專利名稱：雙cpu結(jié)構(gòu)智能繞線式電機進(jìn)相補償控制器及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及大功率繞線式電機進(jìn)相補償控制系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙CPU結(jié)構(gòu)智能繞線式電機進(jìn)相補償控制器及控制方法。
背景技術(shù)：
在電力傳動系統(tǒng)中，異步電動機應(yīng)用沮圍最為廣泛。從異步電動機的設(shè)計來看，當(dāng)異步電動機在額定負(fù)荷運行時功率因數(shù)最高一般為O. 85，實際工作中異步電動機經(jīng)常不是在額定功率下運行，此時其功率因數(shù)降低、損耗增大，所以在使用異步電機的電力拖動系統(tǒng)中，常采用設(shè)備補償方法提高電動機的功率因數(shù)、減少無功功率。對于大功率的繞線式異步電動機進(jìn)行功率因數(shù)補償常采用下述方法1、采用在異步電動機的定子側(cè)并聯(lián)電容器，方法2、采用變頻調(diào)速控制方法調(diào)節(jié)電動機定子的電壓和轉(zhuǎn)差率。方法I只能補償電網(wǎng)線上的無功功率和斷續(xù)投切電容器容量，無法連續(xù)補償且可靠性較低，方法2采用晶閘管作為變頻調(diào)速控制器的組成，該變頻調(diào)速控制器可實現(xiàn)連續(xù)進(jìn)行無功功率控制的目的。目前，國外在異步電動機無功功率補償方面，普遍采用的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、控制器成本較高。而我國在電動機變頻控制器的研究中常采用以單片機作為電動機變頻控制器的核心控制結(jié)構(gòu)，該電動機變頻控制器智能化程度低、穩(wěn)定性低、可靠性低，無法實現(xiàn)分布式控制。當(dāng)在電流較高的控制系統(tǒng)中，因電動機變頻控制器缺少智能化保護(hù)，使得發(fā)生故障后，出現(xiàn)燒毀元器件的現(xiàn)象。另外，由于采用單片機作為電動機變頻控制器的核心控制結(jié)構(gòu)，使得單一 CPU結(jié)構(gòu)的控制器在控制算法與硬件邏輯輸出方面難以控制協(xié)調(diào)，而且在設(shè)計高性能的控制算法方面較難實現(xiàn)，導(dǎo)致電動機變頻控制器制性能不佳，無法實現(xiàn)高精度的控制需要。因此，基于上述問題，本發(fā)明提供一種雙CPU結(jié)構(gòu)智能繞線式電機進(jìn)相補償控制器及控制方法。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的是要提供一種雙CPU結(jié)構(gòu)智能繞線式電機進(jìn)相補償控制器及控制方法，實現(xiàn)變頻調(diào)速控制器的高智能化、高穩(wěn)定性、高可靠性、分布式控制和高精度控制目的。技術(shù)方案本發(fā)明的一方面，提供一種用于雙CPU結(jié)構(gòu)智能繞線式電機進(jìn)相補償控制器，包括主控CPU、CPLD邏輯控制電路、協(xié)處理CPU、輸入/輸出接口端、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、SIM存儲卡接口、存儲器電路、第一晶振、第一復(fù)位芯片、第二復(fù)位芯片、第二晶振和外部設(shè)備；所述CPLD邏輯控制電路、輸入/輸出接口端、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、SIM存儲卡接口、存儲器電路、第一晶振和第一復(fù)位芯片均與主控CPU連接；所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接輸入/輸出接口端；所述CPLD邏輯控制電路連接輸入/輸出接口端和協(xié)處理CPU ;所述輸入/輸出接口端、第二復(fù)位芯片和第二晶振均與協(xié)處理CPU連接；所述外部設(shè)備連接輸入/輸出接口端。所述外部設(shè)備包括電源、液晶顯示板和鍵盤；所述電源對控制器系統(tǒng)供電；所述液晶顯示板顯示控制器系統(tǒng)的工作狀態(tài)；所述鍵盤輸入工作指令。所述主控CPU讀取預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行初始化；所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路接收主控CPU指令將系統(tǒng)運行的實時交流電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳輸至主控CPU ;所述主控CPU采集系統(tǒng)運行電氣量并進(jìn)行電參數(shù)和控制算法的計算，得到晶閘管觸發(fā)控制角脈沖信號并輸出；所述主控CPU和協(xié)處理CPU通過與CPLD邏輯控制電路接口的配合實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)共享和通信，液晶顯示板、鍵盤連接輸入/輸出接口端通過CPLD邏輯電路與主控CPU和協(xié)處理CPU進(jìn)行互動；所述協(xié)處理CPU通過輸入/輸出接口端接收主控CPU輸出的晶閘管觸發(fā)控制角脈沖信號計算結(jié)果并輸出符合要求的觸發(fā)脈沖信號；所述CPLD邏輯控制電路接收協(xié)處理CPU觸發(fā)脈沖信號，進(jìn)行規(guī)格化處理通過輸入/輸出接口端輸出到晶閘管。所述主控CPU負(fù)責(zé)控制算法處理、模/數(shù)電路轉(zhuǎn)換控制、指令參數(shù)的調(diào)整和設(shè)置并與CPLD邏輯電路接口配合，通過液晶顯示板和鍵盤完成人機互動；所述主控CPU設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)串行通信口和內(nèi)置通信協(xié)議。所述主控CPU利用SM存儲卡接口外接SM存儲卡，可通過SM存儲卡存放的各種系統(tǒng)配置參數(shù)和算法程序模塊進(jìn)行更新。所述新算法程序模塊可通過SlM存卡下載到主控CPU完成算法程序的更新。所述存儲器存儲預(yù)先設(shè)置的系統(tǒng)配置參數(shù)和算法程序模塊。所述第一晶振、第一復(fù)位芯片為主控CPU提供穩(wěn)定、精確的振蕩頻率和防止主控CPU發(fā)出錯誤指令、執(zhí)行錯誤操作。所述第二晶振、第二復(fù)位芯片為協(xié)處理CPU提供穩(wěn)定、精確的振蕩頻率和防止協(xié)處理CPU發(fā)出錯誤指令、執(zhí)行錯誤操作。本發(fā)明的另一方面，提供一種雙CPU結(jié)構(gòu)智能繞線式電機進(jìn)相補償控制方法，該方法包括以下步驟(I)打開電源開關(guān)，主控CPU讀取預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行初始化，主控CPU向模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路發(fā)送將系統(tǒng)運行的實時交流電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量指令。(2)模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路接將系統(tǒng)運行的實時交流電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳輸至主控CPU。(3)主控CPU采集系統(tǒng)運行電氣量并進(jìn)行電參數(shù)和控制算法的計算，得到晶閘管觸發(fā)控制角脈沖信號并輸出。(4)協(xié)處理CPU通過輸入/輸出接口端接收主控CPU輸出的晶閘管觸發(fā)控制角脈沖信號計算結(jié)果并輸出符合要求的觸發(fā)脈沖。(5) CPLD邏輯控制電路接收協(xié)處理CPU觸發(fā)脈沖信號，進(jìn)行規(guī)格化處理通過輸入/輸出接口端輸出到晶閘管。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于采用了雙片機結(jié)構(gòu)的控制器系統(tǒng)，配合CPLD邏輯控制器電路，滿足了實時計算與實時控制的快速性要求。復(fù)雜的控制算法和實時脈沖觸發(fā)控制任務(wù)分別由主控CPU和協(xié)處理CPU承擔(dān)，智能控制算法與實時硬件信號控制相分離，避免了單一 CPU結(jié)構(gòu)負(fù)擔(dān)重，軟件設(shè)計難以滿足算法計算與實時硬件信號控制的缺點，增加了液晶顯示板和鍵盤互動接口，從而實現(xiàn)了電動機變頻控制器的高智能化、高穩(wěn)定性、高可靠性、分布式控制和高精度控制目的。通過SIM存儲卡接口可實時進(jìn)行系統(tǒng)配置參數(shù)和算法程序模塊的更新，以適應(yīng)不同型號電動機和各種復(fù)雜工作環(huán)境，節(jié)約生產(chǎn)成本。


圖1為本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明實施例的主控CPU的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例的協(xié)處理CPU的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實施例的CPLD邏輯控制電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明實施例的存儲器結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明實施例的模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明實施例的輸入/輸出接口端的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，圖中序號如下1_主控CPU、2_CPLD邏輯控制電路、3-協(xié)處理CPU、4_輸入/輸出接口端、5-模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、6-SM存儲卡接口、7-存儲器、8-第一晶振、9-第一復(fù)位芯片、10-第二晶振、11-第二復(fù)位芯片、12-外部設(shè)備。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明所述提供一種雙CPU結(jié)構(gòu)的智能繞線式電機進(jìn)相補償控制器及控制方法做詳細(xì)說明如圖1所示，雙CPU結(jié)構(gòu)的智能繞線式電機進(jìn)相補償控制器，包括主控CPUUCPLD邏輯控制電路2、協(xié)處理CPU3、輸入/輸出接口端4、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路5、SIM存儲卡接口 6、存儲器電路7、第一晶振8、第一復(fù)位芯片9、第二復(fù)位芯片10、第二晶振11和外部設(shè)備12 ；CPLD邏輯控制電路2、輸入/輸出接口端4、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路5、SIM存儲卡接口 6、存儲器電路7、第一晶振8和第一復(fù)位芯片9均與主控CPUl連接；模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路5連接輸入/輸出接口端4 ；CPLD邏輯控制電路2連接輸入/輸出接口端4和協(xié)處理CPU3 ;輸入/輸出接口端4、第二復(fù)位芯片10和第二晶振均11與協(xié)處理CPU3連接；外部設(shè)備12連接輸入/輸出端4。外部設(shè)備12包括電源、液晶顯示板和鍵盤；電源對控制器系統(tǒng)供電；液晶顯示板顯示控制器系統(tǒng)的工作狀態(tài)；鍵盤輸入工作指令。進(jìn)一步的如圖2-7所示，主控CPUl讀取預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行初始化；模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路5接收主控CPUl指令將系統(tǒng)運行的實時交流電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳輸至主控CPUl ;主控CPUl采集系統(tǒng)運行電氣量并進(jìn)行電參數(shù)和控制算法的計算，得到晶閘管觸發(fā)控制角脈沖信號并輸出；主控CPUl和協(xié)處理CPU2通過與CPLD邏輯控制電路3接口的配合實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)共享和通信，液晶顯示板、鍵盤連接輸入/輸出接口端4通過CPLD邏輯電路2與主控CPUl和協(xié)處理CPU3進(jìn)行互動；協(xié)處理CPU3通過輸入/輸出接口端4接收主控CPUl輸出的晶閘管觸發(fā)控制角脈沖信號計算結(jié)果并輸出符合要求的觸發(fā)脈沖；CPLD邏輯控制電路2接收協(xié)處理CPU3觸發(fā)脈沖信號，進(jìn)行規(guī)格化處理通過輸入/輸出接口端4分配精準(zhǔn)地輸出到晶閘管，調(diào)節(jié)電動機定子電壓和轉(zhuǎn)差率，完成連續(xù)調(diào)節(jié)無功功率的要求。主控CPUl負(fù)責(zé)控制算法處理、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路控制、指令參數(shù)的調(diào)整和設(shè)置并與CPLD邏輯電路2接口配合，通過液晶顯示板和鍵盤完成人機互動；主控CPUl設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)串行通信口和內(nèi)置通信協(xié)議，可實現(xiàn)分布式遠(yuǎn)程控制，液晶顯示板實時顯示系統(tǒng)運行工作狀態(tài)，利用對液晶顯示板的監(jiān)管可及時進(jìn)行故障的排除，提高系統(tǒng)運行的安全性和減少后期導(dǎo)致大故障后所造成的維修支出。主控CPUl利用SM存儲卡接口 6外接SM存儲卡，可通過SlM存儲卡存放的各種系統(tǒng)配置參數(shù)和算法程序模塊進(jìn)行更新。新算法程序模塊可通過SM存卡下載到主控CPUl完成算法程序的更新。存儲器7存儲預(yù)先設(shè)置的系統(tǒng)配置參數(shù)和算法程序模塊。
第一晶振8、第一復(fù)位芯片9為主控CPUl提供穩(wěn)定、精確的振蕩頻率和防止主控CPUl發(fā)出錯誤指令、執(zhí)行錯誤操作。第二晶振10、第二復(fù)位芯片11為協(xié)處理CPU3提供穩(wěn)定、精確的振蕩頻率和防止協(xié)處理CPU3發(fā)出錯誤指令、執(zhí)行錯誤操作。進(jìn)一步的，該方法可通過上述的雙CPU結(jié)構(gòu)的智能繞線式電機進(jìn)相補償控制器實現(xiàn)，包括以下步驟(I)打開電源開關(guān)，給系統(tǒng)供電，主控CPUl讀取預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行初始化，主控CPUl向模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路5發(fā)送將系統(tǒng)運行的實時交流電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量指令。(2)模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路5將系統(tǒng)運行的實時交流電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳輸至主控CPUl。(3)主控CPUl采集系統(tǒng)運行電氣量并進(jìn)行電參數(shù)和控制算法的計算，得到晶閘管觸發(fā)控制角脈沖信號并輸出。(4)協(xié)處理CPU3通過輸入/輸出接口端4接收主控CPUl輸出的晶閘管觸發(fā)控制角脈沖信號計算結(jié)果并輸出符合要求的觸發(fā)脈沖。(5)CPLD邏輯控制電路2接收協(xié)處理CPU3觸發(fā)脈沖信號，進(jìn)行規(guī)格化處理通過輸入/輸出接口端4輸出到晶閘管。下表為各組成器件之間管腳連接關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種雙CPU結(jié)構(gòu)的智能繞線式電機進(jìn)相補償控制器，其特征在于包括主控CPU(l)、CPLD邏輯控制電路(2)、協(xié)處理CPU (3)、輸入/輸出接口端(4)、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路(5)、SIM存儲卡接口(6)、存儲器電路(7)、第一晶振(8)、第一復(fù)位芯片(9)、第二復(fù)位芯片(10)、第二晶振(11)和外部設(shè)備(12 );所述CPLD邏輯控制電路(2 )、輸入/輸出接口端(4 )、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路(5)、SIM存儲卡接口(6)、存儲器電路(7)、第一晶振(8)和第一復(fù)位芯片(9)均與主控CPU (I)連接；所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路(5)連接輸入/輸出接口端(4);所述CPLD邏輯控制電路(2)連接輸入/輸出接口端(4)和協(xié)處理CPU (3);所述輸入/輸出接口端(4)、第二復(fù)位芯片(10)和第二晶振均(11)與協(xié)處理CPU (3)連接；所述外部設(shè)備(12)連接輸入/輸出接口端(4)。
2.根據(jù)如權(quán)利要求1所述的雙CPU結(jié)構(gòu)的智能繞線式電機進(jìn)相補償控制器，其特征在于所述外部設(shè)備(12)包括電源、液晶顯示板和鍵盤。
3.根據(jù)如權(quán)利要求1所述的雙CPU結(jié)構(gòu)的智能繞線式電機進(jìn)相補償控制器，其特征在于所述主控CPU (I)讀取預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行初始化；所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路(5 )接收主控CPU (I)指令將系統(tǒng)運行的實時交流電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳輸至主控CPU (I);所述主控CPU (I)采集系統(tǒng)運行電氣量并進(jìn)行電參數(shù)和控制算法的計算，得到晶閘管觸發(fā)控制角脈沖信號并輸出；所述主控CPU (I)和協(xié)處理CPU (3)通過與CPLD邏輯控制電路(2)接口的配合實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)共享和通信，液晶顯示板、鍵盤連接輸入/輸出接口端通過CPLD邏輯電路(2)與主控CPU (I)和協(xié)處理CPU (3)進(jìn)行互動；所述協(xié)處理CPU (I)通過輸入/輸出接口端(4)接收主控CPU (I)輸出的晶閘管觸發(fā)控制角脈沖信號計算結(jié)果并輸出符合要求的觸發(fā)脈沖；所述CPLD邏輯控制電路(2)接收協(xié)處理CPU (3)觸發(fā)脈沖信號，進(jìn)行規(guī)格化處理通過輸入/輸出接口端(4)輸出到晶閘管。
4.根據(jù)如權(quán)利要求1所述的雙CPU結(jié)構(gòu)的智能繞線式電機進(jìn)相補償控制器，其特征在于所述主控CPU (I)負(fù)責(zé)控制算法處理、模/數(shù)電路轉(zhuǎn)換控制、指令參數(shù)的調(diào)整和設(shè)置并與CPLD邏輯電路(2)接口配合，通過液晶顯示板和鍵盤完成人機互動，其中主控CPU (I)設(shè)置有標(biāo)準(zhǔn)串行通信口，內(nèi)置通信協(xié)議。
5.根據(jù)如權(quán)利要求1所述的雙CPU結(jié)構(gòu)的智能繞線式電機進(jìn)相補償控制器，其特征在 于所述主控CPU (I)利用SM存儲卡接口(6)外接SM存儲卡，可通過SM存儲卡存放的各種系統(tǒng)配置參數(shù)和算法程序模塊進(jìn)行更新。
6.根據(jù)如權(quán)利要求1所述的雙CPU結(jié)構(gòu)的智能繞線式電機進(jìn)相補償控制器，其特征在于所述新算法程序模塊可通過SM存卡下載到主控CPU (I)完成算法程序的更新。
7.根據(jù)如權(quán)利要求1所述的雙CPU結(jié)構(gòu)的智能繞線式電機進(jìn)相補償控制器，其特征在于所述存儲器(7)存儲預(yù)先設(shè)置的系統(tǒng)配置參數(shù)和算法程序模塊。
8.根據(jù)如權(quán)利要求1所述的雙CPU結(jié)構(gòu)的智能繞線式電機進(jìn)相補償控制器，其特征在于所述第一晶振、第一復(fù)位芯片為主控CPU(I)提供穩(wěn)定、精確的振蕩頻率和防止主控CPU(I)發(fā)出錯誤指令、執(zhí)行錯誤操作。
9.根據(jù)如權(quán)利要求1所述的雙CPU結(jié)構(gòu)的智能繞線式電機進(jìn)相補償控制器，其特征在于所述第二晶振、第二復(fù)位芯片為協(xié)處理CPU (3)提供穩(wěn)定、精確的振蕩頻率和防止協(xié)處理CPU (3)發(fā)出錯誤指令、執(zhí)行錯誤操作。
10.雙CPU結(jié)構(gòu)智能繞線式電機進(jìn)相補償控制方法，其特征在于，包括以下步驟(1)打開電源開關(guān)，主控CPU(I)讀取預(yù)設(shè)參數(shù)進(jìn)行初始化，主控CPU (I)向模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路(5)發(fā)送將系統(tǒng)運行的實時交流電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量指令； (2)模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路(5)將系統(tǒng)運行的實時交流電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳輸至主控CPU(I); (3)主控CPU(I)采集系統(tǒng)運行電氣量并進(jìn)行電參數(shù)和控制算法的計算，得到晶閘管觸發(fā)控制角脈沖信號并輸出； (4)協(xié)處理CPU(3)通過輸入/輸出接口端(4)接收主控CPU (I)輸出的晶閘管觸發(fā)控制角脈沖信號計算結(jié)果并輸出符合要求的觸發(fā)脈沖； (5)CPLD邏輯控制電路(2)接收協(xié)處理CPU (3)觸發(fā)脈沖信號，進(jìn)行規(guī)格化處理通過輸入/輸出接口端(4)輸出到晶閘管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙CPU結(jié)構(gòu)智能繞線式電機進(jìn)相補償控制器及控制方法。該控制器包括主控CPU、CPLD邏輯控制電路、協(xié)處理CPU、輸入/輸出接口端、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路、SIM存儲卡接口、存儲器電路、第一晶振、第一復(fù)位芯片、第二復(fù)位芯片、第二晶振和外部設(shè)備。模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路接收主控CPU指令將系統(tǒng)運行的實時交流電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳輸至主控CPU；主控CPU采集系統(tǒng)運行電氣量并進(jìn)行電參數(shù)和控制算法的計算；協(xié)處理CPU接收主控CPU輸出的脈沖信號計算結(jié)果并輸出觸發(fā)脈沖信號；CPLD邏輯控制電路接收協(xié)處理CPU觸發(fā)脈沖信號，進(jìn)行規(guī)格化處理輸出到晶閘管。本發(fā)明實現(xiàn)變頻調(diào)速控制器的高智能化、高穩(wěn)定性、高可靠性、分布式控制和高精度控制目的，節(jié)約了生產(chǎn)成本。
文檔編號H02P25/02GK103023423SQ20121056418
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月21日
發(fā)明者陳歆技 申請人:東南大學(xué)