基于dSPACE的双绕组感应发电机实时控制系统研究

1 引言

　　新型双绕组感应发电机定子嵌有两套极数相同的绕组，一套为功率绕组，输出端接励磁电容、整流器负载：另一套为控制绕组，接励磁变换器，可为发电 系统连续调节励磁，保持功率绕组输出电压不变。双绕组感应发电机系统的数学仿真包括发电机、功率半导体、控制器、测量装置等多个数学模型。连续系统的数学仿真保证积分误差处于规定范围内，常采用动态调节仿真步长的方法提高仿真速度。在该发电系统的实时控制中，控制程序通常运行在DSP等嵌入式器件上，在固定的时钟周期内完成控制程序,并对执行元件-功率半导体发出控制信号,这样就存在诸如中断延时、执行时间、硬件接口、测量误差等瓶颈问题。解决上述问题的 方法是将双绕组感应发电机、功率半导体、传感器等接入仿真回路，仿真系统按照实际时间工作，即可满足实时性要求。这种半实物仿真形式也称为快速控制原型。

　　本文提出一种基于PAC单板系统DS1104试验平台的离散事件励磁变换器系统与连续时间双绕组发电机系统解耦的实时仿真方法，建立相应的试验模型,并对一台双绕组感应发电机系统进行试验研究。

2 励磁系统的控制策略

　　当双绕组感应发电机转速或负载发生变化时，应保持输出电压恒定，需要调节电机的励磁无功，同时调节控制绕组侧励磁变换器直流侧电容的有功功率。本文采用控制绕组定子磁场定向控制策略，双绕组发电系统励磁控制原理图如图1所示。

　 　整个系统控制分为两个闭环，其中将功率绕组整流桥输出端检测的输出电压Upd与所给参考电压Updref相比较得到误差信号，经PI调节器控制后得到参 考无功电流分量给定值i*sd，来补偿控制电机所需励磁无功;根据控制绕组励磁变换器直流侧电容的电压检测值Ucd与所给参考电压给定值Ucdref相比 较所得的误差信号，经PI调节器控制后乘以系数-1可得到参考有功电流分量给定值i*sq，来补偿控制电容Cc所需有功功率，其中系数-1表示有功是从电 机流向励磁变换器。

3 实时系统硬件设计

　  PAC实时仿真系统是基于Matlab／Simulink的控制系统开发及测试平台，与Matlab／Simulink完全无缝连接。本文采用的单板系统 DS1104是由主处理器、辅助DSP、中断控制器、储存器、计时器以及主机接口等部分组成。DS1104控制器板使用Pow-erPC处理器进行浮点运 算,其主频为250 MHz,运算能力强。DS1104控制器板还集成了TMS320F240DSP为核心的I／O子系统，满足特殊的I／O要求。

　　PAC软件系统由算法开发模块、实时运行模块以及实时测试监控模块3部分组成。基于PAC的双绕组发电机控制系统开发包括：