PID数字励磁电压调节器设计【开题报告】

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1、毕业设计开题报告电气工程及其自动化PID数字励磁电压调节器设计一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义近几年来，随着近代交流调速技术的迅速发展，励磁系统做为同步发电机极其重要的组成部分，为维持电力系统的正常运行和发电质量的保障，各种发电机励磁调节器朝着高可靠、高稳定性和操作自动化方向发展。在同步发电机控制系统中，励磁调节系统通过对电力系统参数（如定子电压、电流，励磁电压等）的监测，来控制励磁电路功率器件（如IGBT）导通角的大小，从而得到维持母线电压在一定水平的励磁电流决定机组输出电压、功率的大小和稳定性来判

2、断运行特性，故其特性的好坏直接影响到同步发电机系统运行的可靠性和稳定性。至今，励磁调节器的发展经历了从直流励磁机到半导体式发展到现在广泛应用在同步发电机中的数字励磁调节器。数字励磁的使用不但从硬件上大大简化了原来模拟式励磁调节器，同时也采用了高端控制算法进行软件控制，大大满足了电力系统及发电机组对励磁控制早快速性、可靠性、多功能性、在线显示和参数修改等方面提出的更高要求。现在以微型计算机或单片机为核心的数字励磁调节器已经逐步取代了模拟式励磁系统。我国早在80年代就开始了数字励磁调节器的研制开发一些电力科研单位和高校先入

3、为主，电路部电力自动化研究院先后研制了使用于大中型发电机的各型号励磁调节器，我国自行研制的数字励磁调节器已经在一些比较大型的水电站投入运行，目前运行状况良好。现在，数字励磁调节器调节器已经朝着实现多种控制方式以及运行方式、多功能、多通道的方向发展。它的控制方法有线性最优励磁控制（LOEC）、相复励励磁控制、PID调节控制、PSS附加控制和非线性励磁控制（NEC），以及自校正调节、自适应控制、模糊控制和神经网络智能控制等。数字式励磁调节器使得复杂的控制策略在励磁控制中得以实现，丰富和增强了励磁控制功能，从而改善了发电机的

4、运行状况。总的来说，数字励磁近年来的发展特点可总结为：（1）由于微机励磁调节器的调节控制和限制保护等功能，均能通过软件实现，随着CPU功能不断强大，硬件部分越来越简单，目前数字励磁调节器的CPU常采用TI公司的DSP芯片TMS320F24X系列。4以DSP微处理器为核心的数字控制系统（简称微机数字控制系统）硬件电路的标准化程度高，制作成本低，且不受器件温度漂移的影响；其控制软件能够进行逻辑判断和复杂运算，可以实现不同于一般线性调节的最优化、自适应、非线性、智能化等控制规律，而且更改起来灵活方便。（2）在励磁系统接线方式

5、上，不论气轮发电机还是水轮发电机，多采用自并励方式，因无旋转部分，不仅简化了轴系长度使气轮机振动更容易达到标准要求，而且还减少了同轴励磁机这一大惯性环节，有利于提高机组和电力系统的暂态稳定。（3）对水轮发电机而言，励磁调节器不光能满足励磁方面的性能要求，还具有电气制动功能。（4）国外生产的数字励磁调节器已由微机单通道向微机双通道及多通道发展，由单纯的数字通道向模拟-数字通道相结合方向发展。现代数字励磁技术中，其中，PID数字励磁调节控制是工业控制中应用最广泛的控制方法，在现代控制理论和科学技术飞速发展的今天，工业控制回

6、路多半采用PID结构，并且许多高级控制都是建立在PID控制基础之上，比如复合控制（复励励磁控制+PID励磁控制），模糊PID控制，神经网络PID控制，遗传算法参数整定PID控制等。本次设计是以PID数字励磁调节器为研究对象，同时采用具备强大功能的DSP芯片做为主控芯片，研究励磁调节器的硬件电路实现以及相关软件的设计。本论文设计无论是在硬件上还是在软件的设计方面都具备可行性和优越性。PID数字励磁调节器由比例P、积分I、微分D三个单元组成。在各种控制方法中，PID控制随然原理简单，但其控制效果具有明显优越性。它具备以下几

7、个方面：（1）原理简单，调整方便，PID的三个参数可根据不同条件下的系统特性进行及时调整。（2）适应性强，在工业控制中仍有95%以上的控制回路采用PID，并且在各个行业中都得到广泛的应用。（3）鲁棒性强，即PID控制品质对被控对象特性的变化不太敏感，总能起到一定的控制作用。而在硬件检测电路中，我们采用交流检测法，通过A/D转换将正负半波变成两个正半波，使得检测的精度提高了一倍，更加有利于对采集到的电压和电流信息的检测，这样对以后各种励磁控制方法的研究打下良好的基础。4二、研究的基本内容，拟解决的主要问题：1.设计的基本

8、内容：（1）阐述励磁调节器的作用和发展概况（2）分析励磁调节器的控制方法和各个环节的设计（3）设计励磁控制系统中硬件部分和软件部分（4）发电机数学模型的建立（5）分析PID控制理论基础以及PID控制器参数的整定方法（6）设计PID励磁调节器（7）运用MATLAB仿真软件对该控制系统的性能进行研究2、设计拟解决的主要问题：（1）了解