[发明专利]双凸极发电机电压调节控制方法

摘要

本发明涉及一种双凸极发电机电压调节控制方法，包括双凸极发电机、交-直流转换电路和励磁调节器，所述交-直流转换电路和励磁调节器分别与双凸极发电机电连接，交-直流转换电路与励磁调节器电连接；其具体调节步骤是：以双凸极发电机输出直流电压偏差、输出直流电压偏差的导数与积分作为独立状态变量构建一阶线性滑模面方程S，并实时计算滑模面方程S的输出，与由DSP微处理器产生的三角形载波进行交截，从而得到励磁调节器的开关管Q₂的通断信号，进而调节励磁电流并使发电机的输出直流电压得以调节和稳定。本发明能够克服发电机系统由于长期运行，结构参数变化而导致的发电性能下降的缺点，并提高电机的动态响应。

主权项

一种双凸极发电机电压调节控制方法，包括双凸极发电机（1）、与负载电路（4）电连接的交‑直流转换电路（2）以及励磁调节器（3）；所述双凸极发电机（1）的A、B、C三相电压输出端与交‑直流转换电路（2）的输入端电连接，交‑直流转换电路（2）的输出端与励磁调节器（3）相应的连接端电连接，所述双凸极发电机（1）的励磁绕组连接端与励磁调节器（3）相应的连接端电连接，其特征在于，其具体控制步骤是：步骤a、所述励磁调节器（3）包括励磁功率变换器（3‑4），而励磁功率变换器（3‑4）包括开关管Q₁、Q₂，且开关管Q₁为恒导通状态，根据所述交‑直流转换电路（2）的滤波电路（2‑2）的电容C_o值和负载电路（4）的最大负载值R_L，建立励磁功率变换器（3‑4）的开关管Q₂的滑模方程S；方程表达式如下:公式1    其中：α₁、α₂、α₃表示的是滑模系数，β表示的是经励磁调节器（3）的输出电压检测电路（3‑2）处理后输出的电压缩放比例；β/C_o表示的是经励磁调节器（3）的电容电流检测电路（3‑1）处理后输出的电压缩放比例；U_r为双凸极发电机（1）通过交‑直流转换电路（2）输出的直流电压参考值；U₀为双凸极发电机（1）输出的三相电压送至交‑直流转换电路（2）得到的直流电压；k表示当前采样时刻；U₀（k）为所述直流电压U₀在经过输出电压检测电路（3‑2）后当前采样时刻的值；I_Co[k]为流过电容C_o的电流I_Co经过电容电流检测电路（3‑1）后当前采样时刻的值；T为励磁调节器（3）的DSP微处理器（3‑3）的定时器T1所设定的采样周期；e[k]为双凸极发电机（1）输出的直流电压参考值U_r与U₀（k）的差值；L为双凸极发电机（1）的电感，其值为A相和B相的相电感之和减去2倍的A、B相间互感； 由公式1可得：公式2由公式2得：公式3上述的公式2和公式3中，S[k]为当前采样时刻的滑模方程S输出的值；S[k‑1]为前一采样时刻的滑模方程S输出的值；△S[k]为当前采样时刻的滑模方程S输出的增量，即为滑模方程S在当前采样时刻输出值S[k]与前一采样时刻输出值S[k‑1]之差；I_Co[k‑1]为流过电容C_o的电流经过电容电流检测电路（3‑1）后前一采样时刻的值；e[k‑1]为直流电压参考值U_r与前一采样时刻U₀（k‑1）的差值； 步骤b、由所述励磁调节器（3）的DSP微处理器（3‑3）进行功能口设定并初始化变量；将DSP微处理器（3‑3）的PWM1、PWM2口定义为I/O口，并初始化模数转换通道ADCINA0和ADCINA1；设定U_r=0、U₀（k）=0、U₀[k‑1]=0、I_Co[k]=0、I_Co [k‑1]=0、e[k]=0、e[k‑1]=0、 S[k]=0、 S[k‑1]=0、 ΔS[k]=0; 根据公式1进行参数计算，并设定α₁、α₂、α₃的值；步骤c、初始化DSP微处理器（3‑3）的定时器T1，并由定时器T1管理AD中断，定义并使能AD中断；初始化DSP微处理器（3‑3）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（3‑3）中定时器T1的工作模式为连续增模式，且设定定时器T1的周期寄存器T1PR中的值，并初始化定时器T1的计数寄存器T1CNT中的值为零，利用定时器T1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T1的计数寄存器T1CNT中的值等于定时器T1的周期寄存器T1PR中的设定值；设定DSP微处理器（3‑3）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4上述公式4中，为定时器T2的工作频率，为所造三角载波的频率；定时器T1的周期寄存器T1PR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T1的计数寄存器T1CNT和定时器T2的计数寄存器T2CNT，由所述DSP微处理器（3‑3）的定时器T1的计数寄存器T1CNT开始进行计数；所述DSP微处理器（3‑3）的定时器T2的计数寄存器T2CNT开始进行计数，从而产生固定频率为f_s的三角形载波；步骤d、当定时器T1的计数寄存器T1CNT中的值等于定时器T1的周期寄存器T1PR中的设定值时，响应AD中断，计数寄存器T1CNT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U₀，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U₀（k）；检测流过滤波电路（2‑2）的电容C₀的电流I_Co，并送至DSP微处理器（3‑3）的模数转换通道ADCINA0进行模数转换后得到当前时刻的电容电流I_Co[k]；步骤e、计算当前时刻e[k]= U_r ‑ U₀[k]；并按公式2计算滑模面方程S输出在当前时刻的增量ΔS[k]和S[k]；比较S[k]与周期寄存器T2PR中的设定值，若S[k]≥周期寄存器T2PR中的设定值，则开通开关管Q₂，且令S[k]= 周期寄存器T2PR中的设定值；否则，比较S[k]≤0是否成立，若S[k]≤0，则关断开关管Q₂，并令S[k]=0；否则，比较S[k]与计数寄存器T2CNT中的值，若S[k]≥计数寄存器T2CNT中的值，则开关管Q₂导通，励磁电流上升，双凸极发电机（1）通过交‑直流转换电路（2）输出的直流电压上升；若S[k]<计数寄存器T2CNT中的值，则开关管Q₂关断，励磁电流下降，双凸极发电机（1）通过交‑直流转换电路（2）输出的直流电压减小；再按如下公式更新数值，以便进行在下一次AD中断响应时，计算滑模面方程S输出并给出开关管Q₂的通断状态，公式5在更新数值后，则开关管Q₂完成了1次通断调整；当定时器T1的计数寄存器T1CNT中的值再次等于定时器T1的周期寄存器T1PR中的设定值时，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。