论文总字数：24151字

摘 要

直流电机是能够将直流电的能量转化为机械能的电力装置，直流电机和交流电机相比有着良好的运行特性和控制特性，而且直流电机调速范围广，直流电动机可以无级调速，且能抗过载，因此直流电机在对于启动和调速有着高要求的场合被广泛使用。

直流电动机具有响应迅速、负载能力强、控制性能优良等优点，在需要较大的起动转矩和性能要求高的生产机械上有着广泛的应用。大中型直流电机一般采取他励的方法工作。为了直流电机能够正常工作，必须保证直流电机励磁电压/电流的稳定，否则将会造成千万级别设备的严重损坏及人身损失。由于电网供电条件、电机负载变化都会使励磁供电进线电压波动，从而造成励磁电压/电流波动。所以，励磁控制对于直流电机的正常、安全运行至关重要。

本课题要求在总结有关励磁控制技术方法的基础上，完成采用1~2种控制方法、控制参数整定方法的励磁控制仿真实验，对有关控制方法、参数整定及控制结果进行分析讨论，研究有关励磁控制方法在基于微控制器的测量控制平台上设计、开发与实现。

将STC12C5A60S2系列的单片机作为控制器的主处理器，采用全控整流电路实现励磁电流/电压控制，拟利用片上ADC完成有关采样/测量功能；能够根据应用需要设置有关工作参数，具有显示设定励磁电流/电压设定值、测量值等运行数据的功能。

关键词：单片机 励磁控制 直流电机

Research and implement of Excitation Control

Abstract

Direct current motor can change Direct Current into Alternating Current,Compared to alternating current motor,direct current motor has good performances of speed regulating and application-starting.Besides,direct current motor have wide speed range,support high overload and Stepless speed regulated.Direct current motor is widely used where speed regulating and application-starting have high requirements.

Direct current motor has advantages of quick response,support high overload and good control performance.Direct current motor is widely used where large starting torque and good performance are required.Large and medium sized direct current motor usually uses the separated excitation method,In order to make sure direct current motor working well,we must stable the exciting current and exciting voltage.Or we may destroy the equipment,even worse we will get hurt.Power supply conditions of power system and the change of load can cause the fluctuation of exciting current and exciting voltage.Excitation control plays an important role in making direct current motor woking well.

The article summarize methods of excitation control,using 1 or 2 methods to accomplish the experiment of excitation control.analysing the data of experiment,accomplishing excitation control method in hardware.

Using STC12C5A60S2 singlechip as main ControlUnit and Fully controlled rectifier circuit to control exciting current and exciting voltage.Using ADC in STC12C5A60S2 to sample.Operator can change the parameter,and show the woking data on screen.

Key word: Direct current motor Excitation Control singlechip

目录

摘要 2

Abstract 3

第1章 绪论 6

1.1 励磁控制的背景以及研究意义 6

1.2 励磁控制的研究和发展 7

1.线性的单变量被控对象励磁控制 7

2.线性的多变量被控对象励磁控制 7

3.非线性的多变量控制对象励磁控制 7

4.智能励磁控制方法 7

1.3 本论文的主要工作和意义 7

第2章 PID控制与参数整定方法 9

2.1 PID算法介绍 9

1.比例(P)控制 10

2.积分(I)控制 10

3.微分(D)控制 10

2.2 Ziegler-Nichols公式 11

2.2.1 临界比例带法 11

2.2.2 反应曲线法 12

2.3 粒子群算法 13

2.4 遗传算法 14

2.5 基于PSO的PID参数自整定方法 15

2.6 基于遗传算法的PID参数自整定方法 18

第3章 励磁电流测量方法研究 22

3.1 无滤波器、触发角60度 23

3.2 无滤波器、触发角120度 24

3.3 滤波器 24

3.3.1 加入一阶低通滤波器（触发角60度） 26

3.3.2 加入二阶低通滤波器（触发角60度） 27

3.4 比较分析 27

第4章 励磁控制PID参数整定 28

4.1 系统仿真 28

4.1.1 改变时间常数，电路闭环，观察PI控制器的积分时间的变化 28

4.1.2 时间常数保持不变，电路开环，改变负载电阻，记录下电阻变化和直流增益变化 29

4.1.3 保持时间常数不变，电路闭环，记录负载电阻变化和P参数变化。 30

4.1.4 综合仿真2和3，分析直流增益和比例度的函数关系 31

4.1.5 PI参数整定方案 31

第5章 硬件实现 32

5.1 硬件平台器件介绍 32

5.2 整体系统介绍 34

5.3 励磁电流PI控制器参数自整定算法流程 35

第6章 总结 36

参考文献 38

致谢 40

绪论

励磁控制的背景以及研究意义

电力系统稳定已经被证明在保证电力系统能够安全稳定运行和不间断电力供应方面有着十分重要地作用。特别是在过去的20年，电力系统不稳定在北美，欧洲和印度引起突然性的大面积停电，提供了这一现象的重要证据。从历史观点上说，短暂的不稳定是首要的稳定性问题并且其在文学上和工业上也引起了广泛的关注，多亏了发电机励磁系统的自动电压控制装置，通过控制当前励磁装置提供给发电机励磁绕组的励磁数量可以保证发电机端电压平稳。通过一些最新的算法，AVR系统可以被最佳设计来加强电力设备的动态稳定性。因此，暂态稳定概率在最近几年下降了。

然而，高增益励磁器会恶化系统的衰减造成电力系统设备的振荡现象。因为电力系统随着人口和科技的发展容量在不断地变大，导致振荡失稳和停电极大地增加。潜在危险特别是在于电力系统，这需要通过相对薄弱专用线来进行远距离大容量电量的传输。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：24151字