汽油發(fā)電機組控制電路數(shù)字化設計方案

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，應采用較小的整流濾波電容。

3 程序設計
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合閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。
(1)A／D變換控制程序模塊。
本設計采用了串行輸出A／D變換器。由MCU內部定時器提供定時中斷，調用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置的數(shù)據(jù)，與A／D量化數(shù)據(jù)進行比較，比較結果滿足保護條件時調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時間調整控制，控制關系為：T=K1Vs+K2Io+K3△V。式中，T為勵磁繞組導通時間；Vs為設置電壓；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，Io的A／D量化數(shù)據(jù)經平滑濾波后與K2相乘后作為附加調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性能的關鍵環(huán)節(jié)?！鱒是本次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)經平滑濾波后與K3相乘后作為附加調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)響應速度較慢，加大增益控制系數(shù)時系統(tǒng)響應速度明顯提高。
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 試驗結果
按照改進方案設計了電原理圖、印制電路板和控制程序，并進行了發(fā)電機組控制試驗。試驗結果和指標如表1所示。

對穩(wěn)態(tài)電壓調整率和電壓波動率進行測試時發(fā)現(xiàn)，調整PWM最小調整值僅引起調整時間變化而不能改善電壓調整率指標。分析確定為A／D變換器分辨力不夠。
對瞬態(tài)電壓調整率和電壓變化時間進行測試時發(fā)現(xiàn)，調整PWM最大調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)控制關系中各項系數(shù)還應做組合優(yōu)化。

5 結束語
本文所述的汽油發(fā)電機組控制與保護電路數(shù)字化改進設計方案取得階段性成果。新設計的控制板實現(xiàn)機組控制與保護功能，正在進一步優(yōu)化設計以全面滿足技術指標要求。優(yōu)化設計措施如下：
(1)增加A／D變換器動態(tài)范圍，改善穩(wěn)態(tài)電壓調整率和電壓波動率指標。
(2)優(yōu)化穩(wěn)壓控制程序，提高電壓變化調整響應速度。
早期設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)。因此，本文所述的汽油發(fā)電機組控制保護電路數(shù)字化改進設計具有一定意義。