導(dǎo)語：如何才能寫好一篇控制軟件設(shè)計論文，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

本文設(shè)計的基于以太網(wǎng)的超聲檢測多軸運(yùn)動控制系統(tǒng)是在復(fù)雜的多軸運(yùn)動控制技術(shù)之上結(jié)合了遠(yuǎn)程通信技術(shù)，以此來實(shí)現(xiàn)超聲檢測的遠(yuǎn)程自動控制。此系統(tǒng)主要由上位機(jī)、多軸運(yùn)動控制器、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、步進(jìn)電機(jī)、機(jī)械執(zhí)行裝置、限位開關(guān)和超聲探頭等組成，其組成框圖如圖1所示。由上位機(jī)LabVIEW控制系統(tǒng)為多軸運(yùn)動控制器發(fā)送運(yùn)動指令，并由多軸運(yùn)動控制器將運(yùn)動信號拆分為步進(jìn)信號和方向信號，再將這兩種電機(jī)控制信號發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器將其轉(zhuǎn)化為角位移發(fā)送給步進(jìn)電機(jī)，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動相應(yīng)個步距角，以達(dá)到使步進(jìn)電機(jī)按指令運(yùn)動的目的。步進(jìn)電機(jī)上安裝有機(jī)械執(zhí)行裝置，用以固定超聲探頭，機(jī)械執(zhí)行裝置上安有限位開關(guān)，以此控制電機(jī)的運(yùn)動范圍，當(dāng)電機(jī)運(yùn)動到限位開關(guān)的位置時，限位開關(guān)發(fā)出限位信號到多軸運(yùn)動控制器，運(yùn)動控制器便停止發(fā)出使電機(jī)運(yùn)動的脈沖信號。在進(jìn)行自動超聲檢測時，Z軸方向機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)上固定的超聲檢測探頭能夠在被檢測物體的表面按照上位機(jī)運(yùn)動控制算法設(shè)計的運(yùn)動軌跡進(jìn)行連續(xù)檢測，并實(shí)時向PC機(jī)返回探頭的位置信息，并將數(shù)據(jù)采集卡采集的超聲信號與探頭返回的位置信息建立起對應(yīng)關(guān)系，最終通過上位機(jī)的圖像處理系統(tǒng)形成超聲檢測圖像，以此來實(shí)現(xiàn)物體的超聲檢測。

2多軸運(yùn)動控制器的方案設(shè)計

多軸運(yùn)動控制器可以通過遠(yuǎn)程以太網(wǎng)通信的方式接收上位機(jī)的控制信號，向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器發(fā)送脈沖信號和方向信號以完成對電機(jī)的運(yùn)動控制。采用ARM9處理器S3C2440搭建硬件平臺，配有DM9000A以太網(wǎng)通信芯片使硬件平臺具備遠(yuǎn)程通信的功能。在Linux操作平臺上進(jìn)行控制系統(tǒng)軟件功能設(shè)計，并采用UDP通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與運(yùn)動控制器之間的遠(yuǎn)程通信［3］。

2．1多軸運(yùn)動控制器硬件電路設(shè)計

本文采用ARM9處理器S3C2440設(shè)計了系統(tǒng)中運(yùn)動控制器的硬件電路部分，并采用DM9000A網(wǎng)絡(luò)接口控制器設(shè)計了運(yùn)動控制器的以太網(wǎng)接口。運(yùn)動控制器硬件整體框圖如圖2所示。運(yùn)動控制器選用ARM9處理器作為運(yùn)動控制器的核心芯片可以方便地嵌套Linux操作系統(tǒng)，在操作系統(tǒng)之上實(shí)現(xiàn)運(yùn)動控制器的插補(bǔ)等多軸運(yùn)動控制算法。選用DM9000A以太網(wǎng)控制芯片實(shí)現(xiàn)上位機(jī)LabVIEW與運(yùn)動控制器之間的遠(yuǎn)程通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)超聲檢測的遠(yuǎn)程自動控制。為了解決步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器與主控芯片信號匹配的問題，本文采用光耦器件設(shè)計了電壓轉(zhuǎn)換模塊，負(fù)責(zé)把主控芯片輸出的3．3V電壓信號轉(zhuǎn)換至5V電壓信號后輸入到步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器中，同時負(fù)責(zé)把限位開關(guān)發(fā)出的24V限位信號轉(zhuǎn)換至3．3V輸入到主控芯片中。此外，電路中還搭載了用于存儲數(shù)據(jù)的擴(kuò)展存儲器、以及用于調(diào)試的JTAG接口電路和RS232串口電路。

2．2多軸運(yùn)動控制器軟件設(shè)計

本課題所用的限位開關(guān)為位置可調(diào)的限位開關(guān)，每個軸有2個限位開關(guān)，在每次超聲檢測前，把每個限位開關(guān)調(diào)節(jié)到被測工件的邊緣處，從而使探頭移動的范圍即為工件所在范圍。故此設(shè)計運(yùn)動控制器的軟件時便可將限位開關(guān)做為邊界條件，以此來設(shè)計探頭的運(yùn)動范圍。其運(yùn)動控制流程:首先系統(tǒng)初始化，通過上微機(jī)控制界面人工控制探頭到被測工件的起點(diǎn)，然后X軸正向運(yùn)動到X軸限位開關(guān)處，Y軸正向運(yùn)動一個探頭直徑的長度，X軸再反向運(yùn)動到X軸另一側(cè)的限位開關(guān)處，之后Y軸繼續(xù)正向運(yùn)動一個探頭直徑的長度，如此往復(fù)運(yùn)動直至探頭到達(dá)Y軸的限位開關(guān)處，檢測結(jié)束，探頭復(fù)位。運(yùn)動控制軟件流程圖如圖3所示。

3多軸運(yùn)動控制系統(tǒng)上位機(jī)軟件設(shè)計

基于以太網(wǎng)的自動超聲檢測多軸運(yùn)動控制系統(tǒng)的上位機(jī)軟件是以LabVIEW開發(fā)平臺為基礎(chǔ)，使用圖形G語言進(jìn)行編寫的，主要包括多軸運(yùn)動控制軟件和以太網(wǎng)通信軟件。Lab-VIEW是一款上位機(jī)軟件，其主要應(yīng)用于儀器控制、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析等領(lǐng)域，具有良好的人機(jī)交互界面［4］。LabVIEW軟件中有專門的UDP通信函數(shù)提供給用戶使用，用戶無需過多考慮網(wǎng)絡(luò)的底層實(shí)現(xiàn)，就可以直接調(diào)用UDP模塊中已經(jīng)的VI來完成通信軟件的編寫，因此編程者不必了解UDP的細(xì)節(jié)，而采用較少的代碼就可以完成通信任務(wù)，以便快速的編寫出具有遠(yuǎn)程通信功能的上位機(jī)控制軟件［5］。上位機(jī)LabVIEW軟件的遠(yuǎn)程通信模塊、運(yùn)動控制模塊以及數(shù)據(jù)處理模塊相互協(xié)調(diào)配合，共同構(gòu)成了超聲檢測多軸運(yùn)動控制系統(tǒng)的上位機(jī)軟件。

3．1運(yùn)動控制軟件設(shè)計

運(yùn)動控制系統(tǒng)軟件部分主要由運(yùn)動方式選擇、探頭位置坐標(biāo)、運(yùn)動控制等模塊組成，可完成對系統(tǒng)運(yùn)動方式的選擇，運(yùn)動參數(shù)、控制指令的設(shè)定以及探頭位置信息讀取等工作。運(yùn)動方式選擇模塊可根據(jù)實(shí)際需要完成相對運(yùn)動或是絕對運(yùn)動兩種運(yùn)動方式的選擇，并會依照選擇的既定運(yùn)動模式將X、Y、Z三軸的相應(yīng)運(yùn)動位置坐標(biāo)輸出在相應(yīng)顯示欄中，以便進(jìn)行進(jìn)一步的參數(shù)核對以及設(shè)定;運(yùn)動控制模塊可依照檢測規(guī)則實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)運(yùn)動過程的控制，包括:設(shè)定相對原點(diǎn)、運(yùn)行、復(fù)位、以及退出等相關(guān)操作。相對原點(diǎn)設(shè)定可以將探頭任意當(dāng)前位置設(shè)為新的原點(diǎn)，并以原點(diǎn)作為下一個運(yùn)動的起始點(diǎn)，即為探頭位置坐標(biāo)的相對零點(diǎn)，并將此刻相對原點(diǎn)的絕對位置坐標(biāo)值在文本框中顯示出來。運(yùn)動控制系統(tǒng)軟件流程圖如圖4所示。

3．2以太網(wǎng)通信軟件設(shè)計

以太網(wǎng)通信模塊采用無連接的UDP通信協(xié)議，通過定義多軸運(yùn)動控制器與上位機(jī)LabVIEW的以太網(wǎng)通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)下位機(jī)與上位機(jī)之間的遠(yuǎn)程通信。具體設(shè)計如下:首先使用“UDPOpenConnection”打開UDP鏈接，使用“UDPWrite”節(jié)點(diǎn)向服務(wù)器端相應(yīng)的端口發(fā)送命令信息，然后使用“UDPRead”節(jié)點(diǎn)讀取服務(wù)器端發(fā)送來的有效回波數(shù)據(jù)，用于后期處理，最后應(yīng)用“UDPCloseConnection”節(jié)點(diǎn)關(guān)閉連接［6］。以太網(wǎng)通信模塊的程序框圖如圖5所示。

4實(shí)驗(yàn)及結(jié)果

實(shí)驗(yàn)平臺由步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器、上位機(jī)控制軟件和自主研發(fā)的多軸運(yùn)動控制器構(gòu)成。在上位機(jī)的用戶控制界面中，首先輸入以太網(wǎng)的IP地址并選擇運(yùn)動方式，然后根據(jù)用戶的檢測需求設(shè)定運(yùn)動速度和運(yùn)動距離，點(diǎn)擊運(yùn)行后探頭即按所設(shè)定運(yùn)行。探頭運(yùn)動過程中還可以選擇設(shè)定當(dāng)前位置為原點(diǎn)，探頭即按照新的原點(diǎn)重新開始運(yùn)動。同時，在探頭運(yùn)動時會實(shí)時顯示探頭當(dāng)前所在位置坐標(biāo)。模擬開關(guān)發(fā)送選通超聲探頭信號并發(fā)送脈沖信號激勵超聲探頭發(fā)射超聲波，F(xiàn)PGA控制A/D轉(zhuǎn)換電路對超聲回波信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并將數(shù)據(jù)存入雙口RAM，存儲完成后向ARM發(fā)送信號，ARM接收到采集完成信號將數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)向上位機(jī)發(fā)送。上位機(jī)的LabVIEW用戶控制界面如圖6所示。

5結(jié)束語

篇2

關(guān)鍵詞：毛巾劍桿織機(jī)；Cortex-M3；嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)

引言

劍桿毛巾織機(jī)以其靈活多變、適應(yīng)性廣、技術(shù)發(fā)展成熟而深受毛巾生產(chǎn)企業(yè)的青睞。當(dāng)前劍桿毛巾織機(jī)逐步替代了老舊的有梭織機(jī)，成為了毛巾織造行業(yè)的主流設(shè)備。近年來，國產(chǎn)劍桿毛巾織機(jī)在市場需求的推動下得到了巨大的發(fā)展，但是遍布江浙地區(qū)的中小型劍桿毛巾織機(jī)生產(chǎn)企業(yè)的自主研發(fā)能力普遍還很弱，現(xiàn)有的劍桿毛巾織機(jī)產(chǎn)品大多數(shù)是在測繪國外中低檔產(chǎn)品的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，高性能與新機(jī)型的研發(fā)能力以及自動控制系統(tǒng)的研發(fā)能力普遍不足，而市場競爭越來越激烈，需要不斷更新和開發(fā)產(chǎn)品。因此，在完成機(jī)械部件設(shè)計的基礎(chǔ)上，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高性能控制系統(tǒng)，逐漸成為國內(nèi)中小型劍桿毛巾織機(jī)生產(chǎn)廠家關(guān)注的重點(diǎn)。

文章以劍桿毛巾織機(jī)樣機(jī)（如圖1所示）為控制對象，在分析毛巾織造工藝的基礎(chǔ)上，提出了一套以ARM技術(shù)為核心的新型毛巾劍桿織機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計方案，并制作樣機(jī)。文章的研究成果將在合作單位首先試用并進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化推廣，有利于推動紹興以及浙江地區(qū)中小型劍桿毛巾織機(jī)生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品的升級換代，提高其市場競爭力。

圖1 劍桿毛巾織機(jī)樣機(jī)

1 硬件設(shè)計方案

設(shè)計的毛巾劍桿織機(jī)控制系統(tǒng)以ARM技術(shù)為核心，采用的主控芯片為LPC1766。硬件電路設(shè)計過程為：首先，根據(jù)控制系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計方案，完成電路原理圖設(shè)計，并計算相關(guān)電路參數(shù)，采購電路元器件。其次，對關(guān)鍵電路模塊進(jìn)行功能仿真或制作實(shí)物電路論證電路設(shè)計的合理性與可靠性。最后，繪制電路PCB板圖，重點(diǎn)考慮電路布局與電路板抗干擾性能。在拿到PCB樣板后，焊接控制系統(tǒng)電路板。其核心電路如下所述：

1.1 主控制板硬件電路設(shè)計

主控制板硬件電路設(shè)計包括：LPC1766芯片供電模塊、電源電路、數(shù)據(jù)存儲模塊、時鐘電路、USB輸入輸出接口、19264液晶顯示屏控制電路、掉電復(fù)位保護(hù)電路、劍桿毛巾織機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信號量輸入模塊、起毛伺服控制器接口、鍵盤接口電路以及電子多臂龍頭控制板、伺服電機(jī)連接控制板與8色選緯控制板的接口等電路模塊的設(shè)計、驗(yàn)證與制作調(diào)試工作。其中液晶顯示電路如圖2所示。

1.2 卷取伺服電機(jī)連接控制板設(shè)計

卷取伺服電機(jī)連接控制板主要解決主控制板與卷取系統(tǒng)的伺服電機(jī)控制器之間的通信問題，具有獨(dú)立的控制芯片STCF1104。該連接控制板與主控制板之間的通信采用RS232實(shí)現(xiàn)。卷取伺服電機(jī)連接控制板與伺服控制器之間需要實(shí)現(xiàn)伺服使能信號、伺服硬件異常報警信號、伺服系統(tǒng)定位完成、伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與脈沖數(shù)等信息的讀取與設(shè)置。

2 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

劍桿毛巾織機(jī)控制系統(tǒng)的軟件將以實(shí)時嵌入式系統(tǒng)μC/OS-II與FAT32文件管理系統(tǒng)為平臺進(jìn)行開發(fā)。其設(shè)計流程如下：

（1）在控制系統(tǒng)方案設(shè)計：首先，進(jìn)性詳細(xì)的市場調(diào)研，分析市場上主流的劍桿織機(jī)控制系統(tǒng)（包括平布與毛巾織機(jī)）的功能特點(diǎn)，借鑒其好的設(shè)計思想，使其為我所用，并設(shè)法改進(jìn)其不足之處，確保設(shè)計的劍桿毛巾織機(jī)控制系統(tǒng)符合當(dāng)前的技術(shù)潮流，并具有自己的特色。其次，與合作單位的機(jī)械部件設(shè)計人員進(jìn)行充分的交流，在深刻領(lǐng)會其整機(jī)設(shè)計思想、織機(jī)控制要求與控制系統(tǒng)制造成本要求后撰寫劍桿毛巾織機(jī)控制系統(tǒng)用戶需求分析報告與總體方案設(shè)計報告，并提交合作單位審核通過。確保項(xiàng)目研究成果能在合作單位使用推廣，并被市場接受。

（2）控制系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計：首先，詳細(xì)分析毛巾織造工藝流程，理清劍桿毛巾織機(jī)控制信息點(diǎn)、研究織機(jī)動作時序，確立控制時間節(jié)點(diǎn)與控制信息間的邏輯關(guān)系。其次，根據(jù)用戶需求分析報告，對總體方案進(jìn)行細(xì)化，提出各個控制模塊與相關(guān)控制算法的具體實(shí)現(xiàn)方案，并完成關(guān)鍵芯片與外購部件的選型工作。

（3）控制系統(tǒng)軟件編寫：首先，選擇合適的軟件開發(fā)工具，建立嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境，并完成嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)μC/OS-II與FAT32文件系統(tǒng)在LPC1766芯片上的移植工作。其次，理清控制系統(tǒng)所有控制信息之間的邏輯關(guān)系，編寫控制系統(tǒng)軟件流程圖與狀態(tài)向量圖。再次，對控制系統(tǒng)軟件進(jìn)行模塊劃分，編寫各個子函數(shù)的輸入輸出接口，并設(shè)計控制信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模型與控制算法。最后，項(xiàng)目組軟件編寫人員通過分工合作完成軟件代碼編寫與調(diào)試。

（4）劍桿毛巾織機(jī)控制系統(tǒng)調(diào)試：在完成控制系統(tǒng)硬件電路制作與控制軟件設(shè)計后進(jìn)行系統(tǒng)軟硬件聯(lián)合調(diào)試，驗(yàn)證各項(xiàng)控制功能是否完備、織機(jī)動作流程控制是否合理、各個控制模塊工作是否穩(wěn)定。通過軟硬件聯(lián)合調(diào)試，發(fā)現(xiàn)并修正控制方案、硬件電路、控制系統(tǒng)參數(shù)、軟件設(shè)計中的缺陷與錯誤。

（5）劍桿毛巾織機(jī)整機(jī)調(diào)試：在完成控制系統(tǒng)軟硬件調(diào)試后，將劍桿毛巾織機(jī)控制系統(tǒng)安裝到合作單位提供的樣機(jī)上進(jìn)行整機(jī)調(diào)試，驗(yàn)證劍桿毛巾織機(jī)的整機(jī)功能是否達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、能否正確合理完成毛巾布料制造全部工藝流程與安全性要求。通過整機(jī)調(diào)試，發(fā)現(xiàn)并修正控制方案、硬件電路、控制系統(tǒng)參數(shù)、軟件設(shè)計中的缺陷與錯誤，使得設(shè)計開發(fā)的控制系統(tǒng)達(dá)到設(shè)計要求。

控制系統(tǒng)軟件具體的開發(fā)流程如圖3所示。

圖3 控制系統(tǒng)軟件設(shè)計開發(fā)流程圖

3 結(jié)束語

設(shè)計完成的毛巾劍桿織機(jī)控制系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：（1）設(shè)計了電子送經(jīng)、伺服卷取功能模塊。由變頻器、交流電機(jī)與接近式張力傳感器組成的電子送經(jīng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了毛巾織造過程中相對穩(wěn)定的經(jīng)紗張力控制，簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，又具有成本優(yōu)勢。伺服卷取機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了變緯密織造、毛巾須長停車自走、定位停車后自動補(bǔ)償消除停車擋等功能，并簡化了機(jī)械零部件設(shè)計，如取消緯密齒等。（2）在不增加硬件設(shè)備情況下，設(shè)計了軟件自動尋緯算法，能提高布面拼擋效果，而且將減輕擋車工的勞動強(qiáng)度與操作技能要求。（3）在起毛高度控制中，采用伺服電機(jī)控制起毛凸輪的轉(zhuǎn)動角度，實(shí)現(xiàn)了毛巾織物起毛高度在設(shè)計范圍內(nèi)任意變化，能夠?qū)崿F(xiàn)波浪型花紋編織。（4）劍桿毛巾織機(jī)控制系統(tǒng)軟件基于嵌入式實(shí)時操作系統(tǒng)μC/OS-II構(gòu)建，改變了傳統(tǒng)織機(jī)控制系統(tǒng)軟件普遍采用的前后臺模式，提高了控制系統(tǒng)的實(shí)時性，也有利于提高劍桿毛巾織造工藝。

參考文獻(xiàn)

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[4]Goktepe，Bozkan.Study on reduction of air consumpfion on air-jet weaving machines[J].Textile Research Journal，2008（9）.

篇3

關(guān)鍵詞：實(shí)時以太網(wǎng)； EtherCAT；DSP；MPC5200；主站軟件

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2013）16-3678-04

將以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于現(xiàn)場總線技術(shù)是分布式控制系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢，與傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線相比，以太網(wǎng)現(xiàn)場總線具有刷新周期短，數(shù)據(jù)傳輸容量大，數(shù)據(jù)傳輸效率高，同步性能高等優(yōu)點(diǎn)。目前常用的實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)有EtherCAT技術(shù)、EtherNet/IPIP技術(shù)、Ethernet Powerlink技術(shù)、Modbus/TCP技術(shù)等[1-3]。

EtherCAT是由德國Beckhoff 自動化公司開發(fā)，該總線具有高速和高數(shù)據(jù)有效率的特點(diǎn)，在硬件實(shí)現(xiàn)上具有網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)靈活、接線簡單、性價比高等優(yōu)點(diǎn)，為今后實(shí)時工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展趨勢，更是今后實(shí)時分布式控制系統(tǒng)的首選[4]。

1 Ethercat總線的工作原理與相關(guān)協(xié)議[5-6]

1.1 Ethercat總線的工作原理

2 主站的硬件設(shè)計

2.1 DSP單元

核心器件采用TMS320C6455[9]，該器件TI公司推出的高速信號處理器，最高工作頻率為1.2GHz，該模塊主要電路包括時鐘、復(fù)位、JTAG調(diào)試接口、存儲器、通信電路、模擬量接收電路等組成。DSP主要用于復(fù)雜的實(shí)時信號處理（如：數(shù)控系統(tǒng)多軸的運(yùn)動軌跡規(guī)劃、實(shí)時的插補(bǔ)算法、誤差補(bǔ)償、伺服濾波算法），并將運(yùn)算結(jié)果通過FPGA傳送到PowerPC控制的EtherCAT總線上。存儲器電路主要包括DDR2存儲器以及FLASH存儲器和DSP的接口，DDR2存儲器用于存放數(shù)據(jù)，F(xiàn)LASH存儲器用于存儲運(yùn)行程序和系統(tǒng)重要參數(shù)。模擬量接收電路在FPGA控制下，將外部輸入的模擬信號數(shù)字化后送入DSP，用于數(shù)據(jù)信號處理。通信電路主要為千兆以太網(wǎng)接口電路，DSP內(nèi)部集成了100/1000Mb/s的MAC控制器，通過外部擴(kuò)展PHY芯片實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能，千兆網(wǎng)主要用于系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置和調(diào)試使用。

2.2 FPGA單元

在設(shè)計中FPGA采用是Altera 公司的EP3C40F484-C8N，器件內(nèi)部有39600個LE 資源，有1兆位的RAM，可提供三百多個輸入輸出 引腳，芯片內(nèi)部集成了一百多個個乘法器和4 個PLL 鎖相環(huán)，滿足硬件設(shè)計需求。FPGA用于實(shí)現(xiàn)DSP和PowerPC的雙向數(shù)據(jù)交換，PowerPC將接收到的EtherCAT總線上各控制單元的信息通過FPGA傳送到DSP內(nèi)部，DSP通過FPGA可以將相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳到EtherCAT總線上各單元。另外，F(xiàn)PGA還用于邏輯控制，實(shí)現(xiàn)模擬量輸入輸出信息、開關(guān)量輸入輸出信息與DSP、PowerPC的無縫連接。

2.3 PowerPC （MPC5200B）單元

主站PowerPC采用MPC5200B[7 8]，該器件為Freescale 公司推出的32位高性能處理器，器件主頻工作頻率為400MHz，為了提高程序運(yùn)算速度，器件內(nèi)核分別帶有16K字節(jié)的程序、數(shù)據(jù)高速緩存，帶有一個雙精度浮點(diǎn)處理單元。對于外部關(guān)鍵信號，片內(nèi)帶有標(biāo)準(zhǔn)中斷管理單元。為了實(shí)現(xiàn)器件與外部通信，MPC5200B片內(nèi)集成一路100M的以太網(wǎng)控制器，兩路CAN總線控制器，多路串行口控制器。該單元由MPC5200B、時鐘電路、復(fù)位電路、JTAG 調(diào)試接口、通信接口電路、存儲器接口電路以及對外擴(kuò)展接口電路等組成。該模塊主要用于實(shí)現(xiàn)用于實(shí)現(xiàn)EtherCAT的物理接口以及主站協(xié)議的軟件實(shí)現(xiàn)，并提供相應(yīng)的控制軟件。

2.4 電源單元

2.5 通信單元

在設(shè)計中為了考慮硬件的兼容性，采用了多種通信接口，在DSP上掛接一路1000M的以太網(wǎng)，用于DSP系統(tǒng)調(diào)試參數(shù)設(shè)置，在PowerPC上掛接一路100M以太網(wǎng)接口，六路串行接口（分別為2個RS232口、兩個RS485口、2個CAN接口）。1000M的以太網(wǎng)用于實(shí)現(xiàn)EtherCAT總線物理接口，RS232口用于實(shí)現(xiàn)與PC通信，RS485口和CAN接口可以實(shí)現(xiàn)與其他設(shè)備接口，滿足系統(tǒng)通用性要求。

3 主站軟件設(shè)計

EtherCAT主站程序包括DSP和PowerPC兩個運(yùn)行程序，DSP程序主要功能是實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制算法，PowerPC程序功能為實(shí)現(xiàn)EtherCAT協(xié)議的通信和設(shè)備的控制。DSP運(yùn)行的軟件主要為算法研究，由于篇幅所限，文章著重詳述在PowerPC硬件平臺下，EtherCAT協(xié)議和控制軟件在Linux操作系統(tǒng)中的實(shí)現(xiàn)。

3.1 PowerPC（MPC5200B）下主站軟件功能

在PowerPC下運(yùn)行的EtherCAT 主站軟件主要包含如下功能：首先，完成系統(tǒng)主站硬件的初始化，軟件能夠?qū)ο到y(tǒng)運(yùn)行時間進(jìn)行計數(shù)，對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控；其次，主站軟件通過發(fā)送命令要對EtherCAT 系統(tǒng)以及各個從站進(jìn)行初始化，實(shí)現(xiàn)主站與各從站之間的數(shù)據(jù)實(shí)時交換，實(shí)現(xiàn)相關(guān)協(xié)議解析和轉(zhuǎn)發(fā)；再次，主站軟件可支持在線下載、實(shí)時更新。軟件結(jié)構(gòu)采用模塊化編程，底層軟件提供硬件驅(qū)動，中間層軟件為上層應(yīng)用軟件和底層軟件提供接口，實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用軟件與驅(qū)動軟件隔離。

3.2 基于Linux的 EtherCAT主站下主站軟件具體實(shí)現(xiàn)

EtherCAT初始化完成后，在Linux內(nèi)新建兩個內(nèi)核定時器，一個用于完成周期性數(shù)據(jù)通信，另一個用于輪詢非周期性任務(wù)，也就是狀態(tài)機(jī)處理任務(wù)。周期性數(shù)據(jù)通信定時器的優(yōu)先級最高，定時器運(yùn)行周期通過配置軟件設(shè)置，非周期任務(wù)查詢定時器的優(yōu)先級較低，周期可定為50毫秒。

初始化和配置完成后，啟動定時器開始發(fā)送周期性數(shù)據(jù)幀，并檢查返回的數(shù)據(jù)幀，對返回的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解析，獲取從站的數(shù)據(jù)交給DSP處理，DSP對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，將新的輸出命令發(fā)給PowerPC，PowerPC繼續(xù)發(fā)送周期性數(shù)據(jù)幀。

4 結(jié)論

采用基于DSP和PowerPC的硬件平臺實(shí)現(xiàn)了EtherCAT總線主站相關(guān)協(xié)議，通過測試可知， 主站周期性的向各從站（測試時，從站數(shù)量為3）發(fā)送EtherCAT 數(shù)據(jù)包（數(shù)據(jù)包數(shù)量為1518字節(jié)），各從站接收到自己的數(shù)據(jù)包，再向主站返回相應(yīng)信息，EtherCAT總線延時時間為3.02μS，可以看出主站設(shè)計滿足實(shí)時性要求。

參考文獻(xiàn)：

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[7] Freescale Semiconductor.MPC5200B Data Sheet， Rev.1，1/2006.

篇4

可編程序控制器簡稱PLC，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的控制系統(tǒng)，專門用于工業(yè)環(huán)境設(shè)計。它的主要特點(diǎn)是可靠性高、使用方便、體積小、重量輕、編程簡單易學(xué)，在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。目前，利用PLC技術(shù)可以方便地實(shí)現(xiàn)對電機(jī)速度和位置的控制，方便地進(jìn)行各種步進(jìn)電機(jī)的操作，完成各種復(fù)雜的工作。它代表了先進(jìn)的工業(yè)自動化革命，加速了機(jī)電一體化的實(shí)現(xiàn)。

本論文以項(xiàng)目教學(xué)法的方式探索步進(jìn)電機(jī)的PLC控制轉(zhuǎn)速方法。本設(shè)計控制要求如下：按下啟動按鈕，步進(jìn)電機(jī)以100Hz的基準(zhǔn)頻率正轉(zhuǎn)。按一次加速按鈕，頻率以50Hz遞增，最多加速5次；按一次減速按鈕，頻率以25Hz遞減，最多減速4次。加速時為正轉(zhuǎn)，減速時為反轉(zhuǎn)。按下停止按鈕，步進(jìn)電機(jī)立即停止運(yùn)行。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的細(xì)分設(shè)置為1，電流設(shè)置為1.5A。

1 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計

1.1 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。本設(shè)計中，系統(tǒng)硬件部分由上位機(jī)、PLC、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、步進(jìn)電機(jī)、負(fù)載等組成。上位機(jī)是計算機(jī)，作為控制面板、人機(jī)交互界面和控制軟件編制環(huán)境，通過與PLC的通信，實(shí)現(xiàn)操作監(jiān)控功能；PLC發(fā)出脈沖信號、方向信號，通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

1.2 控制系統(tǒng)的硬件。

1.2.1 PLC。使用PLC控制步進(jìn)電機(jī)時，應(yīng)該保證PLC具有高速脈沖輸出功能。通過選擇具有高速脈沖輸出功能或?qū)Ｓ眠\(yùn)動控制功能的模塊來實(shí)現(xiàn)。在本設(shè)計中，采用的是三菱系列FX2N-32MT型的晶體管輸出型PLC。在PLC的選型上，必須采用晶體管輸出型PLC，若使用繼電器型的PLC，則高速脈沖的輸出很難達(dá)到控制要求。

1.2.2 步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)有步距角（涉及到相數(shù)）、靜力矩、電流三大要素組成。根據(jù)負(fù)載的控制精度要求選擇步距角大小，根據(jù)負(fù)載的大小確定靜力矩，靜力矩一經(jīng)確定，根據(jù)電機(jī)矩頻特性曲線來判斷電機(jī)的電流。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號便確定下來了。

1.2.2.1 步距角的選擇。步進(jìn)電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機(jī)）、0.9度/1.8度（二、四相電機(jī)）、1.5度/3度（三相電機(jī)）等。

1.2.2.2 靜力矩的選擇。步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載兩種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動時（一般由低速）兩種負(fù)載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2～3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長度便能確定下來（幾何尺寸）。

1.2.2.3 電流的選擇。靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓）。

1.2.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器。遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動的原則。電機(jī)的相數(shù)、電流的大小是驅(qū)動器選擇的決定性因素。在選型中，還要根據(jù)PLC輸出信號的極性來決定驅(qū)動器輸入信號是共陽極或共陰極。為了改善步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能和提高控制精度，通常通過選擇帶細(xì)分功能的驅(qū)動器來實(shí)現(xiàn)。目前驅(qū)動器的細(xì)分等級有2倍、4倍、8倍、16倍、32倍、64倍等，最高可達(dá)256倍細(xì)分。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)控制要求和步進(jìn)電機(jī)的特性選擇合適的細(xì)分倍數(shù)，以達(dá)到更高的速度和更大的高速轉(zhuǎn)矩，使步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)精度更高，振動更小。如圖2所示。公共端：采用共陽極接線方式。將輸入信號的電源5V正極連接到該端子上?？刂菩盘柕碗娖接行АＣ}沖：共陽極時該脈沖下降沿被驅(qū)動器解釋為一個有效脈沖，并驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行一步。方向：該段信號的高電平和低電平控制步進(jìn)電機(jī)的兩個轉(zhuǎn)向。共陽極時該端懸空被等效認(rèn)為輸入高電平。脫機(jī)：該端接受控制機(jī)輸出的高/低電平信號，共陽極低電平時電機(jī)相電流被切斷，轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)。A+/A-，B+/B-：該端接兩相混合式步進(jìn)電機(jī)。DC+/DC-：該端接10V-40V間的直流電源。

1.3 控制系統(tǒng)的連接。本設(shè)計的相關(guān)硬件連接如圖3所示。

2 控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計

2.1 PLC的I/O地址分配。

2.2 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的設(shè)置。在驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的PLSY指令中，脈沖的個數(shù)=360°/步距角，工作的頻率=脈沖個數(shù)/運(yùn)行時間。不指定脈沖個數(shù)，則默認(rèn)為65535個脈沖。在方向信號輸入為0時，默認(rèn)為反轉(zhuǎn)。根據(jù)控制要求，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的細(xì)分設(shè)置為1，SW1-SW3的設(shè)置為000，步進(jìn)電機(jī)的步距角為1.8°；電流設(shè)置為1.5A，SW5-SW7的設(shè)置為101。

2.3 梯形圖和指令表。

3 步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)的調(diào)試

3.1 初始化程序。程序開始運(yùn)行時，D0初始值為K100，指定的頻率為100Hz。

3.2 步進(jìn)電動機(jī)正轉(zhuǎn)。按下啟動按鈕X0，PLC的Y0脈沖輸出，Y2高電平輸出，步進(jìn)電機(jī)正傳運(yùn)行。

3.3 正傳加速調(diào)整。X2為正傳加速按鈕。當(dāng)按下一次X2時，在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的當(dāng)前頻率的基礎(chǔ)上，以20Hz遞增，于是步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加。最多加速5次。

3.4 反轉(zhuǎn)減速調(diào)整。X3為反轉(zhuǎn)減速按鈕。當(dāng)按下一次X3時，在步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的當(dāng)前頻率的基礎(chǔ)上，以20Hz遞減，于是步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加。最多減速4次。

本論文采用了PLC控制兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的加減速，方法簡單，控制方便，可靠性高。本論文中的程序通過現(xiàn)場實(shí)物調(diào)試，驗(yàn)證了方法的正確性和可行性。用軟件完成脈沖分配功能，可以減少硬件資源，降低成本，控制的參數(shù)改變方法靈活，提高了控制系統(tǒng)的可靠性和靈活性。本文著重探索了步進(jìn)電機(jī)的PLC控制的調(diào)速方法，詳細(xì)介紹了步進(jìn)電機(jī)調(diào)速的具體控制過程。文中有不妥之處，懇請斧正。

參考文獻(xiàn)

篇5

采用數(shù)字仿真系統(tǒng)考核和調(diào)試空調(diào)控制裝置，較之在現(xiàn)場進(jìn)行，可大幅度縮短調(diào)試周期、降低能耗和成本，并易于完成裝置處理意外事故的功能調(diào)試。本文以實(shí)例作了仿真結(jié)果與實(shí)測結(jié)果的對比，指出實(shí)時性好的空調(diào)數(shù)字仿真裝置可以獲得很好的仿真效果。

1前言

隨著能源問題重要性的日益增加，改革和完善空調(diào)控制系統(tǒng)以降低能耗、提高調(diào)節(jié)品質(zhì)，日益成為空調(diào)領(lǐng)域的重要課題。近年來許多復(fù)雜的空調(diào)控制裝置陸續(xù)開發(fā)，尤其微型計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，使各種采用微型計算機(jī)的控制裝置的開發(fā)調(diào)試更成為迫切的任務(wù)。但是，控制裝置越復(fù)雜，控制系統(tǒng)智能程度越高，這種系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)試越困難，原因在于：

（1）空調(diào)系統(tǒng)的主要擾動源是一年四季以不同規(guī)律隨機(jī)變化的室外氣象條件和室內(nèi)人員及設(shè)備的散熱、散溫?？煽康闹悄芑刂葡到y(tǒng)應(yīng)能自如地應(yīng)付各種室內(nèi)外隨機(jī)擾動，使被控對象維持在理想狀態(tài)，這在現(xiàn)場至少需有一年以上的運(yùn)轉(zhuǎn)時間方可完成一個調(diào)試周期，致使研制周期過長，難以應(yīng)付市場的變化與需要。若建立專門人工氣候室進(jìn)行此項(xiàng)工作，投資大、能耗高、研制成本劇增，而且還有局限性。

（2）可靠的智能控制系統(tǒng)應(yīng)能妥善處理各種意外事故，諸如停電、停水、火災(zāi)和設(shè)備損壞等，而這類事故常常不便人為地在現(xiàn)場或?qū)嶒?yàn)室實(shí)現(xiàn)，這就給調(diào)試現(xiàn)場控制機(jī)處理意外事故功能帶來困難。

鑒于上述原因，控制裝置的考核與調(diào)試已成為突出的矛盾，本文通過實(shí)例介紹空調(diào)數(shù)字仿真系統(tǒng)在考核與調(diào)試控制裝置上的應(yīng)用。

關(guān)于建筑與空調(diào)系統(tǒng)數(shù)字仿真裝置及其實(shí)時性的探討，文獻(xiàn)[1]～[3]有詳細(xì)論述。裝置包括硬件和軟件兩部分，用戶可以方便地輸入所要研究的系統(tǒng)，并進(jìn)行輸入、輸出接口定義，然后將被調(diào)試的控制裝置像實(shí)際現(xiàn)場那樣接入相應(yīng)接口端子，就可進(jìn)行調(diào)試考核工作。

2被調(diào)對象

2．1現(xiàn)場控制機(jī)及其功能

被考核調(diào)試的控制裝置為DCU-UP-6242型現(xiàn)場控制機(jī)，該機(jī)具有24路數(shù)字量輸入，8路模擬量輸入，16路數(shù)字量輸出和8路模擬量輸出。編程語言為MCS-51單片機(jī)語言，其功能包括：

（1）測量程序。通過數(shù)字量輸入通道和模擬量輸入通道可測出來自各種變送器的溫度、濕度、風(fēng)量、水流量值以及風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥運(yùn)行狀態(tài)。

（2）控制閥等被控設(shè)備控制量計算及輸出程序。

（3）時鐘處理程序。計時，以不同周期進(jìn)行參數(shù)測量與控制。

（4）鍵盤顯示程序。根據(jù)操作人員要求，按鍵顯示相應(yīng)測量參數(shù)、閥門開度，并可進(jìn)行參數(shù)整定與設(shè)備操作。

（5）故障檢查程序。對溫濕度變送器、閥門調(diào)節(jié)失靈等狀況進(jìn)行檢測，并給出故障信息。

（6）控制方案程序。實(shí)現(xiàn)用戶控制思想，控制算法，給出控制方案號及各被控設(shè)備輸出狀態(tài)。

（7）主程序。負(fù)責(zé)上述程序的統(tǒng)一管理，見圖1。

圖1主程序流程圖

2．2空調(diào)系統(tǒng)

被控制的空調(diào)系統(tǒng)為雙風(fēng)機(jī)定風(fēng)量系統(tǒng)，負(fù)擔(dān)兩個濕濕度參數(shù)要求相同的房間，該空調(diào)系統(tǒng)的處理室有表面式空氣冷卻器、空氣加熱器和噴霧式蒸汽加濕器，可測量與調(diào)節(jié)設(shè)備為：

（1）室外、房間、混風(fēng)點(diǎn)、表面式空氣冷卻器后，送風(fēng)管等處設(shè)有溫濕度測點(diǎn)，送風(fēng)管還裝有風(fēng)量測點(diǎn)，它們均為數(shù)字量信號。

（2）表面式空氣冷卻器和空氣加熱器通過三通閥對冷熱媒進(jìn)行量調(diào)節(jié)，蒸汽加濕器用兩通閥調(diào)節(jié)。

（3）新風(fēng)、排風(fēng)、一次回風(fēng)、二次回風(fēng)和送風(fēng)管上設(shè)有氣動調(diào)節(jié)風(fēng)閥。

（4）兩個房間的送風(fēng)支路上設(shè)有電加熱器可進(jìn)行啟?？刂?。

3考核調(diào)試

現(xiàn)場控制機(jī)的考核調(diào)式是對控制裝置功能的全面檢驗(yàn)。仿真考核調(diào)試就是利用仿真裝置替代實(shí)際現(xiàn)場。對控制裝置的功能進(jìn)行檢驗(yàn)，包括硬件、軟件和功能實(shí)現(xiàn)的思想，并給出相應(yīng)的報告。

考核調(diào)試方法采用分層推進(jìn)法，即首先孤立地對各功能進(jìn)行考核，然后進(jìn)行綜合性運(yùn)轉(zhuǎn)調(diào)試考核。

3．1系統(tǒng)描述

圖2為整體組成示意圖，首先將被控空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成、設(shè)備數(shù)據(jù)等信息輸入模型機(jī)，并進(jìn)行相應(yīng)的接口定義；然后將欲考核調(diào)試的控制裝置接入仿真系統(tǒng)，并檢查系統(tǒng)定義與接口的正確性。如果控制裝置有通訊接口，可與實(shí)驗(yàn)接口連接，此接口機(jī)可采集、存儲與顯示控制裝置的運(yùn)行結(jié)果。

圖2硬件組成

3．2功能考核調(diào)試

仿真系統(tǒng)進(jìn)入功能仿真程序，調(diào)試人員可以定義各溫、濕度以及風(fēng)量等參數(shù)值，同時測量控制裝置輸出的設(shè)備狀態(tài)，以便對各功能進(jìn)行單項(xiàng)考核。

（1）測量功能。仿真系統(tǒng)給出一系列溫度、濕度、風(fēng)量等各種參數(shù)值，檢查控制裝置測量結(jié)果是否正確。給出測量硬件、軟件是否正確，以及精度是否達(dá)到要求的考核報告。

（2）控制閥等設(shè)備的輸出程序?？刂蒲b置給出被控設(shè)備狀態(tài)信號，仿真系統(tǒng)對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行檢測，考核此程序功能實(shí)現(xiàn)的準(zhǔn)確性。

（3）鍵盤顯示程序。檢查鍵盤實(shí)現(xiàn)功能是否正確。

（4）故障檢查程序。制造變送器與閥門調(diào)節(jié)的故障信息，檢查控制裝置對故障發(fā)現(xiàn)與處理的能力。

（5）控制方案程序。仿真系統(tǒng)制造一系列室內(nèi)、室外以及設(shè)備狀態(tài)的信息，檢查控制思想及實(shí)現(xiàn)正確與否，檢查設(shè)備動作正確與否，但此時不檢查調(diào)節(jié)效果。

上述僅考核控制裝置的基本功能，如均達(dá)到要求，可進(jìn)入綜合性仿真試驗(yàn)，否則進(jìn)行修改、完善。

3．3綜合性仿真試驗(yàn)

空調(diào)系統(tǒng)的控制裝置應(yīng)能應(yīng)付作用到空調(diào)系統(tǒng)上的各種形式與變化的擾量，但日以不能進(jìn)行逐日仿真試驗(yàn)，因此，必須確定試驗(yàn)工況。單純從考核調(diào)控制裝置來說，試驗(yàn)工況的選擇應(yīng)考慮三方面問題，即：氣象條件，建筑物的熱慣性；建筑物的使用情況，如人數(shù)、內(nèi)部發(fā)熱量和使用時間表等。如果為了考核調(diào)試用于某地區(qū)某建筑空調(diào)系統(tǒng)的控制裝置，則應(yīng)確定以下兩方面的試驗(yàn)工況。

（1）為了考查全年運(yùn)行特性，可按不同季節(jié)進(jìn)行綜合性仿真試驗(yàn)。一般可分為冬季嚴(yán)寒期、夏季炎熱期、春季、夏初以及秋季。并確定各季節(jié)的氣象條件。當(dāng)然，為了考核空調(diào)工況分區(qū)及其控制方案的合理性，則應(yīng)根據(jù)工況區(qū)先定氣象條件。一天內(nèi)室外空氣溫度的變化可視為正弦變化：每天的濕度可按恒定值考慮，不同季節(jié)取不同數(shù)值。

（2）對于建筑物特性及使用情況，應(yīng)編制內(nèi)部矛盾熱濕負(fù)荷時間表，以便仿真模擬。

4應(yīng)用示例

為了說明空調(diào)控制數(shù)字仿真能否用于控制裝置的考核、調(diào)試，以本文第2節(jié)給出的被調(diào)對象為例，從過程控制特性和控制精度兩方面，對比仿真結(jié)果與實(shí)際系統(tǒng)測試結(jié)果。

4．1過程控制特性

為了考核控制軟件在跟蹤控制過程上的效果，給定如圖3所示的溫度過程設(shè)定值曲線，并按此設(shè)定要求，在空調(diào)數(shù)字仿真系統(tǒng)中運(yùn)行被控制的空調(diào)系統(tǒng)與被考核的現(xiàn)場控制裝置，其結(jié)果如圖4所示，與在實(shí)際空調(diào)系統(tǒng)按此設(shè)定曲線控制的結(jié)果（見圖5）相比，可得：

圖3溫度過程設(shè)定值曲線

圖4仿真溫度過程曲線

圖5實(shí)測溫度過程曲線

（1）仿真結(jié)果與實(shí)測結(jié)果十分相近；

（2）基本可以符合溫度過程設(shè)定曲線要求，便跟蹤效果不理想，控制軟件需進(jìn)一步改進(jìn)。

4．2控制精度

為了探索空調(diào)數(shù)字仿真系統(tǒng)在仿真空調(diào)控制精度上的效果，利用實(shí)際現(xiàn)場某日逐時室外氣象數(shù)據(jù)，在仿真系統(tǒng)上仿真運(yùn)行該空調(diào)控制系統(tǒng)。對比圖6所示的仿真結(jié)果與圖7所增實(shí)測結(jié)果可以看出：

圖6某日仿真溫度曲線

圖7某日實(shí)測溫度曲線

（1）仿真結(jié)果與實(shí)測結(jié)果十分相近

（2）溫度控制精度為±0.5℃，滿足原軟件設(shè)計要求。

5結(jié)論

上述探討說明，實(shí)時性好的空調(diào)數(shù)字仿真裝置可以很好地模擬實(shí)際空調(diào)控制系統(tǒng)，為現(xiàn)場控制裝置（包括硬件、軟件）的開發(fā)與考核調(diào)試開辟一條經(jīng)濟(jì)、可靠的途徑。當(dāng)然，通過仿真試驗(yàn)考核控制裝置的全面性取決于用戶對控制裝置功能的理解，試驗(yàn)越全面，在實(shí)際環(huán)境中出現(xiàn)的錯誤就越少，越節(jié)省人力、物力，應(yīng)用效果越好。

本文的目的在于對比仿真調(diào)試與實(shí)際應(yīng)用的效果，至于如何評估、評價一個控制裝置，尚需進(jìn)一步探討。

6參考文獻(xiàn)

1彥啟森等，用于空調(diào)模擬分析的實(shí)時仿真裝置.制冷學(xué)報，1987（2）.

篇6

【關(guān)鍵詞】電動汽車；LPC2132；無刷直流電機(jī)；電子差速

1.概述

當(dāng)今石油資源匱乏與環(huán)境保護(hù)的緊迫需求，對汽車工業(yè)的發(fā)展提出了新的要求，那就是：低噪聲、零排放和節(jié)能等，電動汽車正是當(dāng)今汽車工業(yè)籍以解決能源、環(huán)保等問題可持續(xù)發(fā)展的最重要途徑，而以輪轂電機(jī)為驅(qū)動的電動車既可以消除傳統(tǒng)傳動中的機(jī)械磨損與損耗，提高了傳動效率，又具有體積小和重量輕的優(yōu)點(diǎn)，使得提高效率的同時，車輪空間也能得到有效利用，更有利于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化和現(xiàn)代控制技術(shù)；ARM7系列微處理器，作為32位嵌入式處理器，以其極高性能、低功耗、豐富的片上資源、小體積等特性，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于移動電話、手持式計算機(jī)、汽車等各領(lǐng)域，成為極具市場競爭和前景的處理器[1]。本設(shè)計方案基于PHILIPS公司的ARM7TDMI-STM處理器LPC2132，分別控制兩個無刷直流電機(jī)，實(shí)現(xiàn)電動汽車兩后輪獨(dú)立驅(qū)動，對控制系統(tǒng)進(jìn)行了可靠設(shè)計，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并最終在實(shí)踐中進(jìn)行了驗(yàn)證。

2.無刷直流電機(jī)及驅(qū)動控制

無刷直流電動機(jī)是由轉(zhuǎn)子位置傳感器、電動機(jī)本體以及電子開關(guān)電路組成。其工作原理如下：由位置傳感器（霍爾傳感器）定時動態(tài)檢測轉(zhuǎn)子所處的位置，并根據(jù)此位置信號來控制開關(guān)管的導(dǎo)通或截止，從而控制定子繞組通電與斷電，即實(shí)現(xiàn)了電子換向功能，并使電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖1是三相聯(lián)結(jié)全橋驅(qū)動電路，其中，開關(guān)管Q1、Q3、Q5采用P溝道MOSFET功率管，柵極為低電平時MOSFET管導(dǎo)通，VD1、VD3、VD5為相應(yīng)的保護(hù)二極管；開關(guān)管Q2、Q4、Q6采用N溝道MOSFET功率管，柵極為高電平時MOSFET管導(dǎo)通，VD2、VD4、VD6為相應(yīng)的保護(hù)二極管。其中位置傳感器的3個輸出端通過特定的邏輯電路控制Q1-Q6開關(guān)管工作（導(dǎo)通或截至），其控制方式有兩種：“三三導(dǎo)通方式[2]”與“二二導(dǎo)通方式”。全橋式

驅(qū)動下的繞組又分為星形聯(lián)結(jié)和角形聯(lián)結(jié)，其聯(lián)結(jié)方式如圖2所示。

三三導(dǎo)通方式”指的是每次使3個開關(guān)管同時導(dǎo)通，在圖1中，各開關(guān)管的導(dǎo)通順序?yàn)椋篞1、Q2、Q3--Q2、Q3、Q4--Q3、Q4、Q5--Q4、Q5、Q6--Q5、Q6、Q1--Q6、Q1、Q2?！叭龑?dǎo)通方式”在實(shí)際工作時又可以分為六種控制方式，每隔60°改變一次導(dǎo)通狀態(tài)，每改變一次狀態(tài)更換一個開關(guān)管，每個開關(guān)管導(dǎo)通180°。在每種狀態(tài)下，其合成轉(zhuǎn)矩的大小都是單相轉(zhuǎn)矩的1.5倍[3]。

在本文中使用三相全橋星形聯(lián)結(jié)，采用“三三導(dǎo)通方式”，驅(qū)動電路中MOSFET管的導(dǎo)通或截止由相應(yīng)的軟件來控制，即根據(jù)位置傳感器的檢測信號來提取相應(yīng)的MOSFET管對應(yīng)的控制字，并通過特定的邏輯電路控制MOSFET管，實(shí)現(xiàn)對MOSFET管導(dǎo)通或截止控制，

從而實(shí)現(xiàn)對無刷直流電機(jī)作出換相控制，使電機(jī)能連續(xù)運(yùn)行。[4]電機(jī)方向的控制只是上述功率MOSFET管的導(dǎo)通順序不同，也就是所提取的控制字不同。無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，可以采用PWM（脈寬調(diào)制）方法來控制電機(jī)的通電電流，在此不做詳細(xì)描述。

3.雙驅(qū)電動車控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

本論文控制系統(tǒng)設(shè)計思想是利用一個CPU控制兩個無刷直流電動機(jī)，是為實(shí)現(xiàn)電動汽車的后輪分別獨(dú)立驅(qū)動而設(shè)計的。在電動汽車控制系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對兩個無刷直流電機(jī)的電機(jī)速度調(diào)節(jié)、正反轉(zhuǎn)控制，開始和停止控制等功能。這里采用PHILIPS公司LPC2100系列中的LPC2132[5]作為中央處理器。LPC2132是基于一個支持實(shí)時仿真和跟蹤的32位ARM7TDMI-STMCPU的微控制器，內(nèi)嵌高速64K字節(jié)Flash存儲器，其寬范圍的串行通信接口和豐富的片內(nèi)資源（如32位定時器x4個、PWM通道x6個、10位8路ADC和10位DAC，另外具有47個通用I/O口以及9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷源）使其具有強(qiáng)大的處理功能，并具有很強(qiáng)的抗干擾能力，特別適用于工業(yè)控制。電動車智能控制系統(tǒng)總體框圖如圖3所示，下面給出幾部分功能的硬件設(shè)計圖。

3.1 電源設(shè)計

本控制系統(tǒng)的電源由4塊12V大容量鉛蓄電池串連后提供48V直流電，而系統(tǒng)中的工作電壓還有+3.3V、+5V和+15V，因此采用常用的穩(wěn)壓電源芯片LM7824、LM7815、1117-3.3和1117-5產(chǎn)生所需各組電壓，具有可靠、穩(wěn)定、簡單的特點(diǎn)。如圖4所示。

3.2 全橋驅(qū)動電路的邏輯控制電路

換相控制邏輯包括根據(jù)當(dāng)前轉(zhuǎn)子的位置控制電橋上下橋臂，正確給出繞組通電；通過對繞組通電的時間比例控制速度；對電橋?qū)嵤┧绤^(qū)保護(hù)，防止燒毀MOSFET和驅(qū)動電路。所以設(shè)計的邏輯控制電路具有以下特點(diǎn)：采用邏輯門電路與RC延時電路，避免了控制時出現(xiàn)死區(qū)；另外增加了電機(jī)繞組續(xù)流功能，保護(hù)了控制管。兩個電機(jī)的電橋邏輯控制電路一樣，這里給出了其中一路，如圖5所示。

3.3 霍爾位置傳感器接口電路

無刷電機(jī)內(nèi)置的三個位置傳感器（霍爾）采用5V電源供電，由于電機(jī)內(nèi)部電磁場的作用以及工作時的干擾，對霍爾位置傳感器及其電路的電源要求非常高，[6]這里我們采用獨(dú)立電源供電，此外對傳感器脈沖檢測電路進(jìn)行了濾波處理（同時在軟件中也做了相應(yīng)的處理），以提高抗干擾能力，這里圖6霍爾位置傳感器接口電路僅畫出其中一路，具體電路如圖6所示。

3.4 電橋驅(qū)動電路設(shè)計

如圖7所示，全橋驅(qū)動電路的每一相都由上、下臂組成，這里給出了其中一相的電原理圖。

其中上橋的控制信號高電平有效，下橋的低控制信號電平有效。針對MOSFET的D-S導(dǎo)通時存在導(dǎo)通電阻Ron，同時考慮電機(jī)工作電流較大，這里采用專用驅(qū)動芯片IR2103[7]，可以解決死區(qū)保護(hù)等各種問題。

限于篇幅，其它接口包括串口通信、模擬采集、油門電路輸入、轉(zhuǎn)彎電壓輸入、過流采樣、電池電壓采樣等原理圖沒有一一列出。

4.控制軟件設(shè)計

為了實(shí)現(xiàn)對電動汽車的智能控制，本系統(tǒng)中軟件包含以下功能模塊：兩個無刷直流電機(jī)位置檢測模塊、電機(jī)換相邏輯控制模塊、速度調(diào)節(jié)模塊（轉(zhuǎn)速采樣、PWM正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)、PID控制等）、安全管理模塊、電子差速轉(zhuǎn)彎模塊、串口通信模塊等功能。系統(tǒng)軟件編程采用模塊化結(jié)構(gòu)，以增加調(diào)試的靈活性、修改的方便性、移植的通用性。軟件包括主程序、中斷程序和相應(yīng)的功能子程序[8]。主程序流程圖如圖8所示，主程序主要完成對控制寄存器、數(shù)據(jù)信息單元的初始化以及對各模塊的響應(yīng)。程序啟動后首先是進(jìn)行初始化，然后對電機(jī)狀態(tài)檢測并進(jìn)入啟動模塊以及速度管理模塊，在出現(xiàn)異常時進(jìn)入安全管理模塊，并通過串口向外部發(fā)送車輛狀態(tài)信息。下面簡單介紹下幾個主要模塊。

4.1 系統(tǒng)初始化

本系統(tǒng)采用11.0592MHz（Fosc）晶體振蕩器，處理器工作頻率為4倍主頻即44.2368MHz；TIMER0的0通道中斷實(shí)現(xiàn)霍爾位置信號查詢以及軟件定時，設(shè)置為IRQ中斷，分配為最高中斷優(yōu)先級，以確保電機(jī)換相最快響應(yīng)；AD轉(zhuǎn)換器頻率設(shè)置在1MHz，由軟件定時啟動轉(zhuǎn)換，并采用查詢標(biāo)志位（AD完成標(biāo)志位）方式確定轉(zhuǎn)換結(jié)束并讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)；在PWM通道0產(chǎn)生0.1ms（相當(dāng)于10KHz）的PWM波，通道2和4在此基礎(chǔ)上產(chǎn)生占空比可調(diào)的波分別控制兩個電機(jī)轉(zhuǎn)速；串口以57600的波特率定時向外發(fā)送電機(jī)相關(guān)信息，1個起始位，8位數(shù)據(jù)，無奇偶校驗(yàn)位，1個停止位。

4.2 模擬量采集

油門采樣電壓、驅(qū)動電機(jī)過流采樣電壓、轉(zhuǎn)彎角度傳感器采樣電壓和電池欠壓采樣電壓通過模擬開關(guān)4051（8通道選1）切換后輸入片內(nèi)AD轉(zhuǎn)換器（AD0.7通道），其中通道選擇控制信號由CPU的P1.2～P1.0實(shí)現(xiàn)。由于采樣電阻上的電壓比較小，因此在采樣輸出端和模擬開關(guān)間加一級放大電路，對采樣電壓進(jìn)行適當(dāng)放大，并用跟隨器隔離，保證系統(tǒng)靈敏、可靠、安全。

4.3 PID控制

PID控制算法比較普遍，這里直接給出離散PID表達(dá)式[9]：

5.實(shí)驗(yàn)及結(jié)論

本文基于LPC2132設(shè)計了電動汽車后兩輪獨(dú)立驅(qū)動控制系統(tǒng)，通過調(diào)節(jié)兩組PWM占空比值，實(shí)現(xiàn)對兩個輪轂電機(jī)的同時調(diào)速。通過智能控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計，實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、轉(zhuǎn)向、后退、自動巡航、轉(zhuǎn)向燈指示、電子差速等功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明整車控制效果良好，已經(jīng)達(dá)到實(shí)用指標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

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[3]王曉明.電動車的單片機(jī)控制[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2002.

[4]左小五.LPC2132在嵌入式系統(tǒng)中的應(yīng)用技術(shù)[J].微計算機(jī)信息，2007，23（1-2）：183-185.

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[8]李軍，李振杰，郭博.基于ARM7及nRF905的智能小車系統(tǒng)設(shè)計[J].阜陽師范學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，29（2）：73-76.

篇7

關(guān)鍵詞：互聯(lián)；歷史；現(xiàn)狀；方法；影響；見解aaaaa

中圖分類號：G353文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

1.引言

隨著福建電網(wǎng)與華東電網(wǎng)、山東電網(wǎng)與華北電網(wǎng)、川渝電網(wǎng)與華中電網(wǎng)等的連接，以及交直流特高壓的發(fā)展，全國電網(wǎng)互聯(lián)工程在逐步推進(jìn)。截止到2011年底，除臺灣地區(qū)外，我國各省級電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)交直流互聯(lián)，全國互聯(lián)格局基本形成。并形成了華北-華中、華東、東北、西北、南方5個同步電網(wǎng)。實(shí)現(xiàn)更大范圍內(nèi)資源優(yōu)化配置、提高電網(wǎng)整體經(jīng)濟(jì)效益、推進(jìn)跨省區(qū)之間的電力交易等電網(wǎng)互聯(lián)的優(yōu)勢日益明顯。

眾所周知，電力系統(tǒng)中負(fù)荷在時刻發(fā)生著變化，導(dǎo)致系統(tǒng)中的頻率和電壓也在時刻發(fā)生著變化。在互聯(lián)電網(wǎng)中，區(qū)域負(fù)荷的變化不僅影響本區(qū)域，而且還影響相鄰區(qū)域內(nèi)頻率的變化以及聯(lián)絡(luò)線上的功率。電網(wǎng)互聯(lián)加大了穩(wěn)定破壞事故連鎖反應(yīng)的風(fēng)險，系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定極限和暫態(tài)穩(wěn)定極限等很容易受到破壞，也加大了系統(tǒng)頻率、電壓和潮流控制的難度。

綜上所述，聯(lián)絡(luò)線控制策略的研究一方面而言有很強(qiáng)的理論意義，具有一定的科學(xué)研究價值。從另一方面而言有廣泛的實(shí)踐和社會意義，具有一定的可實(shí)施性。

課題研究內(nèi)容主要包括：頻率一、二、三次調(diào)節(jié)，AGC控制的基本原理，獨(dú)立控制區(qū)的基本概念，互聯(lián)電網(wǎng)多區(qū)域控制策略的應(yīng)用與配合，電力系統(tǒng)調(diào)頻與自動發(fā)電控制的控制策略及控制性能評價標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)組組合、優(yōu)化調(diào)度等。

本綜述廣泛選取了大量國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)被EI 收錄的優(yōu)秀資料文獻(xiàn)以及部分已出版的經(jīng)典教材。文獻(xiàn)主要包括近幾年國內(nèi)核心期刊（電力系統(tǒng)自動化、電機(jī)工程學(xué)報、電網(wǎng)技術(shù)等）學(xué)術(shù)論文，博士碩士學(xué)位論文，國外包括IEEE Transaction on Power Systems、IEEE Transaction on Energy Conversion、IEEE Transaction on Evolutionary Commutation等優(yōu)秀期刊論文。同時還引用了一些成文的標(biāo)準(zhǔn)和電子公告等。

2.正文

2.1研究歷史

電力系統(tǒng)負(fù)荷波動根據(jù)其周期長短和幅值大小可分為三類。A類，負(fù)荷的波動周期在10s以內(nèi)，導(dǎo)致的頻率變化在0.025Hz以下。B類，負(fù)荷波動周期在10s至2-3min，導(dǎo)致的頻率變化在0.05-0.5Hz之間，主要由沖擊負(fù)荷變動引起。C類，負(fù)荷波動周期在2-3min至10-20min之間，主要由生產(chǎn)、生活及氣象變化引起。

區(qū)域控制誤差（ACE）是根據(jù)電力系統(tǒng)當(dāng)前的負(fù)荷、發(fā)電功率和頻率等因素形成的偏差值，反映了區(qū)域內(nèi)的發(fā)電與負(fù)荷的平衡情況。自動發(fā)電控制（AGC）是現(xiàn)代電網(wǎng)控制的一項(xiàng)基本和重要功能，是調(diào)節(jié)B類負(fù)荷的主要手段，其基本目標(biāo)包括：1）發(fā)電功率與負(fù)荷平衡；2）保持系統(tǒng)頻率為額定值；3）使凈區(qū)域聯(lián)絡(luò)線功率與計劃相等；4）最小化區(qū)域運(yùn)行成本。

互聯(lián)電網(wǎng)多區(qū)域控制策略的主要模式包括：定頻率控制模式（FFC）,區(qū)域控制偏差計算公式，ACE=B×f，因此只要區(qū)域頻率與額定值出現(xiàn)偏差，該區(qū)域內(nèi)機(jī)組就參與調(diào)節(jié)；定交換功率控制模式（CNIC），此時ACE=Pt，聯(lián)絡(luò)線功率與計劃值出現(xiàn)偏差，區(qū)域內(nèi)機(jī)組就需要調(diào)節(jié)；聯(lián)絡(luò)線功率頻率偏差控制（TBC），此時的ACE=Pt +B×f，該種區(qū)域控制偏差能夠近似反應(yīng)區(qū)域內(nèi)的供需平衡。

AGC控制考核標(biāo)準(zhǔn)：A1/A2評價標(biāo)準(zhǔn)，A1標(biāo)準(zhǔn)要求在任何一個10min間隔內(nèi)，ACE必須過零。A2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了ACE的控制限制，即ACE的10min平均值要小于規(guī)定的Ld；CPS1/CPS2評價標(biāo)準(zhǔn)，CPS1標(biāo)準(zhǔn)是指控制區(qū)在一個長時間段內(nèi)（如一年）內(nèi)，其區(qū)域控制偏差應(yīng)滿足式（2-1）的要求。CPS2標(biāo)準(zhǔn)是指在一個時段內(nèi)（如1h），控制區(qū)ACE的10min平均值，必須控制在特殊的限制L10內(nèi)。

（2-1）

頻率調(diào)節(jié)的方法大致分為比例、積分、微分三類。比例和微分的手段不能夠?qū)崿F(xiàn)頻率的無差調(diào)節(jié)，積分調(diào)節(jié)可以實(shí)現(xiàn)頻率無差調(diào)節(jié)。現(xiàn)在更多的機(jī)組采用比例積分的方法來完成調(diào)節(jié)。

2.2研究現(xiàn)狀

聯(lián)絡(luò)線控制策略的目標(biāo)就是使區(qū)域控制偏差恢復(fù)到零，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的主要手段就是自動發(fā)電控制（Automatic Generation Control，AGC）。AGC是實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)有功功率平衡、維持系統(tǒng)頻率在額定值附近以及聯(lián)絡(luò)線交換計劃的有效手段。

2.2.1國外研究現(xiàn)狀

國外AGC研究工作起步較早，隨著電力市場化的逐步深入，AGC研究工作趨于成熟。國外對于AGC控制策略的研究工作主要有以下幾方面的特點(diǎn)：

1）NERC(The North American Electric Reliability Corporation)于年提出了A1\A2聯(lián)絡(luò)線控制標(biāo)準(zhǔn)。A1標(biāo)準(zhǔn)要求在任何一個10min間隔內(nèi)，ACE必須過零。A2標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了ACE的控制限制，即ACE的10min平均值要小于規(guī)定的Ld。其合格指標(biāo)為：A1≥100%，A2≥90%。

2）NERC(The North American Electric Reliability Corporation)于1996年提出了CPS1\CPS2聯(lián)絡(luò)線控制標(biāo)準(zhǔn)。CPS 標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)各控制區(qū)以頻率質(zhì)量為控制目標(biāo), 鼓勵各控制區(qū)之間的相互支援, 以發(fā)揮互聯(lián)電網(wǎng)的優(yōu)勢。同時, CPS 標(biāo)準(zhǔn)不要求ACE 過0值, 減少了AGC 機(jī)組的不必要調(diào)節(jié)。

3）在傳統(tǒng)的比例積分（PI）、比例積分微分（PID)控制器的基礎(chǔ)上提出了多種新的控制方法。如FL（fuzzy logic controller）控制器、ANN(artificial neural network controller)控制器、FO（fractional order controller）控制器、GF(genetic fuzzy controller)控制器等。這些新的方法策略都在某種程度上提高了聯(lián)絡(luò)線的控制效果。

4）研究了多種新的儲能調(diào)節(jié)手段對控制效果的影響。如BES（battery energy storage）技術(shù)、SMES(super magnetic energy storage)技術(shù)、CES(capacitive energy storage)技術(shù)、V2G(vehicle-to-grid)技術(shù)等。這些手段的運(yùn)用很大程度上改善了聯(lián)絡(luò)線的控制效果。

5）研究提出了不同的比例積分系數(shù)對控制效果的影響。研究提出了了頻率響應(yīng)系數(shù)與系統(tǒng)自然頻率響應(yīng)系數(shù)大小關(guān)系給控制效果所帶來的影響。研究對比了AGC不同計算、控制周期給控制效果所產(chǎn)生的影響。

6）研究出了多種仿真方法。如單個獨(dú)立控制系統(tǒng)及兩個聯(lián)合系統(tǒng)和三個聯(lián)合系統(tǒng)的負(fù)荷-頻率調(diào)節(jié)過程的仿真方法、考慮機(jī)組出力上升下降速率約束的調(diào)節(jié)仿真方法、考慮不同機(jī)組類型（非再熱型、再熱型、水電機(jī)組）的仿真方法等。這些仿真方法清晰形象地戰(zhàn)象了機(jī)組的調(diào)節(jié)過程和系統(tǒng)頻率的恢復(fù)過程。

2.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國AGC工作起始于1957年，近幾年來，隨著華北與東北、華東與福建、華中與川渝的聯(lián)合，我國逐步實(shí)現(xiàn)了以三峽電力系統(tǒng)為中心的統(tǒng)一聯(lián)合電網(wǎng)。并且我國交直流特高壓電網(wǎng)飛速發(fā)展，AGC的控制研究再次成為大電網(wǎng)研究的一個熱點(diǎn)問題。國內(nèi)對于AGC的控制策略研究方面主要有以下幾方面的特點(diǎn)：

1）特高壓聯(lián)絡(luò)線投入運(yùn)行以后，提出了一套完整的、適應(yīng)特高壓聯(lián)絡(luò)線功率控制的自動發(fā)電控制(AGC)控制策略,簡稱T策略。這一控制策略以各省級電網(wǎng)有功功率的就地平衡為基礎(chǔ), 實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)電網(wǎng)各控制區(qū)在緊急情況下對特高壓聯(lián)絡(luò)線功率恢復(fù)的相互支援，該種控制策略已應(yīng)用到我國首條華北華高壓聯(lián)絡(luò)線的控制上。

2）根據(jù)機(jī)組的性能差異，提出了機(jī)組協(xié)調(diào)控制、區(qū)域分層控制的控制策略。提出性能優(yōu)良的機(jī)組參與ACE調(diào)解，并經(jīng)過計算得出分層機(jī)組容量以及需要參與調(diào)節(jié)的機(jī)組數(shù)量，并提出AGC軟件調(diào)整算法。通過具體實(shí)際物理電網(wǎng)證明該種策略的合理性和可行性。

3）根據(jù)我國電網(wǎng)采用統(tǒng)一調(diào)度、分級管理、分層控制的原則，結(jié)合自身電網(wǎng)的特殊性，研究出多種控制區(qū)分級、分區(qū)協(xié)調(diào)控制的策略。這些策略的實(shí)施很好地抑制了聯(lián)絡(luò)線的功率大幅度波動、提高了整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性和頻率質(zhì)量。更好地體現(xiàn)了聯(lián)合電力系統(tǒng)的優(yōu)越性。

4）綜合考慮了備用跟蹤的遺漏、機(jī)組配合和風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)等因素的影響下，建立了AGC容量需求模型，從而在該模型下使得計算出的AGC容量需求更加符合客觀實(shí)際。為AGC的調(diào)節(jié)控制提供了強(qiáng)有力的依據(jù)。

5）AGC分配的主要策略：按備用容量分配和按調(diào)節(jié)速率分配。按備用容量分配的方法可以有效地避免出現(xiàn)一部分機(jī)組調(diào)節(jié)已達(dá)到上下限，而另一部分機(jī)組還有調(diào)節(jié)容量。按調(diào)節(jié)速率分配的方法體現(xiàn)了不同性能機(jī)組之間的配合。

6）AGC軟件設(shè)計：CC-2000電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)，是有中國電力科學(xué)研究院和原東北電業(yè)管理局聯(lián)合開發(fā)的、具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)和國際先進(jìn)水平的軟件系統(tǒng)。1996 年在東北電網(wǎng)正式投入運(yùn)行，十年來廣泛應(yīng)用于國家電力調(diào)度中心、華北電網(wǎng)、東北電網(wǎng)、北京、天津、遼寧、黑龍江、貴州、甘肅、內(nèi)蒙古等 70 多個省、自治區(qū)、直轄市和地市電力調(diào)度中心。

7）AGC控制策略仿真技術(shù)：傳統(tǒng)意義上，一般用MATLAB/Simulink來完成聯(lián)合系統(tǒng)區(qū)域調(diào)節(jié)控制過程的仿真。中國電力科學(xué)研究院系統(tǒng)所最近研究出PSD-FDS電力系統(tǒng)全過程仿真程序，該軟件可以實(shí)現(xiàn)對聯(lián)合系統(tǒng)AGC控制過程的仿真，通過合理性分析和一些簡單的對比分析表明了仿真計算結(jié)果的合理性。

2.3研究存在的問題

雖然歷經(jīng)大半個世紀(jì)，相關(guān)從業(yè)者做出了大量的研究工作，并取得了很多的成果，電網(wǎng)運(yùn)行地更加堅(jiān)強(qiáng)、更加智能。但是，就“從人類實(shí)踐活動中產(chǎn)生，又服務(wù)于改善人類的生存條件”而言，當(dāng)前研究存在以下問題：

1）隨著大規(guī)模新能源接入電網(wǎng)以及交直流特高壓電網(wǎng)的發(fā)展，至今還沒有一套合理的聯(lián)絡(luò)線控制考核標(biāo)準(zhǔn)體系?，F(xiàn)有的考核標(biāo)準(zhǔn)要求各控制區(qū)就地平衡，由于新能源的波動性很強(qiáng)，所以各控制區(qū)就需要有足夠的備用容量，否則就很難更大規(guī)模的接入新能源。

2）當(dāng)前聯(lián)絡(luò)線控制策略的核心之一就是各控制區(qū)就地平衡原則，該種控制策略并沒有很好的體現(xiàn)出區(qū)域電網(wǎng)互聯(lián)的優(yōu)勢，不利于資源在整個控制區(qū)內(nèi)的優(yōu)化配置。未來的研究將會逐步打破分省、分區(qū)平衡控制的模式。

3）當(dāng)前研究重點(diǎn)放在區(qū)域總調(diào)節(jié)功率的生成、AGC調(diào)節(jié)功率的分配上。下一步研究更需要側(cè)重機(jī)組快慢組合協(xié)調(diào)、分級分區(qū)協(xié)調(diào)控制、區(qū)域控制性能安全約束以及市場因素協(xié)調(diào)控制方面。

4）AGC容量計算方法過于單一，大多是按負(fù)荷變化、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等來確定。這種方法難以兼顧電力市場運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性要求，而且系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)在很多時候都難以滿足控制的基本要求。

5）超前負(fù)荷預(yù)測研究工作存在嚴(yán)重缺陷，致使當(dāng)前AGC控制策略主要以滯后控制為主，超前控制應(yīng)用較少。滯后控制會增大機(jī)組調(diào)節(jié)的頻率和調(diào)節(jié)幅度，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

6）對于穩(wěn)態(tài)過程、機(jī)電暫態(tài)過程、電磁暫態(tài)過程的仿真，國內(nèi)外已有相對成熟的程序，例如。但是，相對而言，當(dāng)前缺乏專門針對互聯(lián)電網(wǎng)頻率調(diào)節(jié)、功率調(diào)節(jié)仿真軟件的研究。

3.結(jié)論

縱觀聯(lián)絡(luò)線控制策略的研究歷史和現(xiàn)狀，當(dāng)前的理論和技術(shù)很好的保證了各獨(dú)立控制區(qū)“自負(fù)盈虧、就地平衡”的原則，同時也確保了系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定性。并且對互聯(lián)電網(wǎng)之間的相互協(xié)調(diào)控制做了一些試探性的研究，做到“一方有難，八方支援”，并取得了一定研究成果，理論研究得到了很好的實(shí)際驗(yàn)證。但是，這些就并沒有形成具體統(tǒng)一的理論，也不能任意的應(yīng)用到任何一種互聯(lián)電網(wǎng)。這在某些程度上影響了很多電網(wǎng)的運(yùn)行效果。

機(jī)組的控制手段方面，雖然有大量的研究表明改進(jìn)的方法可以提高機(jī)組的調(diào)節(jié)性能，但是每一種具體的方法都存在其局限性，一般會受到某些條件的制約。而且大部分是采用數(shù)字仿真的條件下驗(yàn)證理論研究的合理性，很少通過實(shí)際運(yùn)行的機(jī)組來得以驗(yàn)證。

課題研究秉承繼往開來的精神，在前人研究的基礎(chǔ)上不斷發(fā)現(xiàn)問題、勇于創(chuàng)新，為科學(xué)理論研究和經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

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