接端电连接，所述交直流转换电路（2)的连接端子E、F同 时和负载电路（4)输入端及输出电压检测电路（3-1)的输入端电连接；所述输出电压检测 电路（3-1)的输出端分别与DSP微处理器（3-2)相应的连接端电连接，所述DSP微处理器 (3-2)相应的输出端与双向励磁功率变换器（3-4)相应的输入端电连接，所述双凸极发电 机（1)的励磁绕组连接端、DSP微处理器（3-2)和双向励磁功率变换器（3-4)分别与励磁 电流检测电路（3-3)相应的连接端电连接。4. 根据权利要求1所述的具有抗扰能力的双凸极发电机电压调节控制装置，其特征在 于：所述励磁功率变换器（3-4)包括励磁电源Uf，开关管Q1、开关管Q2、二极管D11、二极管 D12 ;所述开关管Ql的漏极与二极管Dll的阴极以及励磁电源Uf的正极电连接，开关管Ql 的源极与二极管D12的阴极以及双凸极发电机（1)的励磁绕组连接输入端电连接；所述开 关管Q2的源极与二极管D12的阳极以及励磁电源Uf的负极电连接，开关管Q2的漏极与二 极管Dll的阳极电连接并经励磁电流检测电路（3-3)与双凸极发电机（1)的励磁绕组连接 输出端电连接；开关管Ql的栅极和开关管Q2的栅极分别与DSP微处理器（3-2)相应的连 接端电连接。5. 根据权利要求1所述的具有抗扰能力的双凸极发电机电压调节控制装置，其特征在 于：所述励磁电流检测电路（3-3)包括电阻1? 5和检测双凸极发电机（1)励磁绕组电流的电 流传感器LEM1，所述双凸极发电机（1)的励磁绕组输出端通过电流传感器LEMl与励磁功 率变换器（3-4)相应的连接端电连接，电阻R5的一端与电流传感器LEMl的检测端以及DSP 微处理器（3-3)相应的连接端电连接，电阻馬的另一端接地。6. 根据权利要求1所述的具有抗扰能力的双凸极发电机电压调节控制装置，其特征在 于：所述输出电压检测电路（3-1)是运算放大器构成差动式电压检测电路，包括运算放大 器U1、运算放大器U2、二极管Cl1、二极管d2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4;所述电阻R2的 一端、电阻R3的一端同时与运算放大器U2的同相端电连接，而电阻R3的另一端接地，电阻 R2的另一端与交直流转换电路（2)的连接端子E电连接；所述交直流转换电路（2)的连接 端子F经电阻R1与运算放大器U2的反相端电连接，电阻R4跨接在运算放大器U2的输出端 和反相端之间，并与电阻R1构成电压缩放比例模块；所述运算放大器1的输出端与运算放 大器U1的同相端电连接，而运算放大器U:的反相端与运算放大器U:的输出端电连接，并构 成电压跟随模块；所述运算放大器U1的输出端同时与二极管di的阳极以及二极管d2的阴 极电连接，并与DSP微处理器（3-2)相应的连接端电连接，二极管屯的阴极与电源电连接， 二极管d2的阳极接地。7.-种具有抗扰能力的双凸极发电机电压调节控制方法，其特征在于利用权利要求 1-6所述的装置，其具体的控制步骤是： 步骤a、建立发电机输出电压调节控制器的状态观测器及发电机输出状态变量方程， 其表达式分别如 公式（1)和公式（2): X1= 0U0=U0[k] (2) 上述式中，0为经过电压检测电路处理后的输出电压缩放比例；UJk]为直流输出电压U。经过直流输出电压检测电路后的当前采样值；apa2, &3为状态观测器的参数；kp，kd，Idci为 ro控制器参数。 由公式⑴可得：电压调节控制器中开关管Q2的控制率表达式如下 u= [kp (Ur-Z1 [k_l])+kdZ2 [k_l]-Z3 [k_l] ]/b。 （5) 上述式中，I为双凸极发电机（I)通过交-直流转换电路（2)输出的直流电压的参考 值；Z1 [k-1]，Z2 [k-1]，Z3 [k-1]为前一时刻ADRC三阶观测器中每一阶积分的采样值J1 [k]， Z2 [k]，Z3 [k]为当前时刻ADRC三阶观测器中每一阶积分的采样值；AZ1,AZ2,AZ3为ADRC 三阶观测器相应采样值在采样周期Ts内的增量； 所述励磁调节器（3)包括励磁功率变换器，励磁功率变换器包括开关管Ql和开关管Q2,且开关管Ql为恒定导通状态，开关管Q2的开关状态由控制率u决定，由公式（5)建立 励磁功率变换器的开关管Q2的控制率方程u; 步骤b、由所述励磁调节器（3)的DSP微处理器（3-2)进行功能设定并初始化变量； 将DSP微处理器（3-2)的PWMl、PWM2 口定义为I/O口，并初始化ADCINl;给ana2、a3、kp、kd、b。、UJ武一初值；设定变量U。[k]、Z1 [k]、Z1 [k-1]、Z2 [k]、Z2 [k-1]、Z3 [k]、Z3 [k-1]、 AZ1 [k]、AZ2[k]、AZ3[k]并将这些变量初始化为零；设定采样周期并初始化八=IOys; 控制率u的上限值Up=T2PR和下限值Low= 0 ; 步骤c、初始化DSP微处理器（3-2)的定时器T1，并由定时器Tl管理AD中断，定义并 使能AD中断；初始化DSP微处理器（3-2)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（3-2)中定时器Tl的工作模式为连续增模式，且设定定时器Tl的周期寄存器TlPR中的值，并初始化定时器Tl的计数寄存器TlCNT中的值为零，利用定时 器Tl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Tl的计数寄存器TlCNT 中的值等于定时器Tl的周期寄存器TlPR中的设定值； 设定DSP微处理器（3-2)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（6)中，fT2为定时器T2的工作频率，fs为所造三角载波的频率；定时器Tl的周期 寄存器TlPR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Tl的计数寄存器TlCNT和定时器T2的计数寄存器T2CNT，由所述DSP微处 理器（3-2)的定时器Tl的计数寄存器TlCNT和所述DSP微处理器（3-2)的定时器T2的计 数寄存器T2CNT从零开始进行计数，从而产生固定频率为fs的三角形载波； 步骤d、当定时器Tl的计数寄存器TlCNT中的值等于定时器Tl的周期寄存器TlPR中 的设定值时，响应AD中断，计数寄存器TlCNT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U。，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UJk]; 步骤e、根据公式（2)计算观测器的21、22、23变量在单位采样周期内的增量八2 1、八22、AZ3的值，再根据公式（5)计算得到控制率u的值，将u与三角波的上下限进行比较，若 u>Up,则令u=Up，若u〈Low,则令u=Low;否则，则将u的值与T2CNT的值进行比较来确 定开关管的开通与关断；若u> =T2CNT，则功率开关管Q2导通，励磁电流上升，双凸极发电 机（1)的输出直流电压上升；若u〈T2CNT，则功率开关管Q2关断，励磁电流下降，双凸极发 电机⑴的输出直流电压减小； 然后根据公式（4)计算ZjkhZjkhZjk]的值，并按下述公式进行数值更新，以便为 下一次的计算做准备，随后清除中断标志位，以便能响应下次中断；更新数值后，进行中断子程序的返回，至此，功率开关管完成了 1次调整；并且当再次 满足中断触发条件时，即TlCNT=T1PR，系统再次进入中断，重复重复步骤d和步骤e，通过 实时对开关管Q2通断的调整，可实现对双凸极发电机（1)通过交-直流转换电路（2)输出 直流电压的调整。
【专利摘要】本发明公开了一种具有抗扰能力的双凸极发电机电压调节控制装置及方法。通过检测发电机输出电压，构建三阶线性状态观测器，并利用输出电压参考值、线性状态观测器参数建立电压调节器的开关管控制率，对发电机输出实现了预测校正，提高了发电机的动态响应，减小了静差，实现了自抗扰功能，克服了传统控制技术的不足。本发明控制方法的实现需要结合相关硬件电路，其所需硬件电路结构简单，控制方法主要依靠微处理器执行相关算法完成，整体方案使用器件少，生产成本比较低，具有极强的抗扰动性能和输出电压静差。
【IPC分类】H02P9/30
【公开号】CN104967380
【申请号】CN201510340853
【发明人】戴卫力, 丁骏, 马光莲, 田 浩
【申请人】河海大学常州校区
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月18日