1 勵(lì)磁調(diào)節(jié)裝置的發(fā)展 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，加快了控制信息處理向數(shù)字化處理的轉(zhuǎn)變，國(guó)內(nèi)外許多公司和 企業(yè)都開(kāi)始進(jìn)行以微型計(jì)算機(jī)為核心的微機(jī)數(shù)字勵(lì)磁裝置的研究。采用了深度數(shù)字化技術(shù)，使勵(lì)磁裝置在硬件上集成化，能方便地實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代控制要求，增強(qiáng)抗干擾能力，適合工作于惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中。在工業(yè)控制中，大多采用單片機(jī)和工控機(jī)組成勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，取得很好的效果。 TMS320X240X 系列DSP 概述TMS320X240X 是屬于TMS320 系列DSP 產(chǎn)品，其適用于眾多數(shù)字電機(jī)控制(DMC)和其他的內(nèi)嵌式控制的應(yīng)用，此系列產(chǎn)品是基于C2xLP 16 位、定點(diǎn)、低功耗的DSPCPU，并集成了一系列片上外圍設(shè)備、片上ROM、FLASH 程序存貯器和片上雙向RAM(DARAM)。也就是把一個(gè)高性能的DSP 內(nèi)核和微處理的片內(nèi)外圍設(shè)備集成為一體的芯片，TMS320X240X 系列成為傳統(tǒng)的微控制單元(MCUs) 和昂貴多片設(shè)計(jì)的一種廉價(jià)的替代品。每秒3 千萬(wàn)條指令的處理速度，使TMS320X240XDSP 控制器可以提供遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)的16 位微控制器和微處理器的性能。 TMS320LF2407 的指令執(zhí)行速度是30MIPS，幾乎所有的指令都可以在一個(gè)33ns 的單周期內(nèi)執(zhí)行完畢。這使高性能的復(fù)雜控制算法的實(shí)時(shí)執(zhí)行成為可能。具有高速信號(hào)處理和數(shù)字控制功能所必需的體系結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，有強(qiáng)大的片內(nèi)I／O 端口而且他有為電機(jī)控制應(yīng)用提供單片解決的方案所必需的外圍設(shè)備。這個(gè)應(yīng)用優(yōu)化的外圍設(shè)備單元與高性能的DSP 內(nèi)核一起，使在所有類型電機(jī)的高精度、高效、全變速控制使用先進(jìn)的控制技術(shù)成為可能。 2 以下是TMS320LF2407 的性能特點(diǎn)： TMS320C2xx 核心CPU ●32 位的中央算術(shù)邏輯單元(CALU)，32 位加法器 ●16 位并行乘法器，32 位乘積，3 個(gè)定標(biāo)移位寄存器 ●8 個(gè)16 位輔助寄存器，帶有一個(gè)專用的算術(shù)單元，用來(lái)作數(shù)據(jù)存貯器的間接尋址存貯器 ●544 字x16 位的雙端數(shù)據(jù)／程序DARAM ●2k 字x16 位的單端口SARAM ●片內(nèi)32kxl6 位的flash 程序存貯器 ●256 字x16 位片上引導(dǎo)ROM ●224k 字x16 位的最大尋址存貯器空間(64K 字的程序空間，64K 字的數(shù)據(jù)空間，64K 字的I／O 空間,32K 字的全局空間) ●有軟件等待狀態(tài)發(fā)生器的外部存貯器接口模塊，具有[6 位地址總線和16 位數(shù)據(jù)總線事件管理模塊A 和B ●十六位通用定時(shí)器4 個(gè) ●比較／脈寬調(diào)制(PWM)通道10／16 ●捕獲通道／正交編碼器脈沖接口6／4電源 ●靜態(tài)CMOS 技術(shù) ●供電電壓3．3v 看門狗定時(shí)器 CAN 接口：與控制器局域網(wǎng)絡(luò)(CAN2．0 版兼容，有六個(gè)郵件箱) ADC：模數(shù)轉(zhuǎn)換器、10 位、500ns 轉(zhuǎn)換速度、16／可選通道 SPI：外設(shè)串行接口、同步串行端口 SCI：串行通信端口、異步串行接口 速度：33。，(30MIPS)指令周期，多數(shù)指令為單周期 外部中斷5 個(gè)、數(shù)字I／0 管角41 個(gè) 3 TMS320LF2407 DSP 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器的硬件組成 DSP 勵(lì)磁調(diào)節(jié)器采用雙通道結(jié)構(gòu)，由硬件完全相同而又獨(dú)立的兩個(gè)通道組成，每個(gè)通道具有兩種基本運(yùn)行方式：電壓調(diào)節(jié)AVR(Automatic－VoltageRegulator)和電流調(diào)節(jié)方式FCRFieldcurrentRegulator)。AVR 方式以發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓為調(diào)節(jié)對(duì)象，根據(jù)機(jī)端電壓變化自動(dòng)調(diào)節(jié)勵(lì)磁電流，達(dá)到恒定機(jī)端電壓運(yùn)行的目的。FCR 方式以發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電流為調(diào)節(jié)對(duì)象，實(shí)現(xiàn)恒勵(lì)磁電流運(yùn)行，適合于在調(diào)試、短路試驗(yàn)和其它機(jī)端電壓測(cè)量信號(hào)時(shí)運(yùn)行。 調(diào)節(jié)器的一個(gè)硬件通道包括以下部分：測(cè)量適配器、有功／無(wú)功變換器、模擬量處理單元、隔離輸入單元、開(kāi)關(guān)量輸入單元、開(kāi)關(guān)量輸出單元、主控單元、脈中放大單元、鍵盤和液晶顯示單元等。 測(cè)量適配器單元的主要輸入量是機(jī)端電壓PT 信號(hào)、機(jī)端電流CT 信號(hào)和勵(lì)磁電流信號(hào)；輸出量是經(jīng)過(guò)處理后的適合于微機(jī)采樣的勵(lì)磁電流信號(hào)以及降壓后的PT 信號(hào)和變成電壓信號(hào)CT 信號(hào)。 有功／無(wú)功變換器主要用于產(chǎn)生定子電流的有功分量Icosφ 和無(wú)功分量Isinφ。 模擬量輸入單元主要用于機(jī)端電壓的整流與濾波、同步信號(hào)的預(yù)處理、測(cè)頻信號(hào)的產(chǎn)生以及Ic0sφ 和Isin 的適配，其輸出送入主控單元。 隔離輸入單元主要是將機(jī)組開(kāi)關(guān)狀態(tài)和外部命令通過(guò)光耦合器件隔離變換為24v 內(nèi)部信號(hào)。 開(kāi)關(guān)量輸入單元將隔離輸入單元的24v 信號(hào)變換成適合微機(jī)輸入的5v 信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)與主控單元的接口。 開(kāi)關(guān)量輸出單元通過(guò)自身的接口將主控單元的控制命令和狀態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)換為輸出的開(kāi)關(guān) 量，經(jīng)光電隔離后輸出。 隔離輸出單元將開(kāi)關(guān)量輸出單元的信號(hào)進(jìn)行繼電器隔離，操作外部強(qiáng)電回路。主控單元(CPU)是調(diào)節(jié)器的核心，他完成信號(hào)綜合、給定值產(chǎn)生、PID 運(yùn)算、移相觸發(fā)、通道跟蹤、串行通信、限制保護(hù)以及參數(shù)的顯示、修改和存貯等核心工作。 脈沖放大單元將主控單元產(chǎn)生的雙窄觸發(fā)脈沖放大以后，輸出值勵(lì)磁整流柜，觸發(fā)脈沖在整流柜經(jīng)脈沖末級(jí)放大后觸發(fā)整流橋晶閘管。 鍵盤和液晶顯示單元是顯示和修改數(shù)據(jù)的人機(jī)接口。 4 勵(lì)磁裝置的軟件設(shè)計(jì) 軟件的開(kāi)發(fā)工具采用基于EEP 并口的DSP開(kāi)發(fā)系統(tǒng)TDS-EEP-XDS510, 在CC／CCS(codecomposerstudio)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境下進(jìn)行。在編程過(guò)程中采用C 語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的混合編程勵(lì)磁調(diào)節(jié)器PID 控制器的軟件程序流程圖設(shè)置如下：在PID 調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)中參數(shù)的選擇是非常重要的，參數(shù)叫好壞關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和靜態(tài)特性。模擬PID 調(diào)節(jié)器的整定是按照工藝對(duì)控制性能的要求，決定調(diào)節(jié)器的參數(shù)Kp、Ki、Kd、、Ti。數(shù)字PID 參數(shù)的整定，除了需要確定上述參數(shù)外，還要確定系統(tǒng)的采樣周期T。 采用c 語(yǔ)言編程如下： #include“math.h” voidpid(void) ntkp,ki,kd,Uref,u； floatEk,Ekl,Ek2,Ukl；／*kl 表示k-l*／ floattempui，tempup，tempud，tempu，pidOul. EK=u-Uref; tempui=ki*Ek； tempup：kp*(Ek-Ekl)； tempud：kd*(Ek-2*Ekl+Ek2)； tempu=tempui+tempup+tempud； pidout=tempu+Ukl； pidout=Ukl； Ek2：Ekl； Ekl=Ek； if(pidout>O) {...} 1 5結(jié)束語(yǔ) 針對(duì)低端產(chǎn)品設(shè)計(jì)的樣機(jī)容量規(guī)格：直流輸出容量：400ADC、250VDC 主要功能：PID 自動(dòng)控制(機(jī)端電壓閉環(huán)控制)軟起勵(lì)、PT 斷線監(jiān)視、轉(zhuǎn)子過(guò)流限制欠勵(lì)限制、無(wú)強(qiáng)勵(lì)判斷、無(wú)強(qiáng)減判斷、V／Hz 限制PI 手動(dòng)控制(轉(zhuǎn)子電流閉環(huán)控制)恒功率因數(shù)的控制。