正弦波多相角闭环控制器的制造方法
【专利摘要】本实用新型为一种正弦波多相角闭环控制器，其特征在于：所述的正弦波多相角闭环控制器包括第一多路转接器及第二多路转接器、FPGA模块及双路DAC、相角电平转换器、相角基准电平发生器、数据比较器、差值采样器、单片机MCU七个单元；各单元间通过电信号连接。本实用新型用高集成度FPGA模块电路实现三相标准功率源高精度相角闭环，由单片机MCU根据差值采样器输出的数据改变送往FPGA模块的相位设置模块的相角预置数据，并将该信号转换为相角基准电平数据，并通过微机总线输出到相角基准电平发生器，由此形成相角控制闭环系统，解决了三相标准功率源多相角闭环的技术难题。
【专利说明】正弦波多相角闭环控制器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种电路控制装置，特别是公开一种三相标准功率源的输出电压与电流间相角的闭环控制。
【背景技术】
[0002]目前，国内普遍采用数字乘法器实现相角闭环。据电功率P=VXIXcose知COSΘ =P / VXI，如果把V，I在时间轴上离散为无数个数据，用专用集成电路或自行设计的组合电路实现每一时刻V与I的乘积并连续不断积分得到直流电平即为功率P。设V，I皆为确定值，那么根据P值即可得到相角值Φ，根据P值大小控制相角Φ，从而实现闭环。
[0003]如深圳科陆电子有限公司的CL301型电测变送器检定装置。这种方案的最大缺点是在工艺上很难实现高精度控制，由于积分器长期精度很难保证，控制精度0.02%是很难实现的。
【发明内容】
[0004]本实用新型的目的是解决现有技术的缺陷，提供一种正弦波多相角闭环控制器，采用高集成度FPGA模块的电路实现三相标准功率源高精度相角闭环，解决了三相标准功率源多相角闭环的技术难题。
[0005]本实用新型是这样实现的:一种正弦波多相角闭环控制器，其特征在于:所述的正弦波多相角闭环控制器包括第一多路转接器及第二多路转接器、FPGA模块及双路DAC、相角电平转换器、相角基准电平发生器、数据比较器、差值采样器、单片机MCU七个单元；各单元间通过电信号连接，具体如下:
[0006]第一多路转接器及第二多路转接器，三相标准功率源输出的三路电压VA、VB、VC送入第一多路转接器，三相标准功率源输出的三路电流IA、IB、IC送入第二多路转接器，MCU控制二个多路转接器分别输出VA及IA、VB及IB、VC及IC、VA及VB、VA及VC等五组信号，为五个相角；
[0007]FPGA模块及双路DAC:产生三相标准功率源的三个电压与三个电流等六个正弦波形，主要是由FPGA模块和双路DAC电路组成的，其中FPGA模块由频率控制字寄存器及DDS模块、三相电压相位及三相电流的相位控制字寄存器、多路选择器MUX、双端口 RAM、上位机接口组成，用于输出三相电压波形信号Va、Vb、Vc及三相电流波形信号la、lb、Ic，频率及三相电压波形相位和相应电流波形相位及电压波形信号分别设置，通过微机总线改写双端口RAM内波形数据，实现谐波功能；
[0008]相角电平转换器:将第一多路转接器及第二多路转接器输出的两个正弦波转换为直流电平，其电平的幅值与二个正弦波的相角值成正比；
[0009]相角基准电平发生器:将单片机MCU根据相角设置数据输出的信号转换为相应的基准直流电平，其输入端通过微机总线与单片机MCU相连；
[0010]数据比较器:将相角电平转换器输出的直流电平与相角基准电平发生器输出的基准直流电平比较，并将差值电平送往差值采样器；
[0011]差值采样器:将差值电平转为数据并送往单片机MCU ；
[0012]单片机MCU:
[0013]I)将需要的正弦波频率换算成FPGA模块中的频率控制字寄存器及DDS模块的对应数据并通过微机总线送往FPGA模块；
[0014]2)根据差值采样器输出的数据改变送往FPGA模块的相位控制字寄存器；
[0015]3)设置相角值，并将该信号转换为相角基准电平数据，并通过微机总线输出到相角基准电平发生器。
[0016]本实用新型的控制范围在-179.99°?+179.99°，控制精度0.03°，相角分辨率
0.01°，正弦波频率范围45.00?65.0OHz，频率分辨率0.01 Hz的三相标准功率源的IA对VA、IB对VB、IC对VC、VB对VA、VC对VA等五个相角的闭环控制。
[0017]本实用新型的有益效果是:本实用新型采用高集成度电路较简单、廉价、高集成度的电路实现高精度多相角闭环，尤其是保持相角较长期精确度，解决了长期来困扰电工仪表行业实现对多相角闭环的三相标准功率源的研制难题。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本实用新型的多相角闭环控制器原理图。
[0019]图2是本实用新型的FPGA模块产生正弦波原理图。
[0020]图3是本实用新型的实施例HS1051三相交直流标准功率源原理图。
【具体实施方式】
[0021]根据附图1和附图2，本实用新型一种正弦波多相角闭环控制器包括第一多路转接器及第二多路转接器、FPGA模块及双路DAC、相角电平转换器、相角基准电平发生器、数据比较器、差值采样器、单片机MCU等七个单元，各单元通过电信号连接。
[0022]单片机MCU将需要的正弦波频率换算成FPGA模块中的频率控制字寄存器及DDS模块的对应数据并通过微机总线送往FPGA模块，根据差值采样器输出的数据改变送往FPGA模块的相位设置模块的相角预置数据，设置相角值，并将该信号转换为相角基准电平数据，并通过微机总线输出到相角基准电平发生器。FPGA模块及双路DAC，产生三相标准功率源的三个电压与三个电流等六个正弦波形信号，波形发生部分的原理框图如图2所示。波形发生部分主要是由FPGA模块和双路DAC组成的，其中FPGA模块由频率控制字寄存器及DDS模块、三相电压相位及各相电流的相位设置模块、多路选择器MUX、双端口 RAM、上位机接口等组成。用于输出三相电压波形信号Va、Vb、Vc及三相电流波形信号la、lb、Ic，频率及三相电压波形相位和相应电流波形相位及电压波形信号可分别设置，因此可通过微机总线改写双端口 RAM内波形数据，便于实现谐波功能。三相电压波形信号Va、Vb、Vc及三相电流波形信号la、lb、Ic分别经前置放大器、功率放大器后，输出三相电压VA、VB、VC及三相电流IA、IB、1C。电压差值采样器，将差值电平转为数据并送往MCU。
[0023]实施例:
[0024]根据附图3，本实用新型一种正弦波多相角闭环控制器包括HS1051三相交直流标准功率源由人机模块、三相相位采样及闭环修正、三相波形发生及相位与频率控制、电压电流波形幅值采样与闭环修正、功放与输出变压器、输出等六个模块所组成。
[0025]1、人机模块采用高性能NXP公司的LPC22系列32位ARM，IXD采用台湾Winstar的WG320240K，软件采用μ C/0S-1I操作系统及ZLGGUI控件编写，并使用嵌入式操作系统，以保证仪器界面友好、易操作。
[0026]2、三相相位采样及闭环修正模块由相角电平转换器、相角基准电平发生器、数据比较器及MCU组成，相角电平转换器将第一多路转接器及第二多路转接器输出的二个正弦波转换为直流电平，其电平的幅值与二个正弦波的相角值成正比。相角基准电平发生器根据相角设置数据通过单片机MCU及DAC电路产生相应的基准直流电平。数据比较器将相角电平转换器输出的反映真实相角的直流电平与相角基准电平发生器输出的基准直流电平比较，差值电平经差值采样器ADC，转为数字信号并送往单片机MCU。
[0027]3、三相波形发生及相位与频率控制模块由FPGA模块及双路DAC组成，产生三相标准功率源的三个电压与三个电流等六个正弦波信号。其中FPGA模块由频率控制字寄存器及DDS模块、三相电压相位及各相电流相位设置模块、多路选择器MUX、双端口 RAM、上位机接口等组成。用于输出三相电压波形信号Va、Vb、Vc及三相电流波形信号Ia、Ib、Ic，频率及三相电压波形相位和相应电流波形相位及电压波形间相位可分别设置，因此可通过微机总线改写双端口 RAM内波形数据，便于实现谐波功能。单片机MCU根据三相相位采样及闭环修正模块发来的相位及频率数据通过FPGA模块及双路DAC控制相位及频率。
[0028]4、电压电流波形幅值采样及闭环控制模块由电压精密电阻采样网络、电流精密互感器采样网络、高精密有源整流、三阶滤波、电压电流基准电平发生器、数据比较器及单片机MCU组成。电压精密电阻采样网络及电流精密互感器采样网络将仪器输出的较大的电压、电流转化为IV以内的交流电平，便于后续电路处理。交流电平经高精密有源整流与三阶滤波电路转为二个与输出电压、输出电流相对应的直流采样电平。电压电流基准电平发生器由单片机MCU根据人机设置的电压、电流幅值送出相应数据到双路DAC，产生二个直流设置电平。每个直流采样电平与直流设置电平经数据比较器产生了一个差值电平，该差值电平作为三相波形发生及相位与频率控制模块的双路DAC基准电压，改变着波形信号幅值大小，从而改变电压或电流输出幅值，直至达到输出设置值为至。
[0029]功放输出变压器及输出模块承担放大由FPGA模块及双路DAC产生三个电压与三个电流等正弦波信号，正弦波信号幅值5V以内，而电压输出最高达600V，电流输出最高达20A。
【权利要求】
1.一种正弦波多相角闭环控制器，其特征在于:所述的正弦波多相角闭环控制器包括第一多路转接器及第二多路转接器、FPGA模块及双路DAC、相角电平转换器、相角基准电平发生器、数据比较器、差值采样器、单片机MCU七个单元；各单元间通过电信号连接，具体如下: 第一多路转接器及第二多路转接器，三相标准功率源输出的三路电压VA、VB、VC送入第一多路转接器，三相标准功率源输出的三路电流IA、IB、IC送入第二多路转接器，MCU控制二个多路转接器分别输出VA及IA、VB及IB、VC及1C、VA及VB、VA及VC五组信号，为五个相角； FPGA模块及双路DAC:产生三相标准功率源的三个电压与三个电流六个正弦波形，主要是由FPGA模块和双路DAC电路组成的，其中FPGA模块由频率控制字寄存器及DDS模块、三相电压相位控制字寄存器及三相电流相位控制字寄存器、多路选择器MUX、双端口 RAM、上位机接口组成，用于输出三相电压波形信号Va、Vb、Vc及三相电流波形信号la、lb、Ic，频率及三相电压波形相位和相应电流波形相位及电压波形信号分别设置，通过微机总线改写双端口 RAM内波形数据，实现谐波功能； 相角电平转换器:将第一多路转接器及第二多路转接器输出的两个正弦波转换为直流电平，其电平的幅值与二个正弦波的相角值成正比； 相角基准电平发生器:将单片机MCU根据相角设置数据输出的信号转换为相应的基准直流电平，其输入端通过微机总线与单片机MCU相连； 数据比较器:将相角电平转换器输出的直流电平与相角基准电平发生器输出的基准直流电平比较，并将差值电平送往差值采样器； 差值采样器:将差值电平转为数据并送往单片机MCU ； 单片机MCU: 1)将需要的正弦波频率换算成FPGA模块中的频率控制字寄存器及DDS模块对应数据，通过微机总线送往FPGA模块； 2)根据差值采样器输出的数据改变送往FPGA模块的相位控制字寄存器，改变电压波形信号Va、Vb、Vc或电流波形信号la、lb、Ic的相角值； 3)设置相角值，并将该信号转换为相角基准电平数据，并通过微机总线输出到相角基准电平发生器。
【文档编号】G05B19/042GK203965868SQ201420395593
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月17日 优先权日:2014年7月17日
【发明者】余子健, 史淑娟, 陈均章, 李红珍 申请人:上海浩顺科技有限公司