基于DSP同步发电机励磁控制器的研究

　　励磁系统是同步发电机的重要组成部分，其特性好坏自接影响到同步发电机系统运行的可靠性和稳定性。目前，我国中小型发电机组尤其是偏远农村中小型发电机组人多还在使用20世纪七八十年代生产的老式励磁控制系统，这些系统运行火花大，易磨损，维护工作量大，而且响应速度慢等，已经不能满足日益发展的电力系统的要求。随着大功率半导体器件的广泛应用和计算机技术的迅猛发展，用现代电力电子技术开发的新型励磁控制系统取代老式的机电型励磁控制系统已势在必行。多年来，大家认识到，作为发电机励磁系统，硬件和控制策略是两个互相联系的重要部分[1]。

　　本文通过智能控制理论的参数整定方法，在励磁控制系统非线性系统的控制中，设计出一套参数自整定模糊pid控制算法，使其能满足同步发电机的运行性能要求。发电机参数采样通过交流采样后再进行fft 运算，得到发电机的电压、电流、功率因数、有功功率、无功功率、谐波电压等参数。通过功率mosfet器件和pwm技术进行发电机励磁电压的控制，从而实现对发电机电压的控制与调节。硬件结构以ti公司的tms320f2812芯片为控制核心，通过人机接口、dsp通过串口通讯和网络通讯等多种方式进行参数设置和数据交换。利用ccs2.21，设计基于dsp的软件程序，并进行调试，最后结合同步发电机进行现场试验，并记录试验数据进行分析比较。实验结果表明，与传统pid控制比较起来该调节器具有较好的动、静态性能，调节速度快，调节曲线相当平滑，其主要性能指标均达到或优于国家标准。

　　励磁控制系统的硬件

　　励磁系统的总体硬件结构

　　发电机的励磁系统主要由主励磁系统和励磁控制器组成。本文的励磁控制器主要是针对主励磁系统为三次谐波励磁而设计的。这种主励磁系统的特点是电源取自发电机的三次谐波绕组的端电压，经整流电路整流，变成直流电加到励磁绕组中。这种励磁方式与其他具有旋转电机的励磁系统相比，省去了旋转的励磁机，因此这种励磁方式以其结构简单、造价低廉、性能可靠等特点，逐渐被广泛采用[2]，系统总体硬件结构图见图1。

　　图1 系统总体硬件结构图

　　励磁系统的的控制回路部分

　　主控芯[3]

　　本控制器的核心是ti公司近几年推出的高速、高精度工业控制dsp芯片tms320f2812。它具有运算速度快，工作时钟频率达150mhz，指令周期可以达到6.67ns以内，低功耗 (核心电压1.8v，i/o口电压3.3v)。采用哈佛总线结构，具有强大的操作能力、迅速的中断响应和处理以及统一的寄存器编程模式，可以实现 16×16位和32×32位乘累加操作和16×16位的两个乘累加操作。片内存储器包括8k×16位的flash存储器，1k×16位otp型只读存储器，两块4k×16位的单口随机存储器，一块8k×16位单口随机存储器，两块1k×16位的单口随机存储器。外部存储器接口可实现多达1m存储器的扩展。外设扩展模块(pie)可支持96个外设中断，45个可用。两个增强的事件管理器模块(eva、evb)，提供了一整套用于运动控制和电机控制运用的功能和特性。每个事件管理器模块包括通用定时器(gp)、比较单元、捕获单元以及正交编码脉冲电路。外围设备包括3个32位cpu定时器，16通道12位 adc(单个转换时间为200ns，单路转换时间为60ns)，它不仅具有串行外围接口(spi)和两个uart接口模块(sci)，还有改进的局域网络 (ecan)、多通道缓冲串口(mcbsp)和串行外围接口模式。