基于AT89C52的励磁调节器的设计与实现

文章摘要：微机励磁调节器由单片机和供电电源监控、D/A控制、A/D采集等组成，其硬件框图如图3所示。AT89C52的I/O端口经过隔离后对励磁电源工作电源进行监控，以及对调压模块的工作电压进行控制。系统中的D/A控制系统是励磁电源工作时调整电流的基础通道，选用了MAXIM公司的MAX536芯片。D/A控制系统需要二个通道，分别控制励磁电源电压基准和调相电压基准。励磁电源系统的数据监控需要两路A/D。其中一路A/D通过采集励磁电源主系统中的取样电阻上的工作电压，而使主控室的控制人员能够知道每一台励磁电源的工作状态是否正常。另外一路A/D对调整管电压进行监控。A/D芯片采用MAXIM公司的MAX197多量程

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微机励磁调节器由单片机和供电电源监控、D/A控制、A/D采集等组成，其硬件框图如图3所示。

AT89C52的I/O端口经过隔离后对励磁电源工作电源进行监控，以及对调压模块的工作电压进行控制。

系统中的D/A控制系统是励磁电源工作时调整电流的基础通道，选用了MAXIM公司的MAX536芯片。D/A控制系统需要二个通道，分别控制励磁电源电压基准和调相电压基准。

励磁电源系统的数据监控需要两路A/D。其中一路A/D通过采集励磁电源主系统中的取样电阻上的工作电压，而使主控室的控制人员能够知道每一台励磁电源的工作状态是否正常。另外一路A/D对调整管电压进行监控。A/D芯片采用MAXIM公司的MAX197多量程、12位数据采集系统（DAS）。A/D系统与D/A系统一起构成闭环控制系统，达到调节可控硅的导通角的目的。

　　4微机励磁调节器的软件设计

　　微机励磁调节器软件采用模块化结构设计，各种功能都由相应的子程序来完成，

　　　　　　　　　　　　图4励磁电源加载过程程序框图

软件系统是通过上下位机分工配合实现的。下位机监测现场的工作状态，进行数据的采集和初步处理。上位机采用工业PLC作远程监控。单片机在励磁电源中担负着提供基准电压、控制调整管电压、工作数据采集、监视励磁电源工作状态以及与上位工控机进行通信、回送励磁电源工作状态及工作数据等功能。

为实现精确调节同步发电机的机端电压和控制同步发电机的无功功率，励磁调节器必须连续比较机端电压实际值与给定值，并实时改变可控硅的控制角，保证励磁电压对工况的变化做出快速反应。其流程如图4所示。

调节器上电后执行初始化和自检，初始化结束后，表明励磁调节器已经准备就绪，接着程序进入起励的设置和起励条件的判别，然后进入主程序。首先是数据采集和处理部分；主要由电机出口交流电压采样子模块、电机出口交流电流采样处理子模块和励磁电压采样处理子模块三部分组成。然后进入功率因数测算模块和PID调节模块；其中，采用数字滤波的方式求得功率因数cosφ，再通过PID调节计算出可控硅的导通角。

由于励磁控制系统比较复杂，需要测量的量比较多，因此该系统电压及电流的采集，使用直流采样法和数字PID控制调节法。PID调节计算根据采集的数据结果与额定值进行比较，从而进行PID调节计算出可控硅的触发角α；PID算法采用了一种智能受模态控制规律，根据系统偏差信号的大小、方向及变化趋势做出相应的决策，以选择适当的控制模式进行控制，具有良好的适应能力和极强的鲁棒性。频率的测量是把输入的波形通过运放变成一个方波，该方波通过二极管削去负半部分，最后进入单片机的高速输入口。

在工作数据采集中，为了消除一次采集过程中可能受到的随机干扰的影响，采用了取平均值的方法。这样经过6秒的采集过程以后，在单片机的数据缓冲器中便存放了该电源此次工作时的最大和最小有效值，使工控机以后可以查寻。工作时的数据采集流程如图5所示。

　　5抗干扰设计

图5励磁电源数据采集过程程序框图

由于系统的单片机及其它数字电路系统与其他的模拟高电压、大电流的器件共同放在一个机箱中，系统的工作环境是比较恶劣和复杂的，其应用的可靠性、安全性就成为一个非常突出的问题。为保证测控系统长期、稳定、可靠的运行，现就影响测控系统可靠、安全运行的主要因素和解决方法说明如下。

　　5.1数据采集误差加大

　　干扰侵入测量单元模拟信号的输入通道叠加在有用信号之上，会使数据采集误差加大，由于系统的测量精度较高，干扰显得更加严重。

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