智能控制
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智能控制范文第1篇
关键词：智能可编程保护泵站智能控制
一般的泵站智能控制系统基本结构
泵站自动智能控制系统面向新建、扩建或改建的大、中、小型灌溉、排水及工业、城镇供水泵站的自动化智能控制，实现泵站的无人值班、远程智能控制、优化调度及经济运行。
泵站自动智能控制系统对全站泵组、电气系统、公用油、水、气系统、闸门控制系统、励磁系统及直流系统进行有效监视和控制，保证泵站更加安全、可靠、经济的运行，实现泵站无人值班（无人值守）的目标。
1、1泵站智能控制系统由以下组成：
上位机
泵站自动智能控制系统的上位机智能控制软件可选用力控、(i)FIX、WinCC、InTouch、组态王等组态软件。
现地控制单元LCU
现地控制单元可选用可编程控制器（PLC）为主并配以各种专用功能装置，国内采用较为流行的PLC主要有Siemens公司的S7系列，GE公司的90-30系列、90-70系列，MODICON公司的TSX QuantuPowerSafe、PremiuPowerSafe，以及AB公司的SLC500系列和ABB公司的MODECELL系列。
1、2系统典型配置
系统由主机、工控机、UPS、打印机、PLC、配电柜、传感器以及相应的应用软件和系统软件等组成。主机（操作员站）可采用PC机或服务器，通讯机采用PC机，当地工控机采用一体化PC工控机。
系统中PLC负责控制泵组的启停、闸门的启闭和开度、变电站和泵用电开关的分合、辅助设备油、气、水的自动控制。监视电机、电路故障；监视水位、水质、电量、温度及压力等是否有越限，并随时将这些信息报告给工控机。工控机对接收的数据和格式进行合理性校验，按数据类别进行分类、格式化，对水文数据进行时段处理，建立数据库，并用图形、图表及文字等形式将这些信息显示在显示器上。
系统通过各类传感器、智能仪表采集水位、流量、压力、温度、电量等模拟量、开关量、脉冲量和温度量
系统的配置和设备选型符合计算机技术发展迅速的特点，充分利用计算机领域的先进技术，并结合泵站自动化程度要求高的特点，使泵站运行管理智能化，并能方便地完成与其他管理信息计算机系统的连接。系统软硬件均采用模块化、结构化设计，具有高度的可靠性、安全性、实时性、实用性、灵活性和便于扩充。智能控制系统保证与泵站同步投运。
但是从以上的描述可以看出，除了泵站智能控制系统的PLC、LCU等设备以外，泵站的电力仍然需要配备完善的微机继电保护单元、智能配电仪表。并且在泵站的运行中占据了很重要的地位。
泵站智能控制中的LCU的组成
在泵站智能控制系统中，LCU（现地控制单元）典型的功能如下：
变电站LCU通过Modbus 网络实现与EP2013E继保单元、QP550,QP450测量单元、多功能电度表、micrologic5.0p低压400V智能测控单元、220V直流电源装置的通讯。主变、站变、35kV和6kV母线PT等设备的部分信号通过硬布线接入变电站LCU的I/O模块，以满足供电部门的要求和事件顺序记录（SOE）分辨率的需要，便于故障的分析和处理。如下图：
LCU实现了PLC的控制功能，通过与微机继电保护通讯实现了对电力的保护，通过与智能配电仪表的实现了对电力的智能控制。但是，这样的实现方案有以下的缺点：
可靠性低：由于组成的部件多，连接线多，出错的可能性大。
安装困难，占空间大
成本高
调试复杂，时间长，费用大：多个不同的产品互联，很难调试。
PowerSafe智能全可编程保护管理单元
随着计算机技术的发展，微机继电保护发展到了一个崭新的高度，新一代的可编程保护管理单元能够涵盖继电保护、PLC、电力智能控制的全部功能。
以美国电气控制公司（ELECON）系列可编程保护管理单元为例：
PowerSafe是ELECON研发的成套新一代可编程保护管理单元。产品采用大容量、资源冗余设计，适用于110KV及以下电压等级电网的保护、控制、测量和监视。
可编程保护管理单元具备PLC的逻辑可编程功能
POWERSAFE提供支持IEC-61131-3图形可编程标准的PLC逻辑可编程功能。通过配套的SafeLogic软件包就可以在Windows®环境下用逻辑图形符号对保护元件、输入信号、继电器出口、指示灯、故障录波触发等资源进行简单的编程，形象直观。PLC功能使泵站监控系统所需要的自动化功能和顺序逻辑控制功能集成到一个装置中。
可编程保护管理单元具备多总线通信
POWERSAFE支持RS485总线、光纤、CAN现场总线或以太网通信网络形态，以满足不同用户、不同工业现场、不同网络环境、不同规模的系统对通信和网络结构的要求。支持双网模式，并行或以热备用方式工作。从而进一步提高了通信的可靠性。可以使用IEC60870-5-103规约 或者Modbus RTU规约实现与上层设备的通信。
可编程保护管理单元具备丰富的接口资源
POWERSAFE提供的接口资源包括：8个交流电流、4个交流电压输入；3个4-20mA/0-5V RTD输入信号；16路或32路开关量输入（交直流两用）、11路或16路开关量输出；通信接口有1个RS485，1对光纤，1个RS232调试口，1个CAN，以及2个以太网。
高可靠性设计
POWERSAFE本着稳定可靠、经久耐用的设计原则，全部采用工业级元器件、所有与外界的连接均做到了充分的电气隔离，并内置抗雷击保护电路和电源滤波器。专业的EMC设计。对装置输入电源、模拟和数字电源进行实时监测，配合完善的在线自检测试程序，从根本上保证了其运行的可靠性。对输入电源的监视使得POWERSAFE在停电之前将重要数据及时保存。
全面的事故分析记录
POWERSAFE能为用户提供的用于事故分析诊断的信息有8次故障录波和100条SOE。其中，每次故障录波的长度为故障前4后24共28个周波，每周波32点采样，实时记录包括9个交流量、32个开入、16个开出量、所有保护模块的状态；SOE除了记录各种保护动作信息外，还记录经过滤波的开入变位，以及其它有助于事故分析的信息，包括装置上电、装置掉电、装置复位、信号复归、遥控操作、就地操作、修改保护定值、装置自检错误、装置超温等信息。借助于SafeLogic软件包可以对故障录波进行详尽直观的分析。
高精度测量
POWERSAFE的测量功能包括对IA、IB、IC、I0、UA、UB、UC、UAB（UAB1）、UBC（UBC1）、UCA（UCA1）、U0、UAB2、UBC2、UCA2、P、Q、f、fs、PF的精准测量，以及对正向kWh、反向kWh、正向kVarh、反向kVarh的计量。其中电压、电流和功率因数的测量精度达到了0.2级，功率、电度的精度达到了0.5级，测频偏差最大±0.01Hz。采用频率跟踪技术，实时监视系统频率的变化，实时调整数据采样的时间间隔，可以彻底消除基频波动引起的计算误差，能保证在基频偏离工频50Hz很大的情况下准确计算出当时系统的基频分量、谐波分量和序分量。并且，POWERSAFE的测频通道可以自动切换，只要有交流电输入，就有频率值。
精准的校时
POWERSAFE的校时有三种：人工装置面板校时，通信校时和IRIG-B码校时。其中，人工装置面板校时为粗校时，无精度可言，一般用于调试；通信校时的精度小于±100ms；而IRIG-B码校时的精度小于或等于±1ms。精准的校时保证了故障录波和SOE信息的可信度，提升了它们在事故分析中的价值。尤其，即使POWERSAFE发生复位或短暂掉电，也不影响它的时钟精度。
功能齐全、使用方便的面板
POWERSAFE的面板设计美观、简洁，使用方便、简单。大液晶显示屏上可以显示主接线图，开关和隔刀、地刀的实时位置，也可以同时显示测量实时值。使用4个用于设备控制的按键（对象选择、分、合、就地控制）就可以对主接线图中的设备进行分或合操作。POWERSAFE的面板显示有两个由用户定义的主画面（包括泵的运行状态画面），用户可根据需要，在SafeLogic上将常用的信息定义在两个主画面上，查看起来极其方便。此外，POWERSAFE的面板还包括8个可以编程的3色LED指示灯，1个用于就地/远方控制切换的按键和对应的3个位置指示灯，1个信号复归按键和一套由上、下、左、右4个按键、1个退出、1个确认按键组成的人机交互键。人机界面有两个用户级别，浏览级和控制级。浏览级用于日常的测量和监视，而控制级可用于设定参数和保护定值、就地操作。
POWERSAFE的人机交互有充分的提示信息，易学易会。
智能可编程保护管理单元在泵站智能控制中的应用
由于智能可编程保护管理单元具备PLC、LCU、继电保护、电力仪表等全部的功能，完全可以应用在泵站智能控制中。
每个PowerSafe可编程保护管理单元具备以下设备的功能：
完善的继电保护功能;
全面的电力测量功能，完全取代智能配电仪表
模拟输入，可接入温度变送器，取代温度巡检仪。
最多可扩展32DI,16DO的可编程节点，取代PLC
可以组态的大屏幕液晶显示，取代显示面板。
多总线通信，不需要其他的通讯辅助设备。
结论
智能控制范文第2篇
1．1控制模块的硬件设计控制模块选用了STM32F107VC32位ARM处理器［1］，此芯片集成了各种高性能工业标准接口，且STM32不同型号产品在引脚和软件上具有完美的兼容性，可以轻松适应更多的应用。MCU本身包含有标准RS23，ISP及USB通讯接口，运行频率高达72MHz，因而使得系统能够以精简的设计，高速的数据处理速度完成智能控制。STM32系列单片GPIO口多达51个，大部分可复用，本模块中所配置GPIO口包括：RS232通讯接口PB10，PB11，连接图2中Flow＿TXD，Flow＿RXD，传输流量传感器检测信号；ISP三线通讯接口PC9，PC10，PC11，对应图3中PV＿CS，PV＿SLCK，PV＿DIN信号；PC8输出切换信号。控制模块选用的流量传感器为FS4001系列小流量气体质量流量传感器。FS4001是专门为各类小流量气体的测量和过程控制而设计的，其独特的封装技术使之可用于各类管径，成本低、易安装、不需要温度压力补偿，可替代容积式或压差式的传统流量传感器，其精度达到±（1．5＋0．5FS）％，重复性达到±0．25％，1mm通径传感器，最大流量达到200SCMM。FS4001与MCU通过RS232接口进行通讯，经过MAX3232实现电平转换后，按照专用通讯协议，可完成FS4001自校准以及流量读取。接口电路见图2。STM32F107VC对测得流量和设置流量之差进行比较以及控制算法的计算后，将控制数字量输出至DA芯片LTC2641，DAC将数字量转换成模拟控制量，经低功耗、精密单电源运算放大器OPA2234及放大管2N3904将信号放大后驱动比例阀，完成流量的控制。控制模块中的DAC为单极性LTC2641，此芯片仅消耗120μA电源电流，就满标度阶跃而言，仅用1μs就能稳定在0．5LSB以内。DAC通过3线SP兼容串行接口，以高达50MHz的时钟速率通信，其6位INL误差最大值在整个温度范围内为仅±2LSB。DA转换及比例阀驱动电路见图3。控制模块中比例阀选用VSO?系列热补偿型微型比例电磁阀［2］，通过VSO技术（voltagesensitiveorifice），即电压敏感性通径技术，比例阀可以根据输入电流的大小，精确的控制气体流量比例。比例阀通过直流电流驱动或脉冲调幅驱动，并使用闭环反馈控制，能够获得优化的系统性能。本模块中的比例阀线圈最小工作电压20VDC，控制电流范围在0～91mA，电流与流量的关系如图4。模块中气氛切换的功能实现是通过MCU发送切换信号，控制管子2N3904的导通与关闭，来驱动VZ100电磁阀两通道的转换来完成。切换功能电路见图5。
1．2模块的软件设计模块软件分为两部分：控制软件及交互软件。控制软件包括数据采集，与比列阀，流量传感器及上位计算机的通讯，数据滤波，PID控制算法等，采用C语言；交互软件则主要用于计算机操作，便于用户进行流量设置与气氛切换的操作，同时可实时显示气氛流量曲线以及数据储存，采用VB语言编写。
2测试结果
目前模块样机配置于DSC30热分析仪上，通过此模块控制通入仪器炉体的吹扫气氛，测试时，模块的气路一，通入氮气，配合控制软件，设置气氛流量为50ml／min，观察仪器DSC基线数据约25min，采样图谱见图6所示。图谱显示基线平直度完美。DSC30共有两路气氛输入，在实验过程中设置气路一气氛（氮气）流量为50mL／min，气路二气氛（氧气）流量60mL／min。开始测试时，缺省通入气氛一，实验5min后，按气路切换键，切换为气氛二通入，可观察到软件窗口中气氛一和气氛二数值的变化，气路二采样数据（以秒为时间单位）见表一。根据测试数据可以看出，模块的气氛控制精度误差＜±0．1mL／min，切换稳定时间＜16s。
3结束语
智能控制范文第3篇
【关键词】智能控制技术；智能建筑；应用
智能控制技术和智能建筑的发展是相互依存的，不仅为人们提供了舒适的居住和工作环境，而且不断进步的智能控制技术在智能建筑的应用也令人们感觉到信息化社会的优越性。但是，智能控制技术在智能建筑的应用中还存在一些问题，亟待需要解决。
1 智能控制技术在智能建筑应用的现状
1.1 智能控制技术与智能建筑
所谓智能控制技术，就是指计算机技术、控制技术和通信技术等现代化信息技术的结合，它是不断发展前进的，依托于智能建筑的发展，又推动着智能建筑的发展。所谓智能建筑，就是指现代化建筑技术与智能控制技术等体系相结合的产物，它大大提高了人们的生活质量、工作效率和管理水平。随着经济社会的发展，人们对生活质量的要求日益提高，智能建筑的建设和发展更加快速。
1.2 智能控制技术在智能建筑中的应用现状
就我国而言，我国的智能建筑仍然处于初级和探索阶段，现在智能建筑技术与绿色建筑技术结合起来，更加丰富了智能建筑的内涵，既为使用者提供健康、舒适、安全的居住和工作空间，也能够提高资源的利用率、降低对环境的影响。现在，控制技术经过了DCS（集散式控制系统）、PLC（逻辑控制系统）技术的发展，DDC（直接数字控制）在这一领域的应用也日益广泛。智能控制技术在智能建筑中的应用也日益深化，但是在应用过程中还存在一些问题，需要相关部门积极寻求解决的措施。
2 智能控制技术在智能建筑应用中存在的问题
智能控制技术在智能建筑中的应用日益广泛，但是还存在一些问题，主要以下几个：
2.1 控制网络协议的标准化工作有待进一步深化
现在，智能控制技术在智能建筑中的应用进一步深化，但是控制网络协议还没有完善的标准，这不仅造成了智能控制技术在智能建筑应用过程中缺乏统一的标准，而且也会降低技术应用的效率。例如，BACnet协议中的与CCTV相关的标准还没有制定出来，而CCTV是楼宇自控系统的重要组成部分，因此，在BACnet中实现其相应的对象标准是必须的。
2.2 agent技术的应用许多还停留在规划阶段，许多相关的技术细节需要进一步深入研究
agent技术是智能控制技术的重要组成部分，虽然它在智能建筑中已有所应用，但是大多仍然停留在规划阶段，很多与之相关的技术细节不深入、细致，还需要进一步深入研究，这也影响了智能控制技术在智能建筑中的应用的深度和范围。例如，agent运行平台的优化，适合智能楼宇的agent通信语言的研究等；
2.3 智能agent技术与日益标准化的控制网络协议之间的融合还没有得到充足的重视
目前，研究者还没有将智能agent技术与日益标准化的控制网络协议之间的融合提上议事日程，说明其还没有得到研究者的充分重视。这也不利于智能控制技术在智能建筑中的应用，因此，将agent更好地构建于统一的控制网络之上应该成为下一步研究的重点。
2.4 支撑agent运行的嵌入式平台，应该是另一个研究重点
它包括底层运行的嵌入式操作系统的研究和agent运行的嵌入式平台的研究，简言之，智能建筑已经发展到第三代，它的发展有赖于第三代建筑智能建筑技术的发展，特别是人工智能技术以及与控制相关的agent技术。但是就目前的发展水平而言，我国在智能建筑领域的技术平台还不是很完善，支撑agent运行的嵌入式平台还没有得到广泛的运用，这会不利于智能控制技术在智能建筑中的应用。
3 应采取的策略
为了解决上述问题，相关部门应采取相应的措施加以解决，主要以下几个：
3.1 计算机技术是智能建筑的主要依托
计算机技术发展到一定水平，特别是计算机应用的广泛到很高的程度之后，计算机已成为人们生活中不可缺少的重要工具。这与其能力、效果、规模、以及联络范围有关，所以大型计算机效果更好。起初可能只是一间办公室的设备，之后逐渐发展成整栋办公楼的数据库的计算机系统及各种子系统和各种附属设备，使计算机转化为建筑物的一个部分。与此同时，为了提高控制的方便性、可靠性，又可达到科学地节约能源的目的，建筑物内的各种设备控制管理也应用计算机进行。因此智能化建筑可以为用户提供业务活动。
3.2 通讯技术是智能建筑的重要内容
由于技术发展，通讯已成熟的采用各种各样的传播为社会服务层次越高的科研管理等。对通讯的水平要求也就越高。通讯给人们带来了能量巨大的信息通道，达到了信息资源全球性共享。这样的科技发展具有深远的意义，甚至成为时代的象征，所以有“21世纪是信息时代”之说。在这样的背景下，建筑物必然需要为用户配置足够多的各种运行十分可靠的通讯系统，通过不同的网络渠道为用户服务。这可以说是智能建筑的又一特点。
3.3 智能化集成是智能建筑体现功能的神经中枢
如目前所公认，建筑物智能化包括三大系统：建筑物自动化系统(BAS)办公自动化(OAS)及通讯自动化系统(CAs)。这三大系统所涉及的各种传感器、控制器、信息传输设施等设置在整个大厦的各个部位，而其主系统的主机，子系统的主机也都按楼宇管理者的不同要求设置在各部位。每个系统的数据～信息流，都按各系统的技术逻辑要求进行传输。因此宽频带，高速度，大容量的不线综合布线系统应运而生。在这个基础上，系统集成的目标就是将上述三大系统进行信息综合管理，形成一一个统一协调的整体，构成各子系统的有机结合，实行信息交换和共享，而不是个大系统子系统的简单的堆集。此外这项技术应该是先进的、经济的，而且能方便的适应技术的发展和扩容的需要。显然智能集成是智能建筑体现功能的神经中枢，这一比喻十分形象。智能的建筑不一定要豪华，应让使用者舒适方便。
4 结语
智能控制技术在智能建筑中的应用日益广泛，通过智能设备与网络的结合建立一个完整、统一的监控管理平台，以实现对楼宇设备自动化系统（BAS）、通讯自动化系统（CAS）和办公自动化系统（OAS）的整合，从而建立现代化的信息服务和物业管理系统，促进智能控制技术在智能建筑中的应用。
参考文献：
[1]蒋文斌，许毅平，周宁，梁超，楼字智能控制技术研究进展，计算机工程与应用[J]，2002（7）
[2]李旭，智能建筑浅谈，中国科技信息[J]，2005（7）
智能控制范文第4篇
装置总体设计
鉴于目前所实施的阶梯峰谷电价和将来的实时电价政策，文中设计的家电控制装置包括智能插座和家庭互动终端，两个装置通过无线通信构成一套家庭用电系统网络，如图1所示。智能插座将采集用电数据发送给家庭互动终端，互动终端实时显示家庭用电和电价情况，互动终端根据电价情况为用户提供不同的智能节电方案，在满足用户用电需求的前提下，智能控制室内各电器工作属性，用户根据实际情况可以对节电方案进行调整，最大程度上降低用电量和用电费的支出，实现能源优化配置。
智能插座
智能插座是基于光纤复合电缆或无线双通道连接家电和电源的中间设备，实现家庭内部异构传感网络，对家庭用电设备进行统一监控与管理，在执行通断电操作、获得家电状态信息的同时兼插座使用。
1智能插座主要功能
1）对家用电器的用电量进行计量，并采集家电的电压、电流、功率、功率因数，将所需数据上传至家庭互动终端；2）利用无线等通信方式，接收互动终端下发的控制指令，对家用电器执行通断电操作，在家电进入待机状态时切断电源，达到消除待机能耗、节能省电的目的。
2智能插座硬件设计
根据智能插座的功能，硬件结构框图如图2所示，智能插座主要包含控制管理模块、开断模块、计量模块、通信模块、时钟和存储模块等。
1）控制管理模块
智能插座在功能上要求较低，但安装数量较多，因此在设计时经济实用性着重考虑，可选用ATMEL公司的AT89S52。
2）电能计量模块
用于监测电器当前的工作状态，如实际功率、电压、电流等，可采用计量芯片ATT7022B。
3）开关模块
智能插座内部的继电器来控制家用电器电源的通断，微处理器接收到通断电指令后，令继电器吸合或断开。
4）通信模块
选择ZigBee微功率无线技术，通信的可靠性和通信速率高。通信模块采用CC2530芯片，CC2530能以非常低的成本建立强大的网络节点，负责向控制器发送数据和接收控制器的指令。
家庭互动终端
用户通过家庭互动终端了解室内用电信息，互动终端根据电价情况为用户提供不同的智能节电方案，在满足用户用电需求的前提下，用户根据实际情况可以对节电方案进行调整。互动终端根据用电方案对各用电器进行控制，最大程度上降低用电量和用电费的支出，实现能源优化配置。
1家庭互动终端主要功能
1）接收智能插座发送的电器用电数据、实时电价数据，以及上述数据的存储。2）为用户提供平台，用户通过互动终端查询家庭用电信息及其它相关信息。3）用户设定电器控制指令，互动终端读取用户下达的条件并处理后将控制指令发送给各与家用电器连接的智能插座，从而控制家用电器的开关状态。对信息家电的调控可以不只是简单地开、关控制，设定的调控选项包括开关的控制、温度的设置、风速和模式的设置等，能够达到取代家电遥控器的作用。
2家庭互动终端硬件设计
根据家庭互动终端的功能，硬件结构框图如图3所示，互动终端主要包含控制管理模块、开断模块、计量模块、通信模块、时钟和存储模块等。
1）控制管理模块
家庭互动终端需要处理大量信息，因此需要一个性能优异的芯片才能保证其高效稳定工作，选用TI公司基于ARM核心的LM3S9000系列。
2）LCD与按键模块
该模块包括按键、LCD及其驱动3个部分，互动终端将接收到的家电用电信息、每天的实时电价经过处理以图表的形式展现给用户。
3）通信模块
互动终端的通信模块与智能插座类似，负责向智能插座发送控制指令和接收智能插座采集的数据。
4）数据存储模块
互动终端的数据存储模块包含微处理器的铁电存储器和LCD液晶屏的显存。
软件设计
1初始化设置
目前的居民电价政策主要是阶梯峰谷电价，随着智能电网的发展，还会采用实时电价政策。根据不同的电价政策，设计的装置为用户提供不同的能效服务，用户在使用装置时可以根据具体的电价政策选择装置的工作模式。对于阶梯峰谷电价参数的初始化输入，用户能将各阶梯电量、各阶梯的调价电费、峰谷时段输入到互动终端。互动终端LCD提供界面，用户根据界面提示通过按键依次输入各参数值；对于实时电价，用户只需选定后互动终端便进入工作状态并进行实时电价的采集。实现流程图如图4所示。
2信息获取及存储
在家庭正常用电时互动终端根据用户的初始化输入统计每天在峰电价时段工作的电器及其用电量，用户可以通过LCD查询统计的信息。家庭互动终端采集每天的实时电价并进行存储，以时段及相应电价的形式存储；互动终端LCD提供实时电价查询界面，以曲线图的形式展示，用户通过按键浏览过去一（两）天的实时电价，实现流程如图5所示。
智能控制范文第5篇
当今单片机的应用已经从单纯依赖于51系列单片机向其他多种单片机发展,尤其以嵌入式PIC单片机的发展应用更为广泛。PIC单片机含具有PWM功能的功能模块(CCP),利用此模块更容易通过软件实现PWM,且具有更快的执行速度。本文采用软硬件结合设计的方法,利用面积等效法,并且基于PIC单片机实现对试验逆变系统的PWM控制。
一、面积等效的PWM控制算法
目前生成PWM波的控制算法主要有4种:对称规则采样法;自然采样法;面积等效法;不对称规则采样法。
理论分析后知自然采样法和面积等效法相对于规则采样法谐波较小,对谐波的抑制能力较强。又因为PIC单片机片内无较大空间实现在线运算,所以自然采样法不利于软件实现。本文的试验系统采用面积等效法实现PWM控制,其原理如图1所示。
利用正弦波小块面积S1与脉冲面积S2相等原则,将正弦波的正半周分为N等分,则每一等分的宽度为π/N弧度,利用面积等效法计算出半个周期内N个不同的脉宽值,将产生的脉宽数列以列表形式存于PIC单片机的ROM中,以供程序调用。
二、软硬件结合试验系统
以PIC单片机内部的两个功能模块(CCP)为基础,利用该模块具有的PWM功能,软件控制两路PWM波形的输出。再将这两路PWM波利用互补导通原则变换成4路,经隔离放大后驱动IGBT逆变器,实现对输出的控制。
(一)硬件设计
试验硬件系统如图2所示。选择PIC单片机的中档系列,该系列单片机的主要特点有:
1.8K×14个FLASH程序存储器,368×8个数据存储器(RAM)字节;
2.功能模块丰富,含2个16位寄存器的CCP模块,具有PWM功能;
3.具有高性能的RISCCPU;
4.中断能力强,达到14个中断源;
5.除程序分支指令为两个周期外,其余均为单周期指令,且仅有35条单字指令;
6.含3个定时器,其中与PWM功能相关的定时器2(即TMR2)带有8位周期寄存器,且带有8位预分频器和后分频器。
逆变部分采用自关断器件IGBT实现单相全桥逆变。IGBT是全控型电力电子器件,它的控制级为绝缘栅场效应晶体管,输出级为双级功率晶体管,因而它具有两者的优点而克服了两者的缺点。它开关频率相对高,驱动功率小,构成的功率交换器输出电压纹波小,线路简单,是当今最具有应用前景的功率器件。
(二)软件设计
1.PIC单片机的设置。试验中设置PWM的频率为20kHz,并外接20MHz晶振信号,计算得指令周期即计时步阶为0.2μs。PIC单片机CCP功能模块的PWM功能实现主要依靠相关寄存器值的设定,且以定时器2(TMR2)作为PWM的时基。相关寄存器的设置如下。
(1)PWM周期的设定由寄存器PR2设定
(PWM)周期=(PR2+1)×4×Tosc×(TMR2)预分频(4)
试验中Tosc为20MHz,为提高分辨率,TMR2预分频设为1:1,由此计算得PR2=0XF9;
(2)定时器TMR2的控制寄存器T2CON设定
因为PWM频率高,周期短,在每个周期内完成脉宽的调整比较困难,故在此寄存器中设置后分频为1:3,这样每输出3个相同脉宽的PWM波后改变一次脉宽值;
(3)2个CCP模块的控制寄存器CCP1CON及CCP2CON的设定
两个CCP模块控制寄存器的设置类似,选择CCP模块作用于PWM功能模式,即bit3:0=11。
(4)CCPR1L脉宽写入寄存器
写入的脉宽值在下个TMR2周期开始时转至CCPR1H,通过读CCPR1H的脉宽值来改变PWM脉宽。
(5)寄存器TRISC
对应于CCP1和CCP2的输入输出设置,应设置为输出形式,即TRISC的bit2:1=00。
2.PWM波形产生的实现过程。软件控制PIC单片机使之产生PWM波形,首先将之前设置的寄存器值写入相关寄存器,当PIC的PWM功能开启后TMR2从0开始计数,同时CCP模块引脚输出高电平。
――当TMR2≥CCPR1L时,PWM功能引脚开始输出低电平。
――当TMR2≥PR2时,则TMR2=0,重新开始另一个周期计数,PWM功能引脚开始输出高电平。同时TMR2的中断标志位被系统置高,即TMR2IF=1,转去执行中断服务程序。
