一種嵌入式pid整流控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種嵌入式PID整流控制系統(tǒng)，包括三相橋式整流電路，三相橋式整流電路分別電路連接電壓電流采樣電路、鑒相電路和驅(qū)動電路，鑒相電路和驅(qū)動電路分別電路連接PWM發(fā)生電路，PWM發(fā)生電路和電壓電流采樣電路分別電路連接PID控制電路，PID控制電路分別電路連接離線PID參數(shù)整定模塊和觸摸LCD顯示屏。本實用新型的有益效果是整流器的調(diào)制精度高，輸出波形速度快。
【專利說明】一種嵌入式PID整流控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于整流器控制【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種嵌入式PID整流控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子技術(shù)的不斷改進，整流器的應用領(lǐng)域也在不斷地擴展，特別在一些特殊的領(lǐng)域，整流器的調(diào)制精度和開關(guān)頻率要求越來越高，而傳統(tǒng)運算器件如單片機等，由于自身運算能力的制約，輸出波形速度較慢，難以滿足快速驅(qū)動和高精度控制需要；同時，電子技術(shù)的發(fā)展對整流器的智能控制也提出了更高的要求，需要用先進的控制策略提高系統(tǒng)的可控性和穩(wěn)定性。
實用新型內(nèi)容
[0003]本實用新型的目的在于提供一種嵌入式PID整流控制系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有的整流器的調(diào)制精度不高，輸出波形速度較慢的問題。
[0004]本實用新型所采用的技術(shù)方案是包括三相橋式整流電路，三相橋式整流電路分別電路連接電壓電流采樣電路、鑒相電路和驅(qū)動電路,鑒相電路和驅(qū)動電路分別電路連接PWM發(fā)生電路，PWM發(fā)生電路和電壓電流采樣電路分別電路連接PID控制電路，PID控制電路分別電路連接離線PID參數(shù)整定模塊和觸摸LCD顯示屏。
[0005]本實用新型的特點還在于電壓電流采樣電路中RPl可調(diào)電阻大小為調(diào)節(jié)RPl電阻能夠使采樣電壓與輸入電壓比保持500:1。PWM發(fā)生電路采用CPLD芯片。驅(qū)動電路采用了6只場效應管對PWM放生電路的信號進行放大，六個變壓器回路進行電氣隔離。PID控制電路主控芯片采用采用STM32芯片。
[0006]本實用新型的有益效果是整流器的調(diào)制精度高，輸出波形速度快。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為整流控制系統(tǒng)總結(jié)構(gòu)圖；
[0008]圖2為三相橋式整流電路圖；
[0009]圖3為鑒相電路圖；
[0010]圖4為電壓采樣電路圖；
[0011]圖5為驅(qū)動電路圖；
[0012]圖6為CPLD邏輯框圖。
[0013]圖中，1.三相橋式整流電路，2.電壓電流采樣電路，3.鑒相電路，4.PWM發(fā)生電路，
5.驅(qū)動電路，6.離線PID參數(shù)整定模塊，7.PID控制電路，8.觸摸IXD顯示屏。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型進行詳細說明。
[0015]本實用新型涉及一種三相橋式整流控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)控制速度快、精確度高，尤其是使用了嵌入式系統(tǒng)并結(jié)合CPLD使得該系統(tǒng)在硬件上得到改進。本實用新型如圖1所示包括三相橋式整流電路1，三相橋式整流電路I分別電路連接電壓電流采樣電路2、鑒相電路3和驅(qū)動電路5，鑒相電路3和驅(qū)動電路5分別電路連接PWM發(fā)生電路4，PWM發(fā)生電路4和電壓電流采樣電路2分別電路連接PID控制電路7，PID控制電路7分別電路連接離線PID參數(shù)整定模塊6和觸摸IXD顯示屏8。電壓電流采樣電路2中RPl可調(diào)電阻大小為調(diào)節(jié)RPl電阻能夠使采樣電壓與輸入電壓比保持500:1。PWM發(fā)生電路4采用CPLD芯片。驅(qū)動電路5采用了 6只場效應管對PWM放生電路的信號進行放大，六個變壓器回路進行電氣隔離。PID控制電路7主控芯片采用STM32芯片。
[0016]本實用新型的組成部分如下:
[0017]如圖2所示，三相橋式整流電路I是整個控制系統(tǒng)的控制對象實現(xiàn)交流/直流的轉(zhuǎn)換，本實用新型中采用雙繞組變壓器和六只大功率的晶閘管連接；
[0018]電壓電流采樣電路2實現(xiàn)輸出直流電電壓電流檢測；采樣回路其特征在于調(diào)節(jié)RPl可調(diào)電阻使采樣電壓與輸入電壓保持500:1。
[0019]鑒相電路3采用過零點檢測方法實現(xiàn)三相交流電頻率鎖相；
[0020]PWM發(fā)生電路4采用CPLD芯片，該芯片負責接收鑒相電路發(fā)出的同步信號，實現(xiàn)鎖相，同時CPLD通過總線與STM32通信，獲取PWM參數(shù)，產(chǎn)生PWM波，實現(xiàn)對主電路開關(guān)器件的控制；
[0021]驅(qū)動電路5是主電路和控制電路的接口，實現(xiàn)控制信號的隔離與功率放大，并對功率器件進行檢測、保護；
[0022]系統(tǒng)采用了 ARM結(jié)合CPLD芯片的形式，其中PID控制電路7采用的ARM的芯片完成PID控制策略，并協(xié)調(diào)各部分電路的工作，在PWM發(fā)生電路中采用CPLD的芯片能夠準確的實現(xiàn)對三相橋式整流電路I中的六個大功率器件進行驅(qū)動。CPLD的設(shè)計是采用了 PWM雙脈沖觸發(fā)，主要模塊包括譯碼片選器、同步信號處理、寫控制端、脈沖數(shù)據(jù)緩沖，總線接口，邏輯控制。PID控制電路7中采用STM32主控芯片實現(xiàn)PID控制算法，并組織協(xié)調(diào)其它電路正常工作；
[0023]觸摸IXD顯示屏8采用智能化可控觸摸彩色顯示屏，它可以通過串口與控制板進行通信，由預設(shè)的控制命令控制顯示器，其編程簡單，可以節(jié)省編寫傳統(tǒng)LCD硬件驅(qū)動的大
量工作。
[0024]采用ARM芯片實現(xiàn)PID控制模塊，使用CPLD設(shè)計脈沖發(fā)生器。這樣做的目的在于更好地發(fā)揮ARM芯片的系統(tǒng)協(xié)調(diào)功能，同時可以利用CPLD編程靈活的特點實現(xiàn)觸發(fā)脈沖電路，減輕ARM芯片的計算負擔。ARM芯片采用意法半導體公司的STM32103F芯片；CPLD采用Lattice 公司 LCMX01200C-3T100C 芯片。
[0025]離線PID參數(shù)整定模塊6完成對PID控制電路7的離線參數(shù)整定，離線參數(shù)整定過程就是在系統(tǒng)沒有運行的情況下根據(jù)模型仿真的方法得到參數(shù)，然后在實際系統(tǒng)中進行微調(diào)。
[0026]下面將結(jié)合附圖給出本實用新型的具體技術(shù)方案。
[0027]圖3為鑒相電路3的設(shè)計，圖中比較器LM393和電阻R84組成的高精度電壓互感器，R84為采樣電阻。V7、V8為穩(wěn)壓器，相電壓從U端輸入到比較器正向，經(jīng)過比較器后輸出只有高低電平的方波，電容C54為濾波電容。鑒相電路3將交流電的正弦波轉(zhuǎn)化成為只有高低電平的方波。
[0028]圖4為電壓電流采樣電路2的設(shè)計，電壓采樣器件為LEM公司的LV28-P電壓傳感器，其原邊額定電流為10mA，轉(zhuǎn)化率為2.5:1 ;電流采樣器件為LEM公司的LT59-S7電流傳感器，其原邊額定電流50A，轉(zhuǎn)化率為1000:1。
[0029]圖5為驅(qū)動電路5的設(shè)計，驅(qū)動電路5由六只場效應管IRF840作為控制器件。PWM小信號輸入到場效應管的控制端，經(jīng)過場效應管后信號放大，然后輸出可控硅控制信號，在該電路中變壓器回路導通起到電氣隔離的作用。
[0030]圖6為基于CPLD的PWM雙觸發(fā)器框圖，PWM雙脈沖觸發(fā)模塊采用Lattice公司LCMX01200C-3T100C芯片。該芯片是在同等規(guī)模芯片中，內(nèi)部時鐘建立時間較短，輸出延時較短的芯片，PWM觸發(fā)模塊主要包括譯碼片選器、同步信號處理、寫控制端、脈沖數(shù)據(jù)緩沖，總線接口，邏輯控制。
[0031]本實用新型的具體實施過程如下:
[0032](I)在觸摸IXD顯示屏8上設(shè)置用戶要求的參數(shù)，并將系統(tǒng)參數(shù)通過串口發(fā)送到PID控制主電路；
[0033](2)通過電壓電流采樣電路2對三相橋式整流電路I的電壓電流進行采樣；
[0034](3)將采樣的電壓電流信號傳送到PID控制電路7，經(jīng)過PID算法得到可控硅觸發(fā)角的大小；
[0035](4)觸發(fā)角的大小發(fā)送給PWM發(fā)生電路4，PWM發(fā)生電路4通過鑒相電路3對相位的檢測信號與PID控制電路7發(fā)送的信號相比較，發(fā)出控制信號；
[0036](5)控制信號發(fā)送到驅(qū)動電路5通過控制SCR的觸發(fā)角度來調(diào)整三相橋式整流電路I輸出電壓的大小。
[0037]本實用新型基于ARM(AdvancedRISCMachines)、CPLD (Complex ProgrammableLogic Device)復雜可編程邏輯器件的嵌入式PID整流控制系統(tǒng)。本實用新型是以三相橋式全控整流電路為控制對象，以PID控制算法為控制策略，通過CPU與CPLD的協(xié)同工作實現(xiàn)的數(shù)字化全控整流控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)模擬電路驅(qū)動的整流電路難以通過計算機控制、系統(tǒng)擴展性差，調(diào)制精度不高，輸出波形速度較慢的等缺點。本實用新型的整流器的調(diào)制精度高，輸出波形速度快。
【權(quán)利要求】
1.一種嵌入式PID整流控制系統(tǒng)，其特征在于:包括三相橋式整流電路(1)，三相橋式整流電路(I)分別電路連接電壓電流采樣電路(2 )、鑒相電路(3 )和驅(qū)動電路(5 )，鑒相電路(3 )和驅(qū)動電路(5 )分別電路連接PWM發(fā)生電路(4 )，PWM發(fā)生電路(4 )和電壓電流采樣電路(2)分別電路連接PID控制電路(7)，PID控制電路(7)分別電路連接離線PID參數(shù)整定模塊(6 )和觸摸IXD顯示屏(8 )。
2.按照權(quán)利要求1所述一種嵌入式PID整流控制系統(tǒng)，其特征在于:所述電壓電流采樣電路(2)中RPl可調(diào)電阻大小為調(diào)節(jié)RPl電阻能夠使采樣電壓與輸入電壓比保持500:1。
3.按照權(quán)利要求1所述一種嵌入式PID整流控制系統(tǒng)，其特征在于:所述PWM發(fā)生電路(4)采用CPLD芯片。
4.按照權(quán)利要求1所述一種嵌入式PID整流控制系統(tǒng)，其特征在于:所述驅(qū)動電路(5)采用了 6只場效應管對PWM放生電路的信號進行放大，6個變壓器回路進行電氣隔離。
5.按照權(quán)利要求1所述一種嵌入式PID整流控制系統(tǒng)，其特征在于:所述PID控制電路(7)主控芯片采用采用STM32芯片。
【文檔編號】H02M7/162GK203708125SQ201420053597
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】王俊年, 龔明, 錢瞻 申請人:湖南科技大學