基于LPC11c14的勵磁控制器設計

摘 要

基于LPC11c14的勵磁控制器完成了頻率測量，機端電壓，同步移項觸發的硬件和軟件設計，通過AD采樣獲得機端電壓，將機端電壓與給定的參考值比較，作為控制信號，經PID控制處理，獲得控制電壓Uk，將Uk轉換為觸發角α，通過等量代換將觸發角轉換為時間t，通過定時器匹配功能，當匹配時間t到，發出觸發脈沖，完成可控硅的觸發。

【關鍵詞】采樣 測頻 移項觸發 可控硅

1 緒論

勵磁控制器是勵磁控制裝置的重要組成部分，最主要的作用是通過勵磁控制器的調節功能，保證機端電壓在限定范圍內變化。本文主要分為兩個部分，第一部分完成了，電源電路，頻率測量電路，機端電壓測量電路，同步移項觸發電路的硬件設計，并對使用的器件做了簡單描述，第二部分完成了，頻率和機端電壓的采樣處理程序，同步移項觸發的軟件設計?；贚PC11c14勵磁控制器結構簡單，穩定性好，能基本滿足運行需求。

2 硬件設計

采用ARM公司的Cortex-M0系列單片機LPC11c14作為勵磁控制器的CPU，再設計相應的外圍電路，包括電源電路、同步頻率測量電路、機端電壓采樣電路、同步移相觸發電路，硬件總體結構圖如圖1所示。

2.1 電源電路

電源硬件電路如圖2所示：勵磁控制系統的供電電源，采用明偉（mean well）公司生產的AC：100-240V，DC：24v，其中輸入為市電220v，再采用電源模塊DC-DC/K7805-1000L將DC24v轉換為DC5v，再采用LM7803完成DC5v-3.3v的轉換，3.3v作為CPU LPC11c14的供電電源。電路中加入了適當的電容，起抗干擾作用。

2.2 測頻電路

同步測頻硬件電路如圖3所示。J1-3 LAC2 接勵磁電壓輸出正，J1-3 LAC2接勵磁電壓輸出負，分別接U12進行光電隔離，然后經過濾波整形電路，將正弦波整型為標準方波，將輸出端與CPU的33號引腳相連。33號引腳在端口初始化的時配置成捕獲功能，連續捕獲到上升沿時，用于測得頻率。

2.3 機端電壓采樣電路

機端電壓測量的硬件電路如圖4所示：電網電壓經過模擬式電壓變送器WB V413B0，將交流電壓信號，轉換為同頻同向的交流電壓信號。機端電壓經隔離轉換成標準的模擬信號輸出，再經過橋式整流電路，將交流信號轉換為直流信號。再經過濾波放大電路與CPU的第39引腳相連，該引腳在端口初始化的時候配置成AD采樣功能。用以對機端電壓進行采樣。

2.4 同步移相觸發電路

同步移項觸發電路如圖5所示：選擇以LPC11c14的兩個定時器為核心（34，35引腳）的觸發方式，將觸發角α轉換為時間，當定時時間到發出觸發脈沖，經單項半控橋式整流電路完成可控硅的促發，達到反饋調節的目的。

3 軟件設計

3.1 同步信號捕獲中斷服務程序

有硬件電路可知將LPC11c14的33號引腳，在IO初始化的時候配置為CAP捕獲功能。當連續捕獲到方波的兩個上升沿或者下降沿時，之間的時間差即為我們我們的周期T，再將T轉換頻率f，頻率測量的流程圖，如圖6所示。

3.2 A/D轉換中斷服務程序

將測頻電路作為參考電路，當捕獲到上升沿時啟動AD轉換開始對機端電壓進行采樣，將采樣次數為64，即需要在一個周期之內采樣64次，每次采樣時間點為T/64，將匹配寄存器的值修改為采樣時間點，當定時時間到，啟動AD轉換，每次轉換完成記錄采樣次數，達到64次即完成機端電壓采樣，再將采樣到的數據進行中位數濾波處理，最后得到機端電壓值。如圖7所示。

3.3 同步移相觸發中斷服務程序

移相觸發單元的結構圖如圖8所示。

勵磁控制器通過定時器（34，35號引腳）來實現同步脈沖的觸發，給機端電壓提供一個參考值，與通過AD采樣獲得的機端電壓值，做PID處理，kp=12.00，Ki=800，Kd=10，然后得到一個控制電壓Uk，然由Uk計算出晶閘管觸發角α。觸發角和控制電壓成余弦關系，可以表示為：

觸發過程如圖9所示：當選取的同步信號方波到來時，捕獲到同步點（上升沿時刻）延遲α觸發角時間，通過設置34，35號引腳實現脈沖g1的產生，g2與g1相差半個周期。

4 結論

完成了基于LPC11c14勵磁控制器的同步測頻，機端電壓采樣電路，同步移項促發電路的硬件設計，完成了頻率和機端電壓的測量，實現了可控硅的觸發。該系統具有抗干擾能力強，相應速度快，設計相對簡單，成本低等特點，下一步希望將新型的控制理論代替傳統的PID控制理論用于實踐中。

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作者簡介

周杰（1989-），男，碩士研究生，主要研究方向為計算機技術。

作者單位

重慶師范大學涉外商貿學院數學與計算機學院 重慶市 401520endprint