第12期
钟斌:嵌入式电子节能控制器的设计与实现
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能控制器中,通过对节能控制器处理器的选择,完成嵌入式电
子节能控制器设计。但这种方法在实际操作过程中,计算复
杂,所以节能控制难度较大。文献[10]提出的电子节能控制
器设计方法,从目前节能控制器普遍存在的问题出发,分析节
能控制的局限性,在借鉴国外先进控制理论的基础上,综合考
虑转速控制和压力控制的优点,提出电子节能控制器设计的新
方法。通过继电自整定PID的电源电路控制方法与基于参数
自适应模糊PID的处理器控制方法相结合,完成电子节能控
制器的设计构想,在此基础上,完成对电子节能控制器复位电
路、JTAG接口电路、时钟电路等的设计。完成电子节能控制
器设计。但这种方法由于设计成本较高,一般设备难以承受其
价格,导致其难以推广使用。
转差角频率又与节能控制器的负载转矩、供电电压和频率存在
关系。因此,在不同负载下,可以通过调节端电压调节节能控
制器的功率因素。当负载下降时,通过降低节能控制器的电源
电压来减少铁损,同时电流随之下降也减少了铜损,从而起到
节能控制作用。
2嵌入式电子节能控制器的设计与实现
2.1嵌入式电子节能控制器硬件设计
选用LPC2249处理器作为嵌入式电子节能控制器的处理
器,其内核具有Thumb结构扩展、调试扩展、增强乘法器、
EmbededdedlCETM宏单元等功能,是一种32位LQFPl44脚,
基于ARMTTDMI—s内核的微处理器。
本文嵌入式电子节能控制器有3.3V作为供电电源。通
过具有工作性能可靠、工作效率高、电流输出驱动能力强等优
点的KA78XX系列开关稳压集成电路,保障嵌入式电子节能
控制器的处理器稳定可靠工作。
根据上述问题,提出一种基于模糊PID控制的嵌入式电
子节能控制器的设计与实现方法,在对嵌入式电子节能控制器
硬件设计过程中,对嵌入式电子节能控制器的处理器、电源电
路、复位电路、系统时钟电路、JTAG接口电路、D/A转换电
路、功放电路、双极性电源电路以及嵌入式电子节能控制器硬
件PCB板器件布局等硬件进行设计。在此基础上,通过模糊
PID控制方法对嵌入式电子节能控制器的软件进行设计。通过
对模糊PID控制原理进行分析,并设计了加入自调节因子的
模糊PID控制方法,通过确定输入输出的隶属度函数,根据
模糊推理和模糊规则,得到电子节能控制器的模糊控制过程,
从而完成嵌入式电子节能控制器的软件设计,从而完成嵌入式
电子节能控制器的设计。实验证明,本文所提方法能够有效提
高节能控制效果,具有良好的使用价值。
由于ARM芯片高速、低耗和低压,给电源监控可靠性等
方面带来不利影响。为降低影响,选用专用的微处理器电源监
控芯片SP708S作为节能控制器的复位电路。由于nRST和
nTRST是通过JTAG仿真器控制复位实现,因此通过
74HCl25三态缓冲门进行JTAG驱动。利用上拉电阻将nRST
和nTRST信号上拉为高电平信号,使节能控制器正常运行。
嵌入式电子节能控制器的处理器通过使用外部晶振或外部
时钟源,内部PLL电路调整节能控制器时钟,提高嵌入式电
子节能控制器的运行速度。本文选用外部11.0592 MHz晶振,
提高串口波特率。
1节能控制器的系统结构
本文嵌入式电子节能控制器JTAG接口选用标准20脚
JTAG仿真调试接口,通过JTAG接口上的信号nRST和
nTRST与复位电路相连接,完成共同控制系统复位的目的。
DAC702D/A芯片是一种16位数模转换芯片,具有低增
益漂移、高精度等优点。由于本文嵌入式电子节能控制器选用
16位的存储器,所以本文选用DAC702芯片方便编程需要,
提高响应速度及精度。利用nWE信号和处理器端口P2.25
信号经过或非门器件控制锁存器中数据向DCA702传送。
嵌入式电子节能控制器功放电路选用单片式高电压、大电
流放大器OPA541功率运算放大器。
节能控制器就是根据检测的电压与电流的相位差,得到功
率因数,根据功率因数调节工作电压。使电压大小跟随负载变
化而变化,从而降低有功功率、无功功率损耗,达到节能控制
的目的。
节能控制器主要包括电流采集电路、电压采集电路、电流
电压信号调节电路、光隔离电路等,采用SP708S芯片和
JTAG电路接口。节能控制器结构如图1所示。
OPA541电路内部设有限流保护电路电阻R。。,可通过下
式进行计算:
(2)
R94:—0.F80—9V一0.057
』LIM
嵌入式电子节能控制器0PA541功放器件与DAC702转换
器中,都需要双极性电源。通过IC555芯片实现电路振荡。
嵌入式电子节能控制器硬件PCB板器件布局中,以每个
功能电路的核心元件为中心进行布局,尽量减少和缩短各元器
件之间的引线和连接,间距尽可能大些。
图1节能控制器结构
在忽略谐波影响、磁饱和、铁损及定子电阻时,功率因数
可表示为:
通过对嵌入式电子节能控制器的处理器、电源电路、复位
电路、双极性电源电路以及嵌入式电子节能控制器硬件PCB
板器件布局等的设计,完成嵌入式电子节能控制器硬件设计。
2.2基于模糊PID控制的嵌入式电子节能控制器软件设计
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式中,幽表示转差角频率;口表示漏感系数,口一1一产};p表
2.2.1
PID控制理论
示极对数。
系统偏差的比例、积分、微分的综合控制,简称PID控
对于节能控制器,其功率因数与转差角频率密切相关,而
万方数据
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