汽油發(fā)電機組控制電路數字化設計方案

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

3 程序設計
控制保護程序由A／D變換控制程序模塊、E2PROM讀／寫(xiě)控制程序模塊、輸出保護程序模塊和PWM輸出控制程序模塊等組成。采用計算機程序控制后仍然是一個(gè)基于PWM控制模式的擾動(dòng)補償一階復合閉環(huán)自動(dòng)控制系統。
(1)A／D變換控制程序模塊。
本設計采用了串行輸出A／D變換器。由MCU內部定時(shí)器提供定時(shí)中斷，調用A／D變換控制程序模塊完成Vs、Vo和Io的數字量化。
(2)E2PROM讀／寫(xiě)控制程序模塊和輸出保護程序模塊。
E2PROM讀／寫(xiě)控制程序模塊讀出預置的數據，與A／D量化數據進(jìn)行比較，比較結果滿(mǎn)足保護條件時(shí)調用輸出保護程序模塊以完成輸出保護控制。
(3)PWM輸出控制程序模塊。
PWM輸出控制程序模塊完成PWM時(shí)間調整控制，控制關(guān)系為：T=K1Vs+K2Io+K3△V。式中，T為勵磁繞組導通時(shí)間；Vs為設置電壓；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。
Vs的A／D量化數據經(jīng)平滑濾波后與K1相乘得到基本輸出時(shí)間。
為提高對輸出電流Io變化的控制響應，Io的A／D量化數據經(jīng)平滑濾波后與K2相乘后作為附加調整時(shí)間直接加入到基本時(shí)間上，若△V處理可以滿(mǎn)足要求時(shí)，可取消Io處理。
△V的處理是保證控制響應性能的關(guān)鍵環(huán)節?！鱒是本次Vo采樣數據與前次Vo采樣數據的代數差?！鱒數據經(jīng)平滑濾波后與K3相乘后作為附加調整時(shí)間與基本時(shí)間進(jìn)行代數運算得到最終PWM控制時(shí)間。
系統動(dòng)態(tài)特性主要取決于增益控制系數K1，K2，K3。增益控制系數較小時(shí)系統響應速度較慢，加大增益控制系數時(shí)系統響應速度明顯提高。
系統控制精度取決于A(yíng)／D變換器動(dòng)態(tài)范圍。A／D變換器動(dòng)態(tài)范圍增大，系統控制精度提高，同時(shí)系統動(dòng)態(tài)特性也將有所改善。由于本設計中采用8位MCU器件，A／D變換器動(dòng)態(tài)范圍增大后程序計算復雜度和程序運行時(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 試驗結果
按照改進(jìn)方案設計了電原理圖、印制電路板和控制程序，并進(jìn)行了發(fā)電機組控制試驗。試驗結果和指標如表1所示。

對穩態(tài)電壓調整率和電壓波動(dòng)率進(jìn)行測試時(shí)發(fā)現，調整PWM最小調整值僅引起調整時(shí)間變化而不能改善電壓調整率指標。分析確定為A／D變換器分辨力不夠。
對瞬態(tài)電壓調整率和電壓變化時(shí)間進(jìn)行測試時(shí)發(fā)現，調整PWM最大調整值可明顯改善動(dòng)態(tài)控制特性，但同時(shí)引起穩態(tài)特性變差。分析確定為除A／D變換器分辨力不夠外，系統控制關(guān)系中各項系數還應做組合優(yōu)化。

5 結束語(yǔ)
本文所述的汽油發(fā)電機組控制與保護電路數字化改進(jìn)設計方案取得階段性成果。新設計的控制板實(shí)現機組控制與保護功能，正在進(jìn)一步優(yōu)化設計以全面滿(mǎn)足技術(shù)指標要求。優(yōu)化設計措施如下：
(1)增加A／D變換器動(dòng)態(tài)范圍，改善穩態(tài)電壓調整率和電壓波動(dòng)率指標。
(2)優(yōu)化穩壓控制程序，提高電壓變化調整響應速度。
早期設計定型的中小功率發(fā)電機組的控制保護電路絕大部分采用模擬電路實(shí)現。因此，本文所述的汽油發(fā)電機組控制保護電路數字化改進(jìn)設計具有一定意義。