摘要本系统以单片机作为控制核心,以模糊控制为主要的控制思想,将原有的依靠模拟电路实现各项功能的直流电源柜改造成数控直流电源柜,调压围在0~250V可调。
在本论文中详细的阐述了在本系统中所用到的三相半控桥式整流电路的工作原理,介绍了所选用的MCS一51系列单片机的性能特点;论述了在本系统中所用到的模糊理论,设计了模糊自整定PID参数控制器,将模糊控制运用在单片机控制系统中；本论文对于系统的硬件及软件设计进行了详细的解释,包括三相半控桥主电路的选择、保护电路的设计、触发模块的设计、检测模块的设计等以及软件的控制思想和编程方法；并且提出了对于实验过程中出现的各种干扰情况所给予的相应的抑制措施。
本系统的设计顺应了目前国外直流电源朝着数字化发展的趋势,充分利用了单片机的优点,使得通用性得到了提高。
在实验过程中使用万利公司生产的INSIGHT52一E型号的单片机仿真器,使用MEDW州开发工具,在WINDOWS环境下进行调试开发,设计完成的直流电源柜基本能够使用。
关键词:电站;电源;单片机;晶闸管;模糊控制AbstractThe control unclear of this system is base on the single chip micro-computer , and use the fuzzy control , transform the dc votager-stabilized power supply based on simulate compenent into a digital one . In this paper , it discussed the theory of three-phase half control ; design the fuzzy controler ; used the fuzzy control in this system . This paper also introduce the plan of hardware and software , including the three-phase circuit、protect circuit、trigger circuit、examine circuit and so in detail . The paper explained the method of control and the thought of software . In regard to the disturb in this system , adopt corresponding methods to avoid it . This system got used to the trend of digital power in the international , used the micro-computer fully , and improve the general use of the power . In the experiment I used the simulator of INSIGHT52-E and the MEDWIN of windows .The experiment is completed in the ship power station institute of ship engine , because work of the laboratory is very busy , there are some disadvantages in this system should be improve .Key words : Power station ; Power ; Single micro-computer ; Thyristor ; Fuzzy control目录摘要IAbstractII1 绪论11.1 课题研究的背景11.2直流调压系统在国外的发展趋势11.3模糊控制算法简介22 可控整流工作原理及单片机的选择32.1概述32.2晶闸管的工作原理和特性32.2.1晶闸管的工作原理32.2.2晶闸管的特性42.3可控整流电路52.3.1三相半控桥式整流电路53 模糊PID控制算法应用分析93.1基于HD的单片机双闭环直流调压系统的控制9 3.2模糊控制理论基础103.2.1模糊控制原理103.2.2模糊控制器的组成113.3基于模糊PID参数自整定的电流环和速度环控制器设计124 系统的硬件设计144.1可控整流电源主电路的设计144.1.1三相半控桥主电路的设计144.2单片机功能设计154.3显示器设计方案174.3.1同步信号形成模块184.3.2数据采集模块194.3.3触发模块205 系统的软件设计255.1系统的总体构成及主程序框图255.2触发模块程序流程图265.3数据采集处理程序流程图285.4模糊自整定PID参数程序流程图306 系统的抗干扰设计32 6.1微机系统中的主要干扰渠道和杭干扰措施32 6.1.1主要干扰渠道326.1.2抗干扰措施326.2印刷电路板的抗干扰设计336.3WATCHDOG技术336.4 CPU抗干扰技术34致35参考文献36附录A37附录B43附录C471 绪论1.1 课题研究的背景电子技术的快速发展，促使直流调压技术逐步从模拟化向数字化转变，特别是随着单片机技术的应用，使控制系统硬件电路简单、实时控制精度高，使直流调压技术又进人—个新的阶段。
智能化、高可靠性已成为直流调压系统的发展趋势，由单片机控制的直流调压系统就剧噘应这—潮流而产生的。
1.2直流调压系统在国外的发展趋势在现代工业中,电动机作为电能转换的传动装置应用广泛,随着对生产工艺、产品质量的要求不断提高和产量的增长,越来越多的生产机械要求能实现自动调压。
在可调压系统中,按照传动电动机的类型来分,可分为两大类:直流调压系统和交流调压系统。
交流电动机具有结构简单、价格低廉、维修简便、转动惯量小等优点,但主要缺点为调压较为困难。
相比之下,直流电动机虽然存在结构复杂、价格较高、维修麻烦等缺点,但由于具有较大的起动转矩和良好的起、制动性能以及易于在宽围实现平滑调速,因此直流调压系统至今仍是自动调压系统的主要形式。
直流调压系统的发展得力于微电子技术、电力电子技术、传感器技术、永磁材料技术、自动控制技术和危机应用技术的最新发展成就。
正式这些技术的进步使直流调压系统发生翻天覆地的变化。
其中电机的控制部分已经由穆尼控制逐渐让位于以单片机为主的微处理器控制,形成数字与模拟的混合控制系统和纯数字控制系统,并正向全数字控制方向快速发展。
1964年A.Schonung和H.stemmer首先提出把PWM技术应用到电机传动中,从此为电机传动的推广应用开辟了新的局面。
进入70年代以来,体积小、耗电少、成本低、速度快、功能强、可靠性高的大规模集成电路微处理器已经商品化,把电机控制腿上了一个崭新的阶段,以微处理器为核心的数字控制(简称微机数字控制)成为现代电器传动系统控制器的主要形式。
国发展情况:我国从六十年代初试制成功第一只硅晶闸管以来,晶闸管直流调压系统开始得到迅速的发展和广泛的应用。
用于中、小功率的0.4~200KW晶闸管直流调速装置己作为标准化,系列化通用产品批量生产。
目前,全国各大专院校、科研单位和厂家都在进行数字式直流调压系统的开发,提出了许多关于直流调压系统的控制算法:(1)直流电动机及直流调速系统的参数辨识的方法。
该方法据系统或缓解的输入输出特性,应用最小二乘法,即可获得系统环节的部参数,所获得的参数具有较高的精度,方法简便易行。
(2)直流电动机调压系统的模控制方法。
该方法依据模控制原理针对双闭环直流电动机调速系统设计了一种模控制器,取代常规的PI调节器,成功解决了转速照跳问题,能使系统获得优良的动态和静态性能,而且设计方法简单,控制器容易实现。
(3)单神经元自适应智能可能控制的方法。
该方法针对直流传动系统的特点,提出了单神经元自适应智能控制策略。
这种单神经元自适应智能控制系统不仅具有良好的静、动态性能,而且还具有令人满意的鲁棒性与自适应性。
国外发展概况：着各种微处理器的出现和发展,国外对直流电机的数字控制,调压系统的研究也在不断发展和完善,尤其80年代在这方面的研究达到空前的繁荣。
大型直流电机的调压系统一般采用晶闸管整流来实现,为了提高调速系统的性能,研究工作者对晶闸管触发脉冲的控制算法做了大量研究,提出了模控制算法、I—P控制器取代PI调节器的方法,自适应和模糊PID 算法等等。
1.3模糊控制算法简介以往的各种传统控制方法均是建立在被控对象精确数学模型的基础上,然而,随着系统复杂程度的提高,将难以建立系统的精确数学模型。
在工程实践中,人们发现,一个复杂的控制系统可由一个操作人员凭着丰富的实践经验得到满意的控制效果。
这说明,如果通过模拟人脑的思维方法设计控制器,可实现复杂系统的控制,由此产生了模糊控制。
模糊控制不需要被控对象的数学模型；是一种反映人类智慧的只能控制方法,它采用人类思维中的模糊量,如“高”、“中”、“低”、“大”、“小”等,控制量由模糊推理导出；它易于被人们接受,其核心是控制规则,模糊规则是用语言来表示的,如“今天气温高,则今天天气暖和”等,易于被一般人所接受；它构造容易,其规则易于用软件实现；鲁棒性和适应性好,通过专家经验设计的模糊规则可以对复杂的对象进行有效的控制。
模糊控制方法：该方法对模糊控制理论在小惯性系统上对其应用进行了尝试。
模糊控制理论可以用于直流并励电动机的限流启动和恒速运行控制,并能获得理想的控制曲线。
上诉的控制方法仅是直流电机调压系统应用和研究的一个侧面,国外还有许多学者对此进行了不同程度的研究。
国外发展概况随着各种微处理器的出现和发展,国外对直流电机的数字控制,调压系统的研究也在不断发展和完善,尤其80年代在这方面的研究达到空前的繁荣。
大型直流电机的调压系统一般采用晶闸管整流来实现,为了提高调压系统的性能,研究工作者对晶闸管触发脉冲的控制算法做了大量研究,提出了模控制算法、I一P控制器取代PI调节器的方法,自适应和模糊PID算法等等。
2 可控整流工作原理及单片机的选择2.1概述我国近几十年来,晶闸管制造与应用技术发展迅速,目前己能大规模生产各种类型的晶闸管元件,单个元件容量已达4000V、电流2000A以上。
由晶闸管组成的整流器可以在交流电压不变的情况下,方便的改变直流输出电压的大小,所以可控整流是方便的实现交流到可变直流的方法。
2.2晶闸管的工作原理和特性2.2.1晶闸管的工作原理晶闸管,也称可控硅,使目前应用比较广泛大容量功率变换和控制的主要电力电子器件,具有容量大、效率高、控制特性好、寿命长以及体积小的优点。