基于电压最优算法的采油机节能方法及远程控制研究

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1、基于电压最优算法的采油机节能方法及远程控制研究　　在效率最优算法的基础上提出一种电压最优算法，从电动机损耗角度分析，得到当电动机效率最低时电压与电动机负载之间的关系，实现起来也相对比较容易。　　铜损Pcu是异步电动机定子绕组和转子绕组流过的电流所产生的电阻损耗，它与负载电流的平方成正比，即　　铁损PFe是旋转磁场在铁芯中不断变化而产生的损耗。它由涡流损耗Pe和磁滞损耗Ph所组成。涡流损耗与铁心硅钢片的厚度d的平方、频率f的平方以及磁通密度B的平方成正比。根据斯达因梅滋（Steinmetz）的研究，磁滞损耗与频率f的成正比，与磁

2、通密度B的1.6次方成正比。但是，由于采用硅钢片，允许取较高的磁通密度来设计电机。所以，磁滞损耗实际上与磁通密度的平方成正比，即　　将式（8）进行微分，并取dP/dU1=0，则电机总损耗为最小时的电源电压　　其中，K为常数。　　由式（9）可知，总损耗最小时的电源电压与√T成正比。因此，当负载率低时，电压应随负载的降低而降低。　　1MCU与DSP的通信　　LPC2132和TMS320C6701EVM之间采用串口连接。由于TMS320C6701EVM没有UART，但是它有两个McBSP和SPI兼容，所以选用了一块SPI

3、转UART芯片MAX3100来作为接口转换。如图3所示，DSP的McBSP0口和MAX3100来连接。当DSP有数据要发送给LPC2132时，通过DX0脚发送到MAX3100的DIN脚，MAX3100将信号转换成UART信号，通过TX引脚转发到LPC2132。当MAX3100接收到来自LPC2132的数据，发给DSP一个中断，然后DSP通过一定的时序来接收数据，从而达到双向通信的目的。　　2耦合和放大电路设计　　DSP要想将信息调制到电力线上去，必须首先将信号通过耦合和滤波合电路；由于信道环境恶劣且需长距离传输，信号还要通过一

4、个放大电路，以提高系统的信噪比，实现信号的高可靠性传输。　　系统的耦合、滤波和放大电路如图4所示。耦合电路由耦合线圈T1和电容C204组成。电容C204用于滤除工频信号和低频干扰。耦合电路的主要功能是实现强电侧和弱电侧的物理分离及导通高频信号而阻断电X工频，同时实现阻抗匹配。　　滤波电路由电感L2、电容C205、C206组成的并联谐振回路实现，完成对有效信号的带通滤波，良好的选频回路可以有效提高载波接收灵敏度。　　放大电路是由4个晶体管组成的两级互补功放电路实现。发送时，LPC2132控制DSP开始发送数据，数据经过DSP调制

5、后输出给功率放大电路进行功率放大，然后经过一个LC带通滤波器使信号达到电力线载波通信的谐波要求，最后通过耦合电路将调制信号加载到电力线上。　　3触摸屏设计　　本系统触摸屏选用电容触摸屏TSC2046芯片，它是典型的逐次逼近寄存器型A/D变换器。其结构以电容再分布为基础，包含了取样/保持功能，支持低电压（1.5～5.25V）的I/O接口。　　当触摸屏被按下（即有触摸事件发生）时，则TSC2046通过PENIRQ中断引脚向LPC2132发中断请求。LPC2132接到请求后，应延时一下再响应其请求，目的是为了消除抖动使得采样更准确。

6、也可以尝试3次采样取最后一次结果为准，目的也是为了消除抖动。　　系统软件设计　　本系统的软件主要包含节能算法的软件设计和低压电力线载波通信软件设计两部分。　　节能算法的主程序是一个循环程序，它在系统初始化后始终处于循环运行状态，根据检测的电压、电流信号按照相应的控制规律计算输出控制信号，使电动机始终处于节能运行状态。具体程序流程图如图5所示。具体步骤：首先，系统上电后，保证电动机全压启动，并延时3分钟确保电动机完全启动，然后将电动机从电X断开，待电动机反电势与电X电压相位差满足设计要求时将晶闸管接入供电线路进行节能运行；其次，

7、检测输电线电压和线电流，并根据电压、电流数据判断是否有故障产生，若有故障要进行相应处理；最后根据不同功率电动机选择相对应的控制规律，并根据选定的控制规律，利用检测到的电动机定子电流计算出理想控制信号，通过检测供电线路的电压和理论输出电压进行比较，计算出该电压误差，将此误差记入输出信号作为最终的触发信号，保证控制系统对电压调节的实时性。　　为了提高系统的可靠性，本系统利用DSP实现正交频分复用技术（OFDM）以减小电力线信道对通信效果的影响。OFDM系统的调制和解调过程可以分别由离散傅里叶反变换（IDFT）和离散傅里叶变换（DF

8、T）实现。发送端，通过对经过数据编码形成的复数序列进行离散傅里叶反变换可以得到OFDM调制后的输出复包络信号；接收端，对采样信号进行离散傅里叶变换实现原始数据序列的正确恢复。实际应用中，本系统采用快速计算方法，快速傅里叶反变换（IFFT）和快速傅里叶变换（FFT），实现OFD