基于LPC11c14的励磁控制器设计

摘 要

基于LPC11c14的励磁控制器完成了频率测量，机端电压，同步移项触发的硬件和软件设计，通过AD采样获得机端电压，将机端电压与给定的参考值比较，作为控制信号，经PID控制处理，获得控制电压Uk，将Uk转换为触发角α，通过等量代换将触发角转换为时间t，通过定时器匹配功能，当匹配时间t到，发出触发脉冲，完成可控硅的触发。

【关键词】采样 测频 移项触发 可控硅

1 绪论

励磁控制器是励磁控制装置的重要组成部分，最主要的作用是通过励磁控制器的调节功能，保证机端电压在限定范围内变化。本文主要分为两个部分，第一部分完成了，电源电路，频率测量电路，机端电压测量电路，同步移项触发电路的硬件设计，并对使用的器件做了简单描述，第二部分完成了，频率和机端电压的采样处理程序，同步移项触发的软件设计。基于LPC11c14励磁控制器结构简单，稳定性好，能基本满足运行需求。

2 硬件设计

采用ARM公司的Cortex-M0系列单片机LPC11c14作为励磁控制器的CPU，再设计相应的外围电路，包括电源电路、同步频率测量电路、机端电压采样电路、同步移相触发电路，硬件总体结构图如图1所示。

2.1 电源电路

电源硬件电路如图2所示：励磁控制系统的供电电源，采用明伟（mean well）公司生產的AC：100-240V，DC：24v，其中输入为市电220v，再采用电源模块DC-DC/K7805-1000L将DC24v转换为DC5v，再采用LM7803完成DC5v-3.3v的转换，3.3v作为CPU LPC11c14的供电电源。电路中加入了适当的电容，起抗干扰作用。

2.2 测频电路

同步测频硬件电路如图3所示。J1-3 LAC2 接励磁电压输出正，J1-3 LAC2接励磁电压输出负，分别接U12进行光电隔离，然后经过滤波整形电路，将正弦波整型为标准方波，将输出端与CPU的33号引脚相连。33号引脚在端口初始化的时配置成捕获功能，连续捕获到上升沿时，用于测得频率。

2.3 机端电压采样电路

机端电压测量的硬件电路如图4所示：电网电压经过模拟式电压变送器WB V413B0，将交流电压信号，转换为同频同向的交流电压信号。机端电压经隔离转换成标准的模拟信号输出，再经过桥式整流电路，将交流信号转换为直流信号。再经过滤波放大电路与CPU的第39引脚相连，该引脚在端口初始化的时候配置成AD采样功能。用以对机端电压进行采样。

2.4 同步移相触发电路

同步移项触发电路如图5所示：选择以LPC11c14的两个定时器为核心（34，35引脚）的触发方式，将触发角α转换为时间，当定时时间到发出触发脉冲，经单项半控桥式整流电路完成可控硅的促发，达到反馈调节的目的。

3 软件设计

3.1 同步信号捕获中断服务程序

有硬件电路可知将LPC11c14的33号引脚，在IO初始化的时候配置为CAP捕获功能。当连续捕获到方波的两个上升沿或者下降沿时，之间的时间差即为我们我们的周期T，再将T转换频率f，频率测量的流程图，如图6所示。

3.2 A/D转换中断服务程序

将测频电路作为参考电路，当捕获到上升沿时启动AD转换开始对机端电压进行采样，将采样次数为64，即需要在一个周期之内采样64次，每次采样时间点为T/64，将匹配寄存器的值修改为采样时间点，当定时时间到，启动AD转换，每次转换完成记录采样次数，达到64次即完成机端电压采样，再将采样到的数据进行中位数滤波处理，最后得到机端电压值。如图7所示。

3.3 同步移相触发中断服务程序

移相触发单元的结构图如图8所示。

励磁控制器通过定时器（34，35号引脚）来实现同步脉冲的触发，给机端电压提供一个参考值，与通过AD采样获得的机端电压值，做PID处理，kp=12.00，Ki=800，Kd=10，然后得到一个控制电压Uk，然由Uk计算出晶闸管触发角α。触发角和控制电压成余弦关系，可以表示为：

触发过程如图9所示：当选取的同步信号方波到来时，捕获到同步点（上升沿时刻）延迟α触发角时间，通过设置34，35号引脚实现脉冲g1的产生，g2与g1相差半个周期。

4 结论

完成了基于LPC11c14励磁控制器的同步测频，机端电压采样电路，同步移项促发电路的硬件设计，完成了频率和机端电压的测量，实现了可控硅的触发。该系统具有抗干扰能力强，相应速度快，设计相对简单，成本低等特点，下一步希望将新型的控制理论代替传统的PID控制理论用于实践中。

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作者简介

周杰（1989-），男，硕士研究生，主要研究方向为计算机技术。

作者单位

重庆师范大学涉外商贸学院数学与计算机学院 重庆市 401520endprint