圖4 控制電路組成框圖

　　由于發(fā)電機組為50 Hz交流輸出，為增加控制處理次數(shù)，必須采用全波整流方式。同時，為兼顧噪聲濾除和信號滯后，應(yīng)采用較小的整流濾波電容。

　　3 程序設(shè)計

　　控制保護程序由A/D變換控制程序模塊、E2PROM讀/寫控制程序模塊、輸出保護程序模塊和PWM輸出控制程序模塊等組成。采用計算機程序控制后仍然是一個基于PWM控制模式的擾動補償一階復(fù)合閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。

　　(1)A/D變換控制程序模塊。

　　本設(shè)計采用了串行輸出A/D變換器。由MCU內(nèi)部定時器提供定時中斷，調(diào)用A/D變換控制程序模塊完成Vs、Vo和Io的數(shù)字量化。

　　(2)E2PROM讀/寫控制程序模塊和輸出保護程序模塊。

　　E2PROM讀/寫控制程序模塊讀出預(yù)置的數(shù)據(jù)，與A/D量化數(shù)據(jù)進行比較，比較結(jié)果滿足保護條件時調(diào)用輸出保護程序模塊以完成輸出保護控制。

　　(3)PWM輸出控制程序模塊。

　　PWM輸出控制程序模塊完成PWM時間調(diào)整控制，控制關(guān)系為：T=K1Vs+K2Io+K3△V。式中，T為勵磁繞組導(dǎo)通時間;Vs為設(shè)置電壓;Io為輸出電流值;△V為輸出電壓Vo變化值;K1，K2，K3為增益控制系數(shù)。

　　Vs的A/D量化數(shù)據(jù)經(jīng)平滑濾波后與K1相乘得到基本輸出時間。

　　為提高對輸出電流Io變化的控制響應(yīng)，Io的A/D量化數(shù)據(jù)經(jīng)平滑濾波后與K2相乘后作為附加調(diào)整時間直接加入到基本時間上，若△V處理可以滿足要求時，可取消Io處理。

　　△V的處理是保證控制響應(yīng)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。△V是本次Vo采樣數(shù)據(jù)與前次Vo采樣數(shù)據(jù)的代數(shù)差?！鱒數(shù)據(jù)經(jīng)平滑濾波后與K3相乘后作為附加調(diào)整時間與基本時間進行代數(shù)運算得到最終PWM控制時間。

　　系統(tǒng)動態(tài)特性主要取決于增益控制系數(shù)K1，K2，K3。增益控制系數(shù)較小時系統(tǒng)響應(yīng)速度較慢，加大增益控制系數(shù)時系統(tǒng)響應(yīng)速度明顯提高。

　　系統(tǒng)控制精度取決于A/D變換器動態(tài)范圍。A/D變換器動態(tài)范圍增大，系統(tǒng)控制精度提高，同時系統(tǒng)動態(tài)特性也將有所改善。由于本設(shè)計中采用8位MCU器件，A/D變換器動態(tài)范圍增大后程序計算復(fù)雜度和程序運行時間也隨之增加，因此需綜合考慮確定A/D變換器動態(tài)范圍。

　　4 試驗結(jié)果

　　按照改進方案設(shè)計了電原理圖、印制電路板和控制程序，并進行了發(fā)電機組控制試驗。試驗結(jié)果和指標(biāo)如表1所示。

　　表1 主要檢驗項目試驗結(jié)果列表

　　對穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率和電壓波動率進行測試時發(fā)現(xiàn)，調(diào)整PWM最小調(diào)整值僅引起調(diào)整時間變化而不能改善電壓調(diào)整率指標(biāo)。分析確定為A/D變換器分辨力不夠。

　　對瞬態(tài)電壓調(diào)整率和電壓變化時間進行測試時發(fā)現(xiàn)，調(diào)整PWM最大調(diào)整值可明顯改善動態(tài)控制特性，但同時引起穩(wěn)態(tài)特性變差。分析確定為除A/D變換器分辨力不夠外，系統(tǒng)控制關(guān)系中各項系數(shù)還應(yīng)做組合優(yōu)化。

　　5 結(jié)束語

　　本文所述的汽油發(fā)電機組控制與保護電路數(shù)字化改進設(shè)計方案取得階段性成果。新設(shè)計的控制板實現(xiàn)機組控制與保護功能，正在進一步優(yōu)化設(shè)計以全面滿足技術(shù)指標(biāo)要求。優(yōu)化設(shè)計措施如下：

　　(1)增加A/D變換器動態(tài)范圍，改善穩(wěn)態(tài)電壓調(diào)整率和電壓波動率指標(biāo)。

　　(2)優(yōu)化穩(wěn)壓控制程序，提高電壓變化調(diào)整響應(yīng)速度。

　　早期設(shè)計定型的中小功率發(fā)電機組的控制保護電路絕大部分采用模擬電路實現(xiàn)。