双凸极发电机电压调节控制方法技术

本发明专利技术涉及一种双凸极发电机电压调节控制方法，包括双凸极发电机、交-直流转换电路和励磁调节器，所述交-直流转换电路和励磁调节器分别与双凸极发电机电连接，交-直流转换电路与励磁调节器电连接；其具体调节步骤是：以双凸极发电机输出直流电压偏差、输出直流电压偏差的导数与积分作为独立状态变量构建一阶线性滑模面方程S，并实时计算滑模面方程S的输出，与由DSP微处理器产生的三角形载波进行交截，从而得到励磁调节器的开关管Q2的通断信号，进而调节励磁电流并使发电机的输出直流电压得以调节和稳定。本发明专利技术能够克服发电机系统由于长期运行，结构参数变化而导致的发电性能下降的缺点，并提高电机的动态响应。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种，包括双凸极发电机、交-直流转换电路和励磁调节器，所述交-直流转换电路和励磁调节器分别与双凸极发电机电连接，交-直流转换电路与励磁调节器电连接；其具体调节步骤是：以双凸极发电机输出直流电压偏差、输出直流电压偏差的导数与积分作为独立状态变量构建一阶线性滑模面方程S，并实时计算滑模面方程S的输出，与由DSP微处理器产生的三角形载波进行交截，从而得到励磁调节器的开关管Q2的通断信号，进而调节励磁电流并使发电机的输出直流电压得以调节和稳定。本专利技术能够克服发电机系统由于长期运行，结构参数变化而导致的发电性能下降的缺点，并提高电机的动态响应。【专利说明】
本专利技术具体涉及一种。
技术介绍
上世纪90年代由美国Lipo教授提出的双凸极电机，经过多年的研究与发展，已在 许多领域得到了应用。该电机的转子结构简单，转子上无绕组，无铜损，适合高速运行，因而 较适合作高速发电机使用。根据不同的励磁方式，双凸极电机的衍生型--电励磁和混合 励磁双凸极电机，由于存在励磁绕组，调节电机磁场方便，尤其适合发电应用场合。另外，当 发电机出现故障而使得输出电压过高时，可以通过切断励磁电流进行发电机灭磁，使输出 电压为零。尽管针对电励磁和混合励磁双凸极发电机的励磁调节器（即发电机电压调节器） 很早就被人提出并加以应用，但其控制方式依然是传统的输出电压反馈PI控制，动态性能 较差，后经改进，引入了励磁电流前馈控制，改善了发电机的动态性能。发电机在长期运行 状态下，由于温度等环境因素变化，发电机各相绕组的电阻将会增加，为维持既定的输出功 率，励磁电流将会增大，以维持输出恒定的电枢电流，发电机的参数将会改变，其发电机输 出电压与励磁电流输入间的传递函数结构将会发生改变，原有的固定PI参数就不一定是 最佳参数，发电机性能下降，根据实验数据证明，发电机的输出电压跌落低于6. 5V，且其励 磁电流变化在7. 5-15A之间，而输出电压恢复时间在500ms。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提供一种能够克服发电机系统由于长期运行，结构参数变化而 导致的发电性能下降的缺点，并提高电机的动态响应的， 以克服现有技术的不足。 为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是：一种， 包括双凸极发电机、与负载电路电连接的交-直流转换电路以及励磁调节器；所述双凸极 发电机的A、B、C三相电压输出端与交-直流转换电路的输入端电连接，交-直流转换电路 的输出端与励磁调节器相应的连接端电连接，所述双凸极发电机的励磁绕组连接端与励磁 调节器相应的连接端电连接，其创新点在于，其具体控制步骤是： 步骤a、所述励磁调节器包括励磁功率变换器，而励磁功率变换器包括开关管Qp Q2，且 开关管％为恒导通状态，根据所述交-直流转换电路的滤波电路的电容G值和负载电路的 最大负载值兄，建立励磁功率变换器的开关管Q 2的滑模方程S ;方程表达式如下： 【权利要求】1. 一种，包括双凸极发电机（1)、与负载电路（4)电连 接的交-直流转换电路（2)以及励磁调节器（3);所述双凸极发电机（1)的A、B、C三相电压 输出端与交-直流转换电路（2)的输入端电连接，交-直流转换电路（2)的输出端与励磁调 节器（3 )相应的连接端电连接，所述双凸极发电机（1)的励磁绕组连接端与励磁调节器（3 ) 相应的连接端电连接，其特征在于，其具体控制步骤是： 步骤a、所述励磁调节器（3)包括励磁功率变换器（3-4)，而励磁功率变换器（3-4)包括 开关管Qi、Q2，且开关管％为恒导通状态，根据所述交-直流转换电路（2)的滤波电路（2-2) 的电容G值和负载电路（4)的最大负载值 <，建立励磁功率变换器（3-4)的开关管Q2的滑 模方程S ;方程表达式如下：公式1 其中〃2、表示的是滑模系数，，表示的是经励磁调节器（3)的输出电压 检测电路（3-2 )处理后输出的电压缩放比例；，/6；表示的是经励磁调节器（3 )的电容电流 检测电路（3-1)处理后输出的电压缩放比例必为双凸极发电机（1)通过交-直流转换电 路（2)输出的直流电压参考值而为双凸极发电机（1)输出的三相电压送至交-直流转换 电路（2)得到的直流电压4表示当前采样时刻；％ U)为所述直流电压％在经过输出电压 检测电路（3-2)后当前采样时刻的值为双凸极发电机（1)输出的直流电压参考值G与％ U)的差值;Z 为双凸极发电机（1)的电感，其值为A相和B相的相电感之和减去2倍的A、B相间互感； 由公式1可得：公式2 由公式2得：上述的公式2和公式3中，S为前 一采样时刻的滑模方程S输出的值；Λ ^与前一采样时刻输出值SB-ι]之差；/aR-1] 为流过电容C；的电流经过电容电流检测电路（3-1)后前一采样时刻的值;e为直流电 压参考值仏与前一采样时刻％ U-1)的差值； 步骤b、由所述励磁调节器（3)的DSP微处理器（3-3)进行功能口设定并初始化变量； 将DSP微处理器（3-3)的PWMUPWM2 口定义为I/O 口，并初始化模数转换通道ADCINAO 和 ADCINA1 ;设定"r=0、"0 (左）=0、"0=0、Jc。=0、e =0、e=0、 外幻=0、外左-1]=0、Λ外幻=0;根据公式1进行参数计算，并设定^、^、〃3的值； 步骤c、初始化DSP微处理器（3-3)的定时器Τ1，并由定时器Τ1管理AD中断，定义并 使能AD中断；初始化DSP微处理器（3-3)的定时器Τ2,并产生固定频率的三角形载波： 设定所述DSP微处理器（3-3)中定时器Τ1的工作模式为连续增模式，且设定定时器Τ1 的周期寄存器T1PR中的值，并初始化定时器Τ1的计数寄存器T1CNT中的值为零，利用定时 器Τ1的周期中断响应启动AD中断，即AD中断的响应条件为定时器Τ1的计数寄存器Τ1CNT 中的值等于定时器Τ1的周期寄存器T1PR中的设定值； 设定DSP微处理器（3-3)中定时器Τ2的工作模式为连续增减模式，且定时器Τ2的计 数寄存器T2CNT中的值为零；定时器Τ2的周期寄存器T2PR中的设定值为：公式4 上述公式4中，/"为定时器Τ2的工作频率，/s为所造三角载波的频率；定时器Τ1的 周期寄存器T1PR中的设定值小于定时器T2的周期寄存器T2PR中的设定值； 启动定时器T1的计数寄存器T1CNT和定时器T2的计数寄存器T2CNT，由所述DSP微处 理器（3-3)的定时器T1的计数寄存器T1CNT开始进行计数；所述DSP微处理器（3-3)的定 时器T2的计数寄存器T2CNT开始进行计数，从而产生固定频率为/；的三角形载波； 步骤d、当定时器T1的计数寄存器T1CNT中的值等于定时器T1的周期寄存器T1PR中 的设定值时，响应AD中断，计数寄存器T1CNT自动清零，检测当前时刻双凸极发电机（1)通 过交-直流转换电路（2)输出的直流电压％，并送至DSP微处理器（3-3)的模数转换通道 ADCINA1进行模数转换后得到当前时刻的双凸极发电机输出检测电压％ α);检测流过滤 波电路（2-2 )的电容Q的电流，并送至DSP微处理器（3-3 )的模数转换通道ADCINA0进 行模数转换后得到当前时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双凸极发电机电压调节控制方法，包括双凸极发电机（1）、与负载电路（4）电连接的交‑直流转换电路（2）以及励磁调节器（3）；所述双凸极发电机（1）的A、B、C三相电压输出端与交‑直流转换电路（2）的输入端电连接，交‑直流转换电路（2）的输出端与励磁调节器（3）相应的连接端电连接，所述双凸极发电机（1）的励磁绕组连接端与励磁调节器（3）相应的连接端电连接，其特征在于，其具体控制步骤是：步骤a、所述励磁调节器（3）包括励磁功率变换器（3‑4），而励磁功率变换器（3‑4）包括开关管Q1、Q2，且开关管Q1为恒导通状态，根据所述交‑直流转换电路（2）的滤波电路（2‑2）的电容Co值和负载电路（4）的最大负载值RL，建立励磁功率变换器（3‑4）的开关管Q2的滑模方程S；方程表达式如下:公式1    其中：α1、α2、α3表示的是滑模系数，β表示的是经励磁调节器（3）的输出电压检测电路（3‑2）处理后输出的电压缩放比例；β/Co表示的是经励磁调节器（3）的电容电流检测电路（3‑1）处理后输出的电压缩放比例；Ur为双凸极发电机（1）通过交‑直流转换电路（2）输出的直流电压参考值；U0为双凸极发电机（1）输出的三相电压送至交‑直流转换电路（2）得到的直流电压；k表示当前采样时刻；U0（k）为所述直流电压U0在经过输出电压检测电路（3‑2）后当前采样时刻的值；ICo[k]为流过电容Co的电流ICo经过电容电流检测电路（3‑1）后当前采样时刻的值；T为励磁调节器（3）的DSP微处理器（3‑3）的定时器T1所设定的采样周期；e[k]为双凸极发电机（1）输出的直流电压参考值Ur与U0（k）的差值；L为双凸极发电机（1）的电感，其值为A相和B相的相电感之和减去2倍的A、B相间互感； 由公式1可得：公式2由公式2得：公式3上述的公式2和公式3中，S[k]为当前采样时刻的滑模方程S输出的值；S[k‑1]为前一采样时刻的滑模方程S输出的值；△S[k]为当前采样时刻的滑模方程S输出的增量，即为滑模方程S在当前采样时刻输出值S[k]与前一采样时刻输出值S[k‑1]之差；ICo[k‑1]为流过电容Co的电流经过电容电流检测电路（3‑1）后前一采样时刻的值；e[k‑1]为直流电压参考值Ur与前一采样时刻U0（k‑1）的差值； 步骤b、由所述励磁调节器（3）的DSP微处理器（3‑3）进行功能口设定并初始化变量；将DSP微处理器（3‑3）的PWM1、PWM2口定义为I/O口，并初始化模数转换通道ADCINA0和ADCINA1；设定Ur=0、U0（k）=0、U0[k‑1]=0、ICo[k]=0、ICo [k‑1]=0、e[k]=0、e[k‑1]=0、 S[k]=0、 S[k‑1]=0、 ΔS[k]=0; 根据公式1进行参数计算，并设定α1、α2、α3的值；步骤c、初始化DSP微处理器（3‑3）的定时器T1，并由定时器T1管理AD中断，定义并使能AD中断；初始化DSP微处理器（3‑3）的定时器T2，并产生固定频率的三角形载波：设定所述DSP微处理器（3‑3）中定时器T1的工作模式为连续增模式，且设定定时器T1的周期寄存器T1PR中的值，并初始化定时器T1的计数寄存器T1CNT中的值为零，利用定时器T1的周期中断响应启动AD中断，即AD中断的响应条件为定时器T1的计数寄存器T1CNT中的值等于定时器T1的周期寄存器T1PR中的设定值；设定DSP微处理器（3‑3）中定时器T2的工作模式为连续增减模式，且定时器T2的计数寄存器T2CNT中的值为零；定时器T2的周期寄存器T2PR中的设定值为： 公式4上述公式4中，为定时器T2的工作频率，为所造三角载波的频率；定时器T1的周期寄存器T1PR中的设定值小于定时器T2的周期寄存器T2PR中的设定值；启动定时器T1的计数寄存器T1CNT和定时器T2的计数寄存器T2CNT，由所述DSP微处理器（3‑3）的定时器T1的计数寄存器T1CNT开始进行计数；所述DSP微处理器（3‑3）的定时器T2的计数寄存器T2CNT开始进行计数，从而产生固定频率为fs的三角形载波；步骤d、当定时器T1的计数寄存器T1CNT中的值等于定时器T1的周期寄存器T1PR中的设定值时，响应AD中断，计数寄存器T1CNT自动清零，检测当前时刻双凸极发电机（1）通过交‑直流转换电路（2）输出的直流电压U0，并送至DSP微处理器（3‑3）的模数转换通道ADCINA1进行模数转换后得到当前时刻的双凸极发电机输出检测电压U0（k）；检测流过滤波电路（2‑2）的电容C0的电流ICo，并送至DSP微处理器（3‑3）的模数转换通道ADCINA0进行模数转换后得到当前时刻的电容电流ICo[k]；步骤e、计算当前时刻e[k]= Ur ‑ U0[k]；并按公式2计算滑模面方程S输出在当前时刻...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：戴卫力，丁骏，田浩，
申请(专利权)人：河海大学常州校区，
类型：发明
国别省市：江苏;32