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6ES7331-7TF01-0AB0 自动控制原理分析

综上所述，某型汽油发电机组控制保护电路，是一个典型的一阶闭环自动控制系统。由于在控制比较器输入端引入了主要由负载变化引起的输出扰动，所以是一个基于扰动补偿的一阶复合闭环自动控制系统。发电机组控制保护电路自动控制原理框图，如图3所示。

图3机组自动控制原理框图

图中，输入：系统输入是控制面板上的(输出调整)电位器产生的设置电压Vs。输出：系统输出是机组发电机输出电压Vo。扰动：系统扰动包括机组发电机输出电流变化、机组发动机转速变化、温度变化和其他引起机组发电机输出电压变化的因素。其中机组发电机输出电流，Io变化是主要外部扰动信号。

2改进电路设计

改进电路设计采用A/D变换器对设置电压Vs、输出电压Vo和发电机负载I/O进行数字量化;采用MCU进行数据处理;E2PROM完成参数保存。改进的发电机组控制保护电路组成框图，如图4所示。

6ES7331-7TF01-0AB0 由于发电机组为50Hz交流输出，为增加控制处理次数，必须采用全波整流方式。同时，为兼顾噪声滤除和信号滞后，应采用较小的整流滤波电容。

3程序设计

控制保护程序由A/D变换控制程序模块、E2PROM读/写控制程序模块、输出保护程序模块和PWM输出控制程序模块等组成。采用计算机程序控制后仍然是一个基于PWM控制模式的扰动补偿一阶复合闭环自动控制系统。

(1)A/D变换控制程序模块。

本设计采用了串行输出A/D变换器。由MCU内部定时器提供定时中断，调用A/D变换控制程序模块完成Vs、Vo和Io的数字量化。

(2)E2PROM读/写控制程序模块和输出保护程序模块。

E2PROM读/写控制程序模块读出预置的数据，与A/D量化数据进行比较，比较结果满足保护条件时调用输出保护程序模块以完成输出保护控制。

(3)PWM输出控制程序模块。

PWM输出控制程序模块完成PWM时间调整控制，控制关系为：T=K1Vs+K2Io+K3△V。式中，T为励磁绕组导通时间;Vs为设置电压;Io为输出电流值;△V为输出电压Vo变化值;K1，K2，K3为增益控制系数。

Vs的A/D量化数据经平滑滤波后与K1相乘得到基本输出时间。

为提高对输出电流Io变化的控制响应，Io的A/D量化数据经平滑滤波后与K2相乘后作为附加调整时间直接加入到基本时间上，若△V处理可以满足要求时，可取消Io处理。

△V的处理是保证控制响应性能的关键环节。△V是本次Vo采样数据与前次Vo采样数据的代数差。△V数据经平滑滤波后与K3相乘后作为附加调整时间与基本时间进行代数运算得到终PWM控制时间。

系统动态特性主要取决于增益控制系数K1，K2，K3。增益控制系数较小时系统响应速度较慢，加大增益控制系数时系统响应速度明显提高。

系统控制精度取决于A/D变换器动态范围。A/D变换器动态范围增大，系统控制精度提高，同时系统动态特性也将有所改善。由于本设计中采用8位MCU器件，A/D变换器动态范围增大后程序计算复杂度和程序运行时间也随之增加，因此需综合考虑确定A/D变换器动态范围。

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