基于單片機的智能大功率直流電源設計

（2）改進(jìn)的數字PI算法

　　標準PI算法一般不能滿(mǎn)足現場(chǎng)要求，比如在開(kāi)機、停機或大幅度改變設定值時(shí)，短時(shí)間內系統偏差變化劇烈，容易造成較大的積分積累∑（Ek），使得控制輸出急劇變化，系統超調嚴重，動(dòng)態(tài)性能惡化。

　　為防止這一現象發(fā)生，常用積分分離法、超限削弱積分法和有效偏差法對標準PI算法進(jìn)行改進(jìn)，這在隨動(dòng)系統設計中較為常見(jiàn)。

　　由于本系統屬于恒值控制系統，要求有軟起和軟停功能，利用上述改進(jìn)算法已不能滿(mǎn)足要求。為此，采用一種新的恒偏差算法。

　　恒偏差法和有效偏差法相類(lèi)似。有效偏差法又叫逆算法。即當控制量Uk越限時(shí)，Uk取邊界值Umax或Umin.由該邊界值逆算出偏差值Ek'代替原來(lái)的偏差值Ek.然而，在恒偏差法中，是用經(jīng)過(guò)衰減后的Ek'去代替Ek.系統在階躍響應時(shí)，實(shí)際工作在過(guò)阻尼狀態(tài)，從而減緩了在起、停時(shí)對主電路器件的沖擊。圖3示出兩種算法的階躍輸入響應曲線(xiàn)。其中曲線(xiàn)（a）標準PI算法響應曲線(xiàn)、曲線(xiàn)（b）恒偏差法響應曲線(xiàn)。

圖3 系統階躍響應曲線(xiàn)

　?。?）PI參數的整定

　?、俨蓸又芷赥

　　由于主電路輸出濾波網(wǎng)絡(luò )決定了系統輸出紋波的最大截止頻率f,所以根據香農（Snon）定理可以決定采樣頻率的上限f1 =2f 工程上一般取f1=10f.

　　由于主電路參數已知，可求得：

　　其下限T2由8098軟件執行時(shí)間決定。若采用12M晶振，平均每條語(yǔ)句執行時(shí)間為2us,程序運行大概需要500條語(yǔ)句，那么T2=1ms.所以：

1ms≤ T≤6ms

　　最終可通過(guò)現場(chǎng)調試來(lái)選擇了1的大小。

　?、?比例因子Kp及積分時(shí)間常數Ti工程上常用臨界比例度法，對常數Kp和Ti進(jìn)行整定。即在閉環(huán)條件下，先暫時(shí)去掉積分作用，逐漸增大比例增益，直到閉環(huán)系統達到臨界穩定狀態(tài)，發(fā)生持續振蕩為止。記下此時(shí)的臨界增益Ku和振蕩周期Tu ,通過(guò)查表得到Kp=和Ti的近似值，然后由整機調試進(jìn)行修正。

　　本系統穩壓閉環(huán)實(shí)驗測定結果為：Ku =6,Tu=12.0ms.

　　查表可得：Kp=0.45 x Ku=2.7、Ti=Tu÷1.2=10ms.

　　通過(guò)整機調試，可得出遞推公式中參數A 、B的值為：A=3、B=2.

　?。?）算法

　　為簡(jiǎn)化程序設計，在進(jìn)行8098軟件編程時(shí)，采用無(wú)符號數算法。

　　3）穩流方式（I）

　　穩流方式又稱(chēng)強充方式，系統作電流源閉環(huán)運行，原理同上，不同的是積分時(shí)間常數要小一些，調節速度較快。

　　實(shí)驗數據如下：Tu=6.0ms,Ti=5ms、A=4,B=2.

　　4）穩壓穩流自動(dòng)轉換（V/I）

　　當電池虧電時(shí)，系統以強充方式工作，電池電壓逐漸升高。當超過(guò)設定值時(shí)，改為浮充方式。

　　即系統能根據負載情況自動(dòng)選擇充電模式。圖4示出典型的二階段充電曲線(xiàn)。

圖4 蓄電池二階段充電曲線(xiàn)

5）工作方式記憶（M1.M2）

　　系統可存儲兩組常用數據，即工作方式、電壓電流給定值、穩壓穩流轉換值、過(guò)壓過(guò)流值。

　　掉電時(shí)還能保護當前的工作記錄。

　　6）軟起、軟停方式（SS）

　　按下該鍵，系統工作在軟停方式。觸發(fā)板將控制脈沖相位拉至最大，然后封鎖脈沖輸出。該鍵彈起，為軟起方式?？刂戚敵鲇勺钚÷两o定值。

　　7）電池檢測方式（TEST）

　　系統能循環(huán)檢測電池電壓，由數碼管進(jìn)行顯示，也可通過(guò)串行口打印輸出，并有報警提示。