雷達(dá)的配套設(shè)備控制電路數(shù)字化設(shè)計(jì)方案

　　圖4 控制電路組成框圖

　　由于發(fā)電機(jī)組為50 Hz交流輸出，為增加控制處理次數(shù)，必須采用全波整流方式。同時(shí)，為兼顧噪聲濾除和信號(hào)滯后，應(yīng)采用較小的整流濾波電容。

　　3 程序設(shè)計(jì)

　　控制保護(hù)程序由A/D變換控制程序模塊、E2PROM讀/寫控制程序模塊、輸出保護(hù)程序模塊和PWM輸出控制程序模塊等組成。采用計(jì)算機(jī)程序控制后仍然是一個(gè)基于PWM控制模式的擾動(dòng)補(bǔ)償一階復(fù)合閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。

　　(1)A/D變換控制程序模塊。

　　本設(shè)計(jì)采用了串行輸出A/D變換器。由MCU內(nèi)部定時(shí)器提供定時(shí)中斷，調(diào)用A/D變換控制程序模塊完成Vs、Vo和Io的數(shù)字量化。

　　(2)E2PROM讀/寫控制程序模塊和輸出保護(hù)程序模塊。

　　E2PROM讀/寫控制程序模塊讀出預(yù)置的數(shù)據(jù)，與A/D量化數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，比較結(jié)果滿足保護(hù)條件時(shí)調(diào)用輸出保護(hù)程序模塊以完成輸出保護(hù)控制。

　　(3)PWM輸出控制程序模塊。

　　PWM輸出控制程序模塊完成PWM時(shí)間調(diào)整控制，控制關(guān)系為：T=K1Vs+K2Io+K3△V。式中，T為勵(lì)磁繞組導(dǎo)通時(shí)間;Vs為設(shè)置電壓;Io為輸出電流值;△V為輸出電壓Vo變化值;K1，K2，K3為增益控制系數(shù)。

　　Vs的A/D量化數(shù)據(jù)經(jīng)平滑濾波后與K1相乘得到基本輸出時(shí)間。

　　為提高對(duì)輸出電流Io變化的控制響應(yīng)，Io的A/D量化數(shù)據(jù)經(jīng)平滑濾波后與K2相乘后作為附加調(diào)整時(shí)間直接加入到基本時(shí)間上，若△V處理可以滿足要求時(shí)，可取消Io處理。

　　△V的處理是保證控制響應(yīng)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?！鱒是本次Vo采樣數(shù)據(jù)與前次Vo采樣數(shù)據(jù)的代數(shù)差?！鱒數(shù)據(jù)經(jīng)平滑濾波后與K3相乘后作為附加調(diào)整時(shí)間與基本時(shí)間進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算得到最終PWM控制時(shí)間。

　　系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性主要取決于增益控制系數(shù)K1，K2，K3。增益控制系數(shù)較小時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)速度較慢，加大增益控制系數(shù)時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)速度明顯提高。

　　系統(tǒng)控制精度取決于A/D變換器動(dòng)態(tài)范圍。A/D變換器動(dòng)態(tài)范圍增大，系統(tǒng)控制精度提高，同時(shí)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性也將有所改善。由于本設(shè)計(jì)中采用8位MCU器件，A/D變換器動(dòng)態(tài)范圍增大后程序計(jì)算復(fù)雜度和程序運(yùn)行時(shí)間也隨之增加，因此需綜合考慮確定A/D變換器動(dòng)態(tài)范圍。

　　4 試驗(yàn)結(jié)果

　　按照改進(jìn)方案設(shè)計(jì)了電原理圖、印制電路板和控制程序，并進(jìn)行了發(fā)電機(jī)組控制試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果和指標(biāo)如表1所示。

　　表1 主要檢驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果列表

　　對(duì)穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率和電壓波動(dòng)率進(jìn)行測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，調(diào)整PWM最小調(diào)整值僅引起調(diào)整時(shí)間變化而不能改善電壓調(diào)整率指標(biāo)。分析確定為A/D變換器分辨力不夠。

　　對(duì)瞬態(tài)電壓調(diào)整率和電壓變化時(shí)間進(jìn)行測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，調(diào)整PWM最大調(diào)整值可明顯改善動(dòng)態(tài)控制特性，但同時(shí)引起穩(wěn)態(tài)特性變差。分析確定為除A/D變換器分辨力不夠外，系統(tǒng)控制關(guān)系中各項(xiàng)系數(shù)還應(yīng)做組合優(yōu)化。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　本文所述的汽油發(fā)電機(jī)組控制與保護(hù)電路數(shù)字化改進(jìn)設(shè)計(jì)方案取得階段性成果。新設(shè)計(jì)的控制板實(shí)現(xiàn)機(jī)組控制與保護(hù)功能，正在進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)以全面滿足技術(shù)指標(biāo)要求。優(yōu)化設(shè)計(jì)措施如下：

　　(1)增加A/D變換器動(dòng)態(tài)范圍，改善穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率和電壓波動(dòng)率指標(biāo)。

　　(2)優(yōu)化穩(wěn)壓控制程序，提高電壓變化調(diào)整響應(yīng)速度。

　　早期設(shè)計(jì)定型的中小功率發(fā)電機(jī)組的控制保護(hù)電路絕大部分采用模擬電路實(shí)現(xiàn)。