)的計(jì)算用勵(lì)磁控制規(guī)律的軟件實(shí)現(xiàn)首先，由DSP的事件管理器通過對(duì)捕捉引腳上方波信號(hào)的處理，可得出發(fā)電機(jī)出口的電壓頻率，再通過軟件鎖相環(huán)和交流采樣子程序可完成系統(tǒng)模擬量的交流采樣；通過計(jì)算子程序可得到發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的電壓有效值、電流有效值、有功功率、無功功率。然后通過DSP內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器可計(jì)算得出系統(tǒng)的勵(lì)磁電流。按照勵(lì)磁系統(tǒng)主要邏輯及各種保護(hù)/限制功能子程序可由CPU直接計(jì)算出控制脈沖所需的當(dāng)前控制角α，然后通過數(shù)據(jù)發(fā)送/接受子程序?qū)⒖刂平前l(fā)送給智能功率柜單元，由其完成觸發(fā)脈沖的形成，控制整流橋，完成對(duì)勵(lì)磁電流的控制。綜上所述可知，勵(lì)磁控制器可通過對(duì)各種信號(hào)的采集與計(jì)算，可通過控制輸出α 大小，控制勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁電流的改變，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓和無功負(fù)荷的目的。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)和產(chǎn)生的積極效果本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺陷。調(diào)節(jié)器單元將主控單元將控制角α經(jīng)由CAN總線發(fā)送給功率單元，智能功率單元接收到α后，自身產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，直接供給整流橋，這樣既可以避免了電磁干擾，又可以提高脈沖精度，在保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，也提高了勵(lì)磁系統(tǒng)的精度；本發(fā)明勵(lì)磁系統(tǒng)中，在主控單元上所選用的是32位浮點(diǎn)型處理器，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上所采用的是多CPU分布式控制系統(tǒng)，在通訊上選用了雙CAN網(wǎng)熱冗余等特點(diǎn)，這樣在采樣精度、數(shù)據(jù)處理、運(yùn)算速度、數(shù)據(jù)傳遞、圖形顯示及電磁兼容等方面都要優(yōu)于行業(yè)內(nèi)的現(xiàn)有技術(shù)?？傊?，由于使用了浮點(diǎn)型處理器，在數(shù)據(jù)處理上減小了計(jì)算誤差，實(shí)現(xiàn)了更加準(zhǔn)確的標(biāo)么化，簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)運(yùn)算過程，從而降低了核心處理器的負(fù)擔(dān)，使主控系統(tǒng)運(yùn)行變得更加安全、穩(wěn)定。通過高速現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)將勵(lì)磁控制器與智能功率柜單元連接，在很大程度上解決了勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)器與功率柜連接受現(xiàn)場(chǎng)距離遠(yuǎn)近的制約，增加了勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)的實(shí)用性；同時(shí)勵(lì)磁調(diào)節(jié)主控單元，智能顯示單元，以及與智能功率柜單元之間通過高速雙CAN網(wǎng)絡(luò)連接，大大增強(qiáng)了勵(lì)磁系統(tǒng)的電磁兼容性。通訊系統(tǒng)采用雙網(wǎng)絡(luò)冗余設(shè)計(jì)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有網(wǎng)絡(luò)自檢功能，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，可自動(dòng)切換，保證了勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性，進(jìn)而使發(fā)電機(jī)系統(tǒng)能夠更加安全穩(wěn)定的運(yùn)行。


圖1為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的開關(guān)量輸入模塊電路示意圖。圖3為本發(fā)明的開關(guān)量輸出模塊電路示意圖。圖4為本發(fā)明的頻率測(cè)量模塊電路示意圖。圖5為本發(fā)明勵(lì)磁電流適配模塊電路示意圖。圖6為本發(fā)明數(shù)據(jù)收發(fā)模塊電路示意圖。圖7為本發(fā)明對(duì)勵(lì)磁電流控制的軟件流程圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合具體實(shí)施例(附圖)詳細(xì)描述本發(fā)明，但它們不是限制本發(fā)明。如圖1所示，一種基于32位浮點(diǎn)型處理器的數(shù)字式勵(lì)磁控制系統(tǒng)包括DSP處理器模塊、開關(guān)量輸入模塊、第一電平轉(zhuǎn)換模塊1、第二電平轉(zhuǎn)換模塊1、開關(guān)量輸出模塊、模擬量適配模塊、頻率測(cè)量模塊、交流采樣模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、勵(lì)磁電流適配模塊、第一數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1、第二數(shù)據(jù)收發(fā)模塊2及智能顯示單元模塊組成。所說的開關(guān)量輸入模塊的輸出端連接電平轉(zhuǎn)換模塊1的輸入端，第一電平轉(zhuǎn)換模塊1的輸出端連接DSP處理器模塊的I/ 0輸入端；所說的第二電平轉(zhuǎn)換模塊1的輸入端與DSP處理器模塊的I/O輸出端連接，第二電平轉(zhuǎn)換模塊1的輸出端連接開關(guān)量輸出模塊的輸入端；所說的模擬量適配模塊輸出端連接交流采樣模塊的輸入端，對(duì)于交流采樣模塊，其數(shù)據(jù)輸出端連接至DSP處理器模塊的數(shù)據(jù)總線輸入端，DSP處理器模塊的控制交流采樣的邏輯輸出端連接交流采樣模塊的控制總線輸入端；同時(shí)，在模擬量適配模塊的輸出端，其中一路定子電壓信號(hào)輸出連接至頻率測(cè)量模塊的輸入端；頻率測(cè)量模塊的輸出端連接DSP處理器模塊的捕捉輸入端；DSP處理器模塊的SPI輸出端與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的輸入端連接；勵(lì)磁電流適配模塊的輸入端與智能功率柜單元的勵(lì)磁電流輸出端連接，勵(lì)磁電流適配模塊的輸出端與DSP處理器模塊的內(nèi)部A/D (直流采樣)的輸入端連接；DSP處理器模塊的CANl通訊輸出端與第一數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1的輸入端雙向連接，第一數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1的輸出端分別與智能顯示單元和智能功率單元的輸入端雙向連接；DSP處理器模塊的CAN2通訊輸出端與第二數(shù)據(jù)收發(fā)模塊2的輸入端雙向連接，第二數(shù)據(jù)收發(fā)模塊2的輸出端分別與智能顯示單元和智能功率單元的輸入端雙向連接。如圖2所示，上述所說的開關(guān)量輸入模塊由低通濾波電路、光隔離電路、二極管顯示電路和邏輯轉(zhuǎn)換電路組成，其第一級(jí)電路對(duì)24V開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行低通濾波后，通過第二級(jí)光隔離電路將信號(hào)由24V轉(zhuǎn)換為5V并通過發(fā)光二極管顯示，再通過第三級(jí)的邏輯轉(zhuǎn)換電路取反后送至第一電平轉(zhuǎn)換模塊1的輸入端；上述所說的第一電平轉(zhuǎn)換模塊1以德州儀器公司生產(chǎn)的SN74LVC4245芯片為主， 結(jié)合常規(guī)的硬件接口電路構(gòu)成，將采集到的5V開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為3. 3V后輸入至DSP處理器模塊的I/O輸入端；上述所說的第二電平轉(zhuǎn)換模塊1以德州儀器公司生產(chǎn)的SN74LVC4245芯片為主， 結(jié)合常規(guī)的硬件接口電路構(gòu)成，將從DSP處理器模塊I/O輸出端接收到的3. 3V開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為5V后輸入至開關(guān)量輸出模塊的輸入端；如圖3所示，上述所說開關(guān)量輸出模塊由兩級(jí)邏輯轉(zhuǎn)換電路、光隔離電路和二極管顯示電路組成，將接收到的5V開關(guān)量信號(hào)經(jīng)過兩次邏輯轉(zhuǎn)換，通過光隔離電路轉(zhuǎn)換為 24V信號(hào)，并且通過發(fā)光二極管顯示出來，最后輸送出去；上述所說模擬量適配模塊由模擬量預(yù)處理電路組成，模擬量輸入信號(hào)包括同步發(fā)電機(jī)定子電壓和定子電流兩種基本信號(hào)，由常規(guī)的運(yùn)放電路組成，通過適配電路將三相定子電壓信號(hào)，三相定子電流信號(hào)(定子電流信號(hào)需經(jīng)過電阻分壓后轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào))調(diào)整至滿足交流采樣模塊輸入端所需的電壓范圍，送至交流采樣模塊的輸入端，同時(shí)將完成適配的定子電壓三相中的一相，輸送至頻率測(cè)量模塊的輸入端；如圖4所示，上述所說的頻率測(cè)量模塊由濾波電路、輸入限幅電路、電壓比較輸出電路、輸出限幅保護(hù)電路組成，通過這些電路將單相的定子電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)換為5V的方波信號(hào)輸出至DSP處理器模塊的捕捉引腳輸入端；上述所說的DSP處理器模塊以德州儀器(Tl)最新推出的TMS320f2833532位浮點(diǎn)型DSP芯片作為本發(fā)明的中央處理器，交流采樣模塊以MAXIM公司生產(chǎn)14位，8通道，同步采樣ADC轉(zhuǎn)換芯片MAX13M為主，通過相應(yīng)的硬件接口電路MAX13M與DSPf28335構(gòu)成系統(tǒng)的交流采樣電路。DSP通過控制總線的邏輯控制信號(hào)對(duì)MAX13M完成控制，經(jīng)過模擬量模塊處理后的模擬信號(hào)輸入交流采樣芯片后，直接轉(zhuǎn)換為可滿足DSP輸入端電壓要求的數(shù)字信號(hào)通過數(shù)據(jù)總線輸入DSP芯片的數(shù)據(jù)輸入端，然后按照軟件所設(shè)計(jì)的交流采樣算法進(jìn)行處理，得到相關(guān)的控制參數(shù)；上述所說的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊由外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器組成，外擴(kuò)存儲(chǔ)器選用Ramtron公司生產(chǎn)的FM25L256芯片，DSP通過SPI與外擴(kuò)鐵電存儲(chǔ)器連接，可在系統(tǒng)運(yùn)行過程中可實(shí)現(xiàn)高速簡(jiǎn)捷的通訊，可隨時(shí)保存工作過程中采集的開關(guān)量信息和時(shí)間標(biāo)簽，完成數(shù)據(jù)的讀、寫工作，并且支持掉電保存。如圖5所示，上述所說的勵(lì)磁電流適配模塊主要由勵(lì)磁電流適配電路組成，它將從智能功率柜單元采集到的勵(lì)磁電流信號(hào)通過電阻分壓變?yōu)殡妷盒盘?hào)后，再通過合理的運(yùn)放適配電路，將勵(lì)磁電流信號(hào)處理為滿足DSP處理器模塊內(nèi)部A/D輸入所要求的電壓信號(hào)， 輸送給DSP處理器單元，完成勵(lì)磁控制器對(duì)系統(tǒng)勵(lì)磁電流信號(hào)的采樣。如圖6所示，上述所說的數(shù)據(jù)收發(fā)模塊(包括第一數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1與第二數(shù)據(jù)收發(fā)模塊2)主要由CAN通訊電路組成，此處給出的為第一數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1的電路結(jié)構(gòu)圖，第二數(shù)據(jù)收發(fā)模塊2原理與第一數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1相同，不再重復(fù))，該部分電路主要包括光隔離電路、CAN收發(fā)電路以及相關(guān)的適配電路，實(shí)現(xiàn)CAN通訊信號(hào)的光隔離，數(shù)據(jù)接收和發(fā)送工作。其中CAN收發(fā)器選用德州儀器生產(chǎn)的SN65HVD1050DR(VP1050)芯片，第一數(shù)據(jù)收發(fā)模塊1和第二數(shù)據(jù)收發(fā)模塊2的輸入端分別與DSP處理器模塊的CANl通訊口和CAN2通訊口相連接構(gòu)成雙CAN網(wǎng)冗余網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的輸出端與智能顯示模塊和智能功率柜單元的通訊輸入口相連接，構(gòu)成本發(fā)明所說的冗余高速雙CAN網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)。其中通訊網(wǎng)路的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有網(wǎng)絡(luò)自檢功能，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)和備用網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)切換， 進(jìn)而保證了勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定性。基于32位浮點(diǎn)型處理器的數(shù)字式勵(lì)磁控制系統(tǒng)的工作方法詳細(xì)包括如下步驟1)通過模擬量適配模塊、交流采樣模塊，可實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)三相定子電壓、三相定子電流、發(fā)電機(jī)出口頻率信號(hào)的采樣工作，通過勵(lì)磁電流適配模塊可完成對(duì)系統(tǒng)勵(lì)磁電流的采樣，所有采樣信號(hào)進(jìn)入DSP處理器單元后，經(jīng)過軟件計(jì)算可得到發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的電壓有效值、 電流有效值、有功功率、無功功率及當(dāng)前的勵(lì)磁系統(tǒng)功率回路的各項(xiàng)數(shù)據(jù)；本步驟中所述的信號(hào)的采集經(jīng)過為對(duì)于發(fā)電機(jī)三相定子電壓Ug通過電壓互感器(勵(lì)磁PT，其變比為*/100V)將Ug降壓；對(duì)于發(fā)電機(jī)三相定子電流Ig，通過電流互感器 (勵(lì)磁CT，其變比為*/5A)使電流變小，然后將處理后的定子電壓、定子電流信號(hào)輸送至模擬量適配模塊，經(jīng)過適配，使定子電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為滿足交流采樣模塊和頻率測(cè)量模塊輸入的電壓信號(hào)，使定子電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為滿足交流采樣模塊輸入的電壓信號(hào)。將適配后三相定子電壓中的一相送至頻率測(cè)量模塊的輸入端，經(jīng)測(cè)頻電路后變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)送至DSP的捕捉引腳輸入端。將經(jīng)過適配后滿足交流采樣模塊的電壓信號(hào)送至交流采樣模塊的輸入端，由交流采樣模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量通過數(shù)據(jù)總線最后送至DSP數(shù)據(jù)輸入
11端。2)通過開關(guān)量輸入模塊和第一電平轉(zhuǎn)換模塊1，勵(lì)磁控制器可完成對(duì)系統(tǒng)開關(guān)量信號(hào)的采集，進(jìn)而可以檢測(cè)到當(dāng)前發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的狀態(tài)(停機(jī)狀態(tài)、試驗(yàn)狀態(tài)、空載運(yùn)行狀態(tài)或并網(wǎng)帶載狀態(tài))、運(yùn)行方式(恒壓運(yùn)行、恒流運(yùn)行或其它的工作方式)以及其它的開關(guān)量 fn息ο3)中央數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)采集到的開關(guān)量信號(hào)和計(jì)算得到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別、判斷和處理，并根據(jù)當(dāng)前發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)由PID計(jì)算和各種保護(hù)限制程序檢驗(yàn)校正后，可得出智能功率回路所需的移相脈沖的控制角度α (15° -150° )。4)最后DSP處理器單元通過現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)送給智能功率柜單元，功率單元可根據(jù)控制角度產(chǎn)生觸發(fā)脈沖進(jìn)而完成對(duì)整流橋中晶間管的觸發(fā)，輸出勵(lì)磁電流。同時(shí)，通過現(xiàn)場(chǎng)總線將各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)量發(fā)送給智能顯示單元，完成系統(tǒng)各種變量和圖形的顯示。綜上所述可知，該勵(lì)磁控制器可通過對(duì)各種信號(hào)的采集與計(jì)算，可通過控制輸出 α大小，控制勵(lì)磁系統(tǒng)勵(lì)磁電流的改變，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)電壓和無功負(fù)荷的目的。上述步驟中硬件完成步驟描述如下步驟1)中所述的信號(hào)的采集經(jīng)過為對(duì)于發(fā)電機(jī)三相定子電壓Ug通過電壓互感器(勵(lì)磁ΡΤ，其變比為*/100V)將Ug降壓；對(duì)于發(fā)電機(jī)三相定子電流Ig，通過電流互感器 (勵(lì)磁CT，其變比為*/5A)使電流變小，然后將處理后的定子電壓、定子電流信號(hào)輸送至模擬量適配模塊，經(jīng)過適配，使定子電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為滿足交流采樣模塊和頻率測(cè)量模塊輸入的電壓信號(hào)，使定子電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為滿足交流采樣模塊輸入的電壓信號(hào)。將適配后三相定子電壓中的一相送至頻率測(cè)量模塊的輸入端，經(jīng)測(cè)頻電路后變?yōu)榉讲ㄐ盘?hào)送至DSP的捕捉引腳輸入端。將經(jīng)過適配后滿足交流采樣模塊的電壓信號(hào)送至交流采樣模塊的輸入端，由交流采樣模塊的模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量通過數(shù)據(jù)總線最后送至DSP數(shù)據(jù)輸入端。上述步驟中所述的信號(hào)的計(jì)算用勵(lì)磁控制規(guī)律的軟件實(shí)現(xiàn)首先，由DSP的事件管理器通過對(duì)捕捉引腳上方波信號(hào)的處理，可得出發(fā)電機(jī)出口的電壓頻率。得到了頻率可通過軟件鎖相環(huán)和交流采樣子程序可完成系統(tǒng)模擬量的交流采樣，通過計(jì)算子程序可得到發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的電壓有效值、電流有效值、有功功率、無功功率。然后通過DSP內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器可計(jì)算得出系統(tǒng)的勵(lì)磁電流。按照勵(lì)磁系統(tǒng)主要邏輯及各種保護(hù)/限制功能子程序可由 CPU直接計(jì)算出控制脈沖所需的當(dāng)前控制角α，然后通過數(shù)據(jù)發(fā)送/接受子程序?qū)⒖刂平前l(fā)送給智能功率柜單元，由其完成觸發(fā)脈沖的形成，控制整流橋，完成對(duì)勵(lì)磁電流的控制。本發(fā)明所述所包含的軟件子程序?yàn)榻涣鞑蓸幼映绦蛲瓿赡M量的交流采樣；開關(guān)量輸入子程序完成對(duì)系統(tǒng)開關(guān)量的輸入控制；開關(guān)量輸出子程序完成對(duì)系統(tǒng)開關(guān)量的輸出控制；軟件鎖相環(huán)子程序確保每個(gè)采樣周期的信號(hào)都在同一個(gè)周期內(nèi)；模擬量計(jì)算子程序計(jì)算出發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、定子電流、有功/無功、勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓；PID計(jì)算子程序計(jì)算得出當(dāng)前的整流橋觸發(fā)角度α，及系統(tǒng)各種狀態(tài)量；數(shù)據(jù)發(fā)送/接收子程序完成與其它智能模塊之間的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收任務(wù)；
外擴(kuò)存儲(chǔ)器的讀/寫子程序完成勵(lì)磁系統(tǒng)一些主要固定變量的存儲(chǔ)；標(biāo)么子程序完成各項(xiàng)數(shù)據(jù)的標(biāo)么計(jì)算；勵(lì)磁系統(tǒng)主要邏輯及各種保護(hù)功能子程序完成對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的邏輯判斷及各種保護(hù)和限制功能；輔助發(fā)電機(jī)完成型式試驗(yàn)的試驗(yàn)子程序(僅在發(fā)電機(jī)進(jìn)行型式試驗(yàn)時(shí)使用，不再詳細(xì)說明)。如圖7所示，本發(fā)明所述對(duì)勵(lì)磁電流控制的軟件流程如下(1)系統(tǒng)上電復(fù)位；(2)系統(tǒng)程序初始化按照初始化程序，初始化系統(tǒng)各項(xiàng)狀態(tài)和各個(gè)控制寄存器；(3)關(guān)中斷禁止所有中斷；(4)初始化PIE中斷向量表程序開始重新定位系統(tǒng)的中斷向量，使其指向用戶自己定義的中斷子程序；(5)開中斷；使能所有中斷；(6)系統(tǒng)進(jìn)入主循環(huán)程序，等待中斷，如中斷響應(yīng)則進(jìn)入下一步用戶定義的系統(tǒng)子程序，如無響應(yīng)中斷，則繼續(xù)等待；(7)進(jìn)入系統(tǒng)子程序后，程序分為三個(gè)分支分別運(yùn)行，分別執(zhí)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序、開關(guān)量輸入程序和模擬量處理程序；在這一步中，對(duì)于模擬量處理程序又可分為如下步驟①執(zhí)行頻率測(cè)量程序完成對(duì)同步發(fā)電機(jī)出口端的頻率測(cè)量；②根據(jù)所測(cè)得的系統(tǒng)頻率可實(shí)現(xiàn)軟鎖相環(huán)，進(jìn)而完成交流采樣程序；③根據(jù)外擴(kuò)存儲(chǔ)器中對(duì)一些模擬量的初始設(shè)定，完成對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵模擬量的計(jì)算， 并將需要的模擬量存入外擴(kuò)存儲(chǔ)器中；(8)執(zhí)行數(shù)據(jù)標(biāo)么程序，完成主要模擬量的標(biāo)幺化；(9)對(duì)開關(guān)量輸入程序處理的開關(guān)量完成系統(tǒng)辨識(shí)，確認(rèn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行方式，完成PID計(jì)算，得到系統(tǒng)當(dāng)前需要的控制角度α ；同時(shí)確認(rèn)系統(tǒng)各種運(yùn)行狀態(tài)；執(zhí)行完上一步后，系統(tǒng)程序分兩個(gè)分支運(yùn)行(10)對(duì)于經(jīng)過PID運(yùn)算后，重新確認(rèn)系統(tǒng)狀態(tài)賦值給對(duì)應(yīng)的開關(guān)量；(11)同時(shí)，執(zhí)行保護(hù)限制程序，對(duì)計(jì)算得到的控制角α進(jìn)行檢驗(yàn)和校正；(12)執(zhí)行數(shù)據(jù)接收發(fā)送程序，將最后的控制角α和開關(guān)量通過現(xiàn)場(chǎng)總線向系統(tǒng)的其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送出去。本發(fā)明基于32位浮點(diǎn)型DSP為核心的數(shù)字式勵(lì)磁控制系統(tǒng)以TI公司最新推出的高性能DSP芯片TMS320f28335 (32位，浮點(diǎn)型處理器)為中央處理器，以MAX13M芯片作為系統(tǒng)關(guān)鍵信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換模塊，通過雙高速CAN網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)主控單元與智能顯示單元、智能功率柜單元之間的數(shù)據(jù)傳遞。主控單元DSC與智能顯示單元構(gòu)成本發(fā)明所描述的勵(lì)磁控制器系統(tǒng)，最后通過向智能功率柜發(fā)送脈沖控制角α，與智能功率柜單元一起完成對(duì)發(fā)電機(jī)的控制。
權(quán)利要求
1.一種基于32位浮點(diǎn)型處理器的數(shù)字式勵(lì)磁控制系統(tǒng)，包括模擬量采樣單元用于對(duì)發(fā)電機(jī)定子電壓、定子電流、勵(lì)磁電流等信號(hào)的采集； 開關(guān)量輸入與輸出單元用于完成對(duì)系統(tǒng)開關(guān)量信號(hào)的采集與輸出； CPU主控單元用于完成對(duì)所有數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和邏輯運(yùn)算，計(jì)算得出當(dāng)時(shí)工況下所需的可控硅觸發(fā)角度，完成對(duì)主要故障信號(hào)的報(bào)警與處理；顯示單元用于完成主要數(shù)據(jù)和各種運(yùn)行狀態(tài)信號(hào)、報(bào)警信號(hào)顯示； 其特征在于它主要包括DSP處理器模塊、開關(guān)量輸入模塊、第一電平轉(zhuǎn)換模塊、第二電平轉(zhuǎn)換模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量適配模塊、頻率測(cè)量模塊、交流采樣模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、勵(lì)磁電流適配模塊、 第一數(shù)據(jù)收發(fā)模塊、第二數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和智能顯示單元模塊；所說的開關(guān)量輸入模塊的輸出端連接第一電平轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，第一電平轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接DSP處理器模塊的I/O輸入端；所說的第二電平轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與DSP處理器模塊的I/O輸出端連接，第二電平轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接開關(guān)量輸出模塊的輸入端；所說的模擬量適配模塊輸出端連接交流采樣模塊的輸入端，對(duì)于交流采樣模塊，其數(shù)據(jù)輸出端連接至DSP處理器模塊的數(shù)據(jù)總線輸入端，DSP處理器模塊的控制交流采樣的邏輯輸出端連接交流采樣模塊的控制總線輸入端；同時(shí)，在模擬量適配模塊的輸出端，其中一路定子電壓信號(hào)輸出連接至頻率測(cè)量模塊的輸入端；頻率測(cè)量模塊的輸出端連接DSP處理器模塊的捕捉輸入端；DSP處理器模塊的SPI輸出端與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊的輸入端連接；勵(lì)磁電流適配模塊的輸入端與智能功率柜單元的勵(lì)磁電流輸出端連接，勵(lì)磁電流適配模塊的輸出端與DSP處理器模塊的內(nèi)部A/D的輸入端連接；DSP處理器模塊的CANl通訊輸出端與第一數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的輸入端雙向連接，第一數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的輸出端分別與智能顯示單元和智能功率單元的輸入端雙向連接；DSP處理器模塊的CAN2通訊輸出端與第二數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的輸入端雙向連接，第二數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的輸出端分別與智能顯示單元和智能功率單元的輸入端雙向連接。
2.按照權(quán)利要求1所說的控制系統(tǒng)，其特征在于所說的開關(guān)量輸入模塊由低通濾波電路、光隔離電路、二極管顯示電路和邏輯轉(zhuǎn)換電路組成，其第一級(jí)電路對(duì)24V開關(guān)量信號(hào)進(jìn)行低通濾波后，通過第二級(jí)光隔離電路將信號(hào)由24V轉(zhuǎn)換為5V并通過發(fā)光二極管顯示，再通過第三級(jí)的邏輯轉(zhuǎn)換電路取反后送至第一電平轉(zhuǎn)換模塊的輸入端；所說的第一電平轉(zhuǎn)換模塊由電平轉(zhuǎn)換芯片與對(duì)應(yīng)的接口電路構(gòu)成，將采集到的5V開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為3. 3V后輸入至DSP處理器模塊的I/O輸入端；所說的第二電平轉(zhuǎn)換模塊由電平轉(zhuǎn)換芯片與對(duì)應(yīng)的接口電路構(gòu)成，將從DSP處理器模塊I/O輸出端接收到的3. 3V開關(guān)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為5V后輸入至開關(guān)量輸出模塊的輸入端；所說的開關(guān)量輸出模塊由兩級(jí)邏輯轉(zhuǎn)換電路、光隔離電路和二極管顯示電路組成，將接收到的5V開關(guān)量信號(hào)經(jīng)過兩次邏輯轉(zhuǎn)換，通過光隔離電路轉(zhuǎn)換為24V信號(hào)，并且通過發(fā)光二極管顯示出來，最后輸送出去。
3.按照權(quán)利要求1所說的控制系統(tǒng)，其特征在于所說的模擬量適配模塊由模擬量預(yù)處理電路組成，模擬量輸入信號(hào)包括同步發(fā)電機(jī)定子電壓和定子電流兩種基本信號(hào)，由常規(guī)的運(yùn)放電路組成，通過適配電路將三相定子電壓信號(hào)，三相定子電流信號(hào)調(diào)整至滿足交流采樣模塊輸入端所需的電壓范圍，送至交流采樣模塊的輸入端，同時(shí)將完成適配的定子電壓三相中的一相，輸送至頻率測(cè)量模塊的輸入端；所說的三相定子電流信號(hào)需經(jīng)過電阻分壓后轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。
4.按照權(quán)利要求1所說的控制系統(tǒng)，其特征在于所說的頻率測(cè)量模塊由濾波電路、輸入限幅電路、電壓比較輸出電路、輸出限幅保護(hù)電路組成，通過這些電路將單相的定子電壓信號(hào)，轉(zhuǎn)換為5V的方波信號(hào)輸出至DSP處理器模塊的捕捉引腳輸入端。
5.按照權(quán)利要求1所說的控制系統(tǒng)，其特征在于所說的交流采樣模塊與DSP處理器模塊的接口電路是由模數(shù)轉(zhuǎn)換器(交流采樣芯片)和數(shù)字信號(hào)處理器及相關(guān)的接口器件所組成，DSP通過控制總線的邏輯控制信號(hào)對(duì)模數(shù)轉(zhuǎn)換器完成控制，經(jīng)過模擬量模塊處理后的模擬信號(hào)輸入交流采樣芯片后，直接轉(zhuǎn)換為可滿足DSP輸入端電壓要求的數(shù)字信號(hào)通過數(shù)據(jù)總線輸入DSP芯片的數(shù)據(jù)輸入端，然后按照軟件所設(shè)計(jì)的交流采樣算法進(jìn)行處理，得到相關(guān)的控制參數(shù)。
6.按照權(quán)利要求1所說的控制系統(tǒng)，其特征在于所說的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊由外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器組成，DSP通過SPI與外擴(kuò)鐵電存儲(chǔ)器連接，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中實(shí)現(xiàn)高速簡(jiǎn)捷的通訊，隨時(shí)保存工作過程中采集的開關(guān)量信息和時(shí)間標(biāo)簽，完成數(shù)據(jù)的讀、寫工作，并且支持掉電保存。
7.按照權(quán)利要求1所說的控制系統(tǒng)，其特征在于所說的勵(lì)磁電流適配模塊主要由勵(lì)磁電流適配電路組成，它將從智能功率柜單元采集到的勵(lì)磁電流信號(hào)通過電阻分壓變?yōu)殡妷盒盘?hào)后，再通過合理的運(yùn)放適配電路，將勵(lì)磁電流信號(hào)處理為滿足DSP處理器模塊內(nèi)部A/ D輸入所要求的電壓信號(hào)，輸送給DSP處理器單元，完成勵(lì)磁控制器對(duì)系統(tǒng)勵(lì)磁電流信號(hào)的采樣。
8.按照權(quán)利要求1所說的控制系統(tǒng)，其特征在于所說的數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，包括第一數(shù)據(jù)收發(fā)模塊與第二數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，由CAN通訊電路組成，主要包括光隔離電路、CAN收發(fā)電路以及相關(guān)的適配電路，實(shí)現(xiàn)CAN通訊信號(hào)的光隔離，數(shù)據(jù)接收和發(fā)送工作；第一數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和第二數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的輸入端分別與DSP處理器模塊的CANl通訊口和CAN2通訊口相連接構(gòu)成雙CAN網(wǎng)冗余網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的輸出端與智能顯示模塊和智能功率柜單元的通訊輸入口相連接，構(gòu)成冗余高速雙CAN網(wǎng)通訊網(wǎng)絡(luò)，其中通訊網(wǎng)路的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有網(wǎng)絡(luò)自檢功能，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)和備用網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)切換，進(jìn)而保證了勵(lì)磁系統(tǒng)運(yùn)行的安全和穩(wěn)定性。
9.一種權(quán)利要求1所說的基于32位浮點(diǎn)型處理器的數(shù)字式勵(lì)磁控制系統(tǒng)的工作方法， 其特征在于包括如下步驟1)通過模擬量適配模塊、交流采樣模塊，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)三相定子電壓、三相定子電流、發(fā)電機(jī)出口頻率信號(hào)的采樣工作，通過勵(lì)磁電流適配模塊可完成對(duì)系統(tǒng)勵(lì)磁電流的采樣，所有采樣信號(hào)進(jìn)入DSP處理器單元后，經(jīng)過軟件計(jì)算得到發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的電壓有效值、電流有效值、有功功率、無功功率及當(dāng)前的勵(lì)磁系統(tǒng)功率回路的各項(xiàng)數(shù)據(jù)；2)通過開關(guān)量輸入模塊和第一電平轉(zhuǎn)換模塊，勵(lì)磁控制器完成對(duì)系統(tǒng)開關(guān)量信號(hào)的采集，進(jìn)而檢測(cè)到當(dāng)前發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的停機(jī)狀態(tài)、試驗(yàn)狀態(tài)、空載運(yùn)行狀態(tài)或并網(wǎng)帶載狀態(tài)、運(yùn)行方式以及其它的開關(guān)量信息；3)中央數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)采集到的開關(guān)量信號(hào)和計(jì)算得到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別、判斷和處理，并根據(jù)當(dāng)前發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，經(jīng)由PID計(jì)算和各種保護(hù)限制程序檢驗(yàn)校正后， 得出智能功率回路所需的移相脈沖的控制角度α ；4)最后DSP處理器單元通過現(xiàn)場(chǎng)總線發(fā)送給智能功率柜單元，功率單元可根據(jù)控制角度產(chǎn)生觸發(fā)脈沖進(jìn)而完成對(duì)整流橋中晶間管的觸發(fā)，輸出勵(lì)磁電流；同時(shí)，通過現(xiàn)場(chǎng)總線將各種數(shù)據(jù)和狀態(tài)量發(fā)送給智能顯示單元，完成系統(tǒng)各種變量和圖形的顯示；上述步驟中所述的信號(hào)的計(jì)算用勵(lì)磁控制規(guī)律的軟件實(shí)現(xiàn)首先，由DSP的事件管理器通過對(duì)捕捉引腳上方波信號(hào)的處理，可得出發(fā)電機(jī)出口的電壓頻率，再通過軟件鎖相環(huán)和交流采樣子程序可完成系統(tǒng)模擬量的交流采樣；通過計(jì)算子程序可得到發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的電壓有效值、電流有效值、有功功率、無功功率；然后通過DSP內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換器可計(jì)算得出系統(tǒng)的勵(lì)磁電流；按照勵(lì)磁系統(tǒng)主要邏輯及各種保護(hù)/限制功能子程序可由CPU直接計(jì)算出控制脈沖所需的當(dāng)前控制角α，然后通過數(shù)據(jù)發(fā)送/接受子程序?qū)⒖刂平前l(fā)送給智能功率柜單元，由其完成觸發(fā)脈沖的形成，控制整流橋，完成對(duì)勵(lì)磁電流的控制。
10.按照權(quán)利要求9所說的控制系統(tǒng)的工作方法，其特征在于所說的軟件子程序?yàn)榻涣鞑蓸幼映绦蛲瓿赡M量的交流采樣；開關(guān)量輸入子程序完成對(duì)系統(tǒng)開關(guān)量的輸入控制；開關(guān)量輸出子程序完成對(duì)系統(tǒng)開關(guān)量的輸出控制；軟件鎖相環(huán)子程序確保每個(gè)采樣周期的信號(hào)都在同一個(gè)周期內(nèi)；模擬量計(jì)算子程序計(jì)算出發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓、定子電流、有功/無功、勵(lì)磁電流、勵(lì)磁電壓；PID計(jì)算子程序計(jì)算得出當(dāng)前的整流橋觸發(fā)角度α，及系統(tǒng)各種狀態(tài)量； 數(shù)據(jù)發(fā)送/接收子程序完成與其它智能模塊之間的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收任務(wù)； 外擴(kuò)存儲(chǔ)器的讀/寫子程序完成勵(lì)磁系統(tǒng)一些主要固定變量的存儲(chǔ)； 標(biāo)幺子程序完成各項(xiàng)數(shù)據(jù)的標(biāo)么計(jì)算；勵(lì)磁系統(tǒng)主要邏輯及各種保護(hù)功能子程序完成對(duì)勵(lì)磁系統(tǒng)的邏輯判斷及各種保護(hù)和限制功能；勵(lì)磁電流控制的軟件流程如下(1)系統(tǒng)上電復(fù)位；(2)系統(tǒng)程序初始化按照初始化程序，初始化系統(tǒng)各項(xiàng)狀態(tài)和各個(gè)控制寄存器；(3)關(guān)中斷禁止所有中斷；(4)初始化PIE中斷向量表程序開始重新定位系統(tǒng)的中斷向量，使其指向用戶自己定義的中斷子程序；(5)開中斷；使能所有中斷；(6)系統(tǒng)進(jìn)入主循環(huán)程序，等待中斷，如中斷響應(yīng)則進(jìn)入下一步用戶定義的系統(tǒng)子程序，如無響應(yīng)中斷，則繼續(xù)等待；(7)進(jìn)入系統(tǒng)子程序后，程序分為三個(gè)分支分別運(yùn)行，分別執(zhí)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)程序、開關(guān)量輸入程序和模擬量處理程序；在這一步中，對(duì)于模擬量處理程序又分為如下步驟①執(zhí)行頻率測(cè)量程序完成對(duì)同步發(fā)電機(jī)出口端的頻率測(cè)量；②根據(jù)所測(cè)得的系統(tǒng)頻率可實(shí)現(xiàn)軟鎖相環(huán)，進(jìn)而完成交流采樣程序；③根據(jù)外擴(kuò)存儲(chǔ)器中對(duì)一些模擬量的初始設(shè)定，完成對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵模擬量的計(jì)算，并將需要的模擬量存入外擴(kuò)存儲(chǔ)器中；(8)執(zhí)行數(shù)據(jù)標(biāo)么程序，完成主要模擬量的標(biāo)幺化；(9)對(duì)開關(guān)量輸入程序處理的開關(guān)量完成系統(tǒng)辨識(shí)，確認(rèn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)與運(yùn)行方式，完成PID計(jì)算，得到系統(tǒng)當(dāng)前需要的控制角度α ；同時(shí)確認(rèn)系統(tǒng)各種運(yùn)行狀態(tài)；執(zhí)行完上一步后，系統(tǒng)程序分兩個(gè)分支運(yùn)行(10)對(duì)于經(jīng)過PID運(yùn)算后，重新確認(rèn)系統(tǒng)狀態(tài)賦值給對(duì)應(yīng)的開關(guān)量；(11)同時(shí)，執(zhí)行保護(hù)限制程序，對(duì)計(jì)算得到的控制角α進(jìn)行檢驗(yàn)和校正；(12)執(zhí)行數(shù)據(jù)接收發(fā)送程序，將最后的控制角α和開關(guān)量通過現(xiàn)場(chǎng)總線向系統(tǒng)的其它節(jié)點(diǎn)發(fā)送出去。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于32位浮點(diǎn)型處理器的數(shù)字式勵(lì)磁控制系統(tǒng)及工作方法。它主要包括DSP處理器模塊、開關(guān)量輸入模塊、電平轉(zhuǎn)換模塊、開關(guān)量輸出模塊、模擬量適配模塊、頻率測(cè)量模塊、交流采樣模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、勵(lì)磁電流適配模塊、數(shù)據(jù)收發(fā)模塊和智能顯示單元模塊；本發(fā)明選用高性能的32位浮點(diǎn)型處理器作為主CPU芯片，選用性能優(yōu)異的可觸摸平板電腦通過雙高速CAN網(wǎng)絡(luò)與主控單元連接構(gòu)成智能顯示系統(tǒng)。將先進(jìn)的交流采樣算法和DSP自身的優(yōu)異性能結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了勵(lì)磁控制器的深度數(shù)字化，在數(shù)據(jù)處理上真正實(shí)現(xiàn)了標(biāo)幺化，在數(shù)據(jù)傳遞方面，通過雙高速CAN網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高速，穩(wěn)定傳遞，進(jìn)而提高了勵(lì)磁控制系統(tǒng)的整體性能指標(biāo)。
文檔編號(hào)H02P9/14GK102223128SQ20111017165
公開日2011年10月19日 申請(qǐng)日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者張錫明, 杜志強(qiáng), 楊彥杰, 毛建偉, 陳健 申請(qǐng)人:河北工業(yè)大學(xué)電工廠