PID数字励磁电压调节器设计【文献综述】

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1、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。

2、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

3、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。6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。这种控制规律在工业上现在已被广泛采用，用来适应电力系统和发电机组不断变化的控制要求。

4、又如相复励PID控制，这种控制方法集中了电压PID控制和相复励控制的优点，即保持了在小扰动电压调节的精度和快速性，又保证了在大扰动（突加全载或短路故障等情况）下母线电压能够快速恢复，这样的控制方式具备良好的动态和静态性能，能够提高了发电机供电质量，它在实际的硬件电路中得到了各方面的验证，在工业中也具备一定的发展前景。随着科技发展需求，在实际运用中，复杂对象数学模型难以建立，被控对象有非线性和时变特性，人工神经网络也被引入了励磁控制领域，在常规PID控制基础上，运用BP网络【2】可以任意精确逼近任意函数的特点实现在线辨识对象模型，实时调整PID控制参数，能够得到较好

5、的效果，该控制方法常常被用于冶炼厂铅板生产中的铅液温度的控制，可获得满意的控制效果。目前国内外的调节器所采用的调节规律大多数是PID型，PID控制器是过程控制中应用最广泛也最基本的一种数字励磁控制器，具有结构简单、参数易调和良好的适应能力等优点，一般来说，PID数字励磁控制调节器的硬件结构图如图所示：图1励磁调节器硬件结构框图二、主题(一)、数字励磁调节器的结构数字励磁调节器一般由励磁主回路和控制回路两部分组成。这种针对无刷励磁系统或适用于小型电动机有刷励磁系统的励磁调节器，它的工作电源取自母线单相相电压6经过整流滤波后的直流电，它不需要外加电源，节省设备开支，而

6、励磁电源可以取自发电机三次谐波绕组的端电压。数字励磁调节器要实现其功能应具有相应的硬件功能模块，其中包括检测电路、控制电路、显示单元电路、三极管触发电路（IGBT驱动【1】）等。在检测电路中，我们采用交流采样法对母线线电压、励磁电流等电参量进行检测，同时在控制回路中，我们采用相应的软件功能模块作为数据处理和控制的核心，来仿真【8】被控对象（发电机—电网等环节），从而对励磁调节系统进行系统化测试，这样就可以使得励磁调节器的测试变得更加简便【5】。TMS320LF2407（简称2407）是现今广泛应用于微机励磁调节器中的DSP芯片。TMS320LF240自带A/D转换

7、功能、多路可编程脉宽调制（PWM）输出和死区控制、多路信号输入捕捉（CAP）、光电编码盘接口（QEP）和CAN总线模块等资源使得它在电机控制中具有无与伦比的优势。所以本设计采用控制芯片对励磁控制的检测环节电路中采集到的有关发电机瞬时线电压、瞬时线电流、瞬时励磁电流和频率等相关信息进行相应的计算和判断，输出相应的PWM波经三极管电路放大后再去控制IGBT的通断从而来改变励磁电流的大小，去维持发电机机端电压在给定水平处，并且使得发电机处于稳定运行【6】。下面是励磁控制系统的硬件结构图：6图2励磁调节系统的总体结构图(二)、励磁调节器的常用控制方式励磁调节器控制励磁的方

8、式中常见的