CN203708125U - 一种嵌入式pid整流控制系统 - Google Patents

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王俊年
龚明
钱瞻
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Abstract

本实用新型公开了一种嵌入式PID整流控制系统，包括三相桥式整流电路，三相桥式整流电路分别电路连接电压电流采样电路、鉴相电路和驱动电路，鉴相电路和驱动电路分别电路连接PWM发生电路，PWM发生电路和电压电流采样电路分别电路连接PID控制电路，PID控制电路分别电路连接离线PID参数整定模块和触摸LCD显示屏。本实用新型的有益效果是整流器的调制精度高，输出波形速度快。

Description

一种嵌入式PID整流控制系统
技术领域
本实用新型属于整流器控制技术领域，涉及一种嵌入式PID整流控制系统。
背景技术
随着电力电子技术的不断改进，整流器的应用领域也在不断地扩展，特别在一些特殊的领域，整流器的调制精度和开关频率要求越来越高，而传统运算器件如单片机等，由于自身运算能力的制约，输出波形速度较慢，难以满足快速驱动和高精度控制需要；同时，电子技术的发展对整流器的智能控制也提出了更高的要求，需要用先进的控制策略提高系统的可控性和稳定性。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种嵌入式PID整流控制系统，解决了现有的整流器的调制精度不高，输出波形速度较慢的问题。
本实用新型所采用的技术方案是包括三相桥式整流电路，三相桥式整流电路分别电路连接电压电流采样电路、鉴相电路和驱动电路，鉴相电路和驱动电路分别电路连接PWM发生电路，PWM发生电路和电压电流采样电路分别电路连接PID控制电路，PID控制电路分别电路连接离线PID参数整定模块和触摸LCD显示屏。
本实用新型的特点还在于电压电流采样电路中RP1可调电阻大小为调节RP1电阻能够使采样电压与输入电压比保持500:1。PWM发生电路采用CPLD芯片。驱动电路采用了6只场效应管对PWM放生电路的信号进行放大，六个变压器回路进行电气隔离。PID控制电路主控芯片采用采用STM32芯片。
本实用新型的有益效果是整流器的调制精度高，输出波形速度快。
附图说明
图1为整流控制系统总结构图；
图2为三相桥式整流电路图；
图3为鉴相电路图；
图4为电压采样电路图；
图5为驱动电路图；
图6为CPLD逻辑框图。
图中，1.三相桥式整流电路，2.电压电流采样电路，3.鉴相电路，4.PWM发生电路，5.驱动电路，6.离线PID参数整定模块，7.PID控制电路，8.触摸LCD显示屏。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。
本实用新型涉及一种三相桥式整流控制系统，该控制系统控制速度快、精确度高，尤其是使用了嵌入式系统并结合CPLD使得该系统在硬件上得到改进。本实用新型如图1所示包括三相桥式整流电路1，三相桥式整流电路1分别电路连接电压电流采样电路2、鉴相电路3和驱动电路5，鉴相电路3和驱动电路5分别电路连接PWM发生电路4，PWM发生电路4和电压电流采样电路2分别电路连接PID控制电路7，PID控制电路7分别电路连接离线PID参数整定模块6和触摸LCD显示屏8。电压电流采样电路2中RP1可调电阻大小为调节RP1电阻能够使采样电压与输入电压比保持500:1。PWM发生电路4采用CPLD芯片。驱动电路5采用了6只场效应管对PWM放生电路的信号进行放大，六个变压器回路进行电气隔离。PID控制电路7主控芯片采用STM32芯片。
本实用新型的组成部分如下:
如图2所示，三相桥式整流电路1是整个控制系统的控制对象实现交流/直流的转换，本实用新型中采用双绕组变压器和六只大功率的晶闸管连接；
电压电流采样电路2实现输出直流电电压电流检测；采样回路其特征在于调节RP1可调电阻使采样电压与输入电压保持500:1。
鉴相电路3采用过零点检测方法实现三相交流电频率锁相；
PWM发生电路4采用CPLD芯片，该芯片负责接收鉴相电路发出的同步信号，实现锁相，同时CPLD通过总线与STM32通信，获取PWM参数，产生PWM波，实现对主电路开关器件的控制；
驱动电路5是主电路和控制电路的接口，实现控制信号的隔离与功率放大，并对功率器件进行检测、保护；
系统采用了ARM结合CPLD芯片的形式，其中PID控制电路7采用的ARM的芯片完成PID控制策略，并协调各部分电路的工作，在PWM发生电路中采用CPLD的芯片能够准确的实现对三相桥式整流电路1中的六个大功率器件进行驱动。CPLD的设计是采用了PWM双脉冲触发，主要模块包括译码片选器、同步信号处理、写控制端、脉冲数据缓冲，总线接口，逻辑控制。PID控制电路7中采用STM32主控芯片实现PID控制算法，并组织协调其它电路正常工作；
触摸LCD显示屏8采用智能化可控触摸彩色显示屏，它可以通过串口与控制板进行通信，由预设的控制命令控制显示器，其编程简单，可以节省编写传统LCD硬件驱动的大量工作。
采用ARM芯片实现PID控制模块，使用CPLD设计脉冲发生器。这样做的目的在于更好地发挥ARM芯片的系统协调功能，同时可以利用CPLD编程灵活的特点实现触发脉冲电路，减轻ARM芯片的计算负担。ARM芯片采用意法半导体公司的STM32103F芯片；CPLD采用Lattice公司LCMXO1200C-3T100C芯片。
离线PID参数整定模块6完成对PID控制电路7的离线参数整定，离线参数整定过程就是在系统没有运行的情况下根据模型仿真的方法得到参数，然后在实际系统中进行微调。
下面将结合附图给出本实用新型的具体技术方案。
图3为鉴相电路3的设计，图中比较器LM393和电阻R84组成的高精度电压互感器，R84为采样电阻。V7、V8为稳压器，相电压从U端输入到比较器正向，经过比较器后输出只有高低电平的方波，电容C54为滤波电容。鉴相电路3将交流电的正弦波转化成为只有高低电平的方波。
图4为电压电流采样电路2的设计，电压采样器件为LEM公司的LV28-P电压传感器，其原边额定电流为10mA，转化率为2.5:1；电流采样器件为LEM公司的LT59-S7电流传感器，其原边额定电流50A，转化率为1000:1。
图5为驱动电路5的设计，驱动电路5由六只场效应管IRF840作为控制器件。PWM小信号输入到场效应管的控制端，经过场效应管后信号放大，然后输出可控硅控制信号，在该电路中变压器回路导通起到电气隔离的作用。
图6为基于CPLD的PWM双触发器框图，PWM双脉冲触发模块采用Lattice公司LCMXO1200C-3T100C芯片。该芯片是在同等规模芯片中，内部时钟建立时间较短，输出延时较短的芯片，PWM触发模块主要包括译码片选器、同步信号处理、写控制端、脉冲数据缓冲，总线接口，逻辑控制。
本实用新型的具体实施过程如下：
(1)在触摸LCD显示屏8上设置用户要求的参数，并将系统参数通过串口发送到PID控制主电路；
(2)通过电压电流采样电路2对三相桥式整流电路1的电压电流进行采样；
(3)将采样的电压电流信号传送到PID控制电路7，经过PID算法得到可控硅触发角的大小；
(4)触发角的大小发送给PWM发生电路4，PWM发生电路4通过鉴相电路3对相位的检测信号与PID控制电路7发送的信号相比较，发出控制信号；
(5)控制信号发送到驱动电路5通过控制SCR的触发角度来调整三相桥式整流电路1输出电压的大小。
本实用新型基于ARM(AdvancedRISCMachines)、CPLD(Complex Programmable Logic Device)复杂可编程逻辑器件的嵌入式PID整流控制系统。本实用新型是以三相桥式全控整流电路为控制对象，以PID控制算法为控制策略，通过CPU与CPLD的协同工作实现的数字化全控整流控制系统。该系统克服了传统模拟电路驱动的整流电路难以通过计算机控制、系统扩展性差，调制精度不高，输出波形速度较慢的等缺点。本实用新型的整流器的调制精度高，输出波形速度快。

Claims (5)

1.一种嵌入式PID整流控制系统，其特征在于：包括三相桥式整流电路（1），三相桥式整流电路（1）分别电路连接电压电流采样电路（2）、鉴相电路（3）和驱动电路（5），鉴相电路（3）和驱动电路（5）分别电路连接PWM发生电路（4），PWM发生电路（4）和电压电流采样电路（2）分别电路连接PID控制电路（7），PID控制电路（7）分别电路连接离线PID参数整定模块（6）和触摸LCD显示屏（8）。
2.按照权利要求1所述一种嵌入式PID整流控制系统，其特征在于：所述电压电流采样电路（2）中RP1可调电阻大小为调节RP1电阻能够使采样电压与输入电压比保持500:1。
3.按照权利要求1所述一种嵌入式PID整流控制系统，其特征在于：所述PWM发生电路（4）采用CPLD芯片。
4.按照权利要求1所述一种嵌入式PID整流控制系统，其特征在于：所述驱动电路（5）采用了6只场效应管对PWM放生电路的信号进行放大，6个变压器回路进行电气隔离。
5.按照权利要求1所述一种嵌入式PID整流控制系统，其特征在于：所述PID控制电路（7）主控芯片采用采用STM32芯片。
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