景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文）
一个控制通道，以免损害发电机。F2812片上有一个功率驱动保护引脚(PDINT)，该引脚的状态为低电平时将会产生一个功率驱动保护中断，若该中断使能位被置位时，F2812的CPU将会响应该中断，使事件管理器模块的所有输出引脚都变为高阻态，从而停止触发脉冲输出。本文就是利用这一引脚将触发脉冲的故障情况传递给CPU以便作进一步处理。脉冲故障检测电路[12]的原理图以及与扩展PDINT连接的情况如图4-12所示：
图4-12 脉冲故障检测电路图
图4-12所示的脉冲故障检测单元适用于三相桥式全控整流晶闸管触发脉冲的故障检测，主要部分为可重复触发的单稳态触发器，它由555定时器构成。在图中，最上面的可重复触发的单稳态触发器为+A相晶闸管触发脉冲的脉冲故障检测电路，然后依次下来为B、C相的脉冲故障检测电路。下面以+A相脉冲故障检侧电路为例说明其工作原理。
在电源接通时，在+A相没有触发脉冲的情况下，光电耦合器输出端不导通，电容C1充电，当VC1(555定时器的2脚电压)达到2/3VCC时，555定时器复位，
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输出引脚3呈低电平，电路进入稳态。此后当+A相出现第一个触发脉冲时，光电耦合器UIA输出端导通，电容C1放电，当C1放电至VC1小于1/3VCC时，555定时器置位，输出为高电平，电路进入暂稳态。当第一个触发脉冲消失后，C1重新充电，如果在VC1未达到2/3VCC之前，+A相又有新的脉冲到来，则光电耦合器输出端导通，C1再次放电，电路仍维持在暂稳态。只有在此后一段时间内，+A相没有新的触发脉冲到来时，由于C1充电，故VC1重新达到2/3VCC，电路才回到稳定状态，555定时器输出低电平。其它5相的情况与此类似。由于本文设计的电力系统稳定器的每一相晶闸管在一个周期内只需触发一次，也就是说同一相的两个连继触发脉冲的间隔约为10ms，为保证在触发脉冲正常发出时，脉冲故障检测单元处于暂稳态，电容C1、C3和C5的充电时间必须大于10ms。它们的充电时间可由下式整定：
t?RCln3?1.1RC 上式中，R、C分别对应图3-14中的R2、R4、R6和C1、C3、C5。
当电力系统稳定器正常发出触发脉冲时，脉冲故障检测电路的输出引脚都呈高电平(555定时器的3脚处于暂稳态)，四输入与门CD4082的输出为高电平，没有引起功率驱动保护引脚(PDINT)中断。当电力系统稳定器遇到软件或硬件的问题而致使至少有一相触发脉冲发出不正常时，将会使相应的脉冲故障检测电路的输出引脚呈低电平，与门CD4082输出也为低电平，这将引起PDINT引脚中断，促使F2812在中断服务子程序中做出相应反应。
4.5 其它硬件模块
完成一个完整的电力系统稳定器的硬件设计，出了上述介绍的各硬件模块外，还应包括液晶显示、键盘、存储等模块。设计键盘可作为运行维护人员向电力系统稳定器输入数据及控制命令的输入设备，采用显示器可作为显示运行状态和运行结果的输出设备。由于时间等方面的原因，这些模块的详细设计将不在本文中体现了。
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5 电力系统稳定器的软件设计
5.1电力系统稳定器软件总体设计思想
在完善的硬件装置的基础上，电力系统稳定器的主要功能均通过软件完成。电力系统稳定器的软件设计是整个励磁控制系统的核心，它关系到励磁控制系统的性能及其功能的实现。在电力系统稳定器的软件设计中，主要的设计思想有三个方面：一是满足控制的实时性要求；二是软件要充分发挥TMS320F2812指令和硬件特点；三是软件要有很强的灵活性、通用性和可靠性。为了体现以上设计思想，本文中的电力系统稳定器的软件设计采取了以下措施：
（1）电力系统稳定器的所有软件设计均采用模块化、子程序化设计思想。根据电力系统稳定器所要完成的不同功能，将整个电力系统稳定器的软件划分为主程序和中断服务程序。主程序包括系统初始化模块、电量计算模块、控制调节模块和限制保护模块等，中断服务程序主要包括同步信号捕获中断、移相脉冲中断、AD转换完成中断等。
（2）在程序设计中，能用中断的尽量采用中断方式。但进入中断的时间不易过长，以避免在某一中断处理程序中，因CPU停留时间过长而导致不能及时响应其它中断的请求，使程序出现控制错误。本文的软件设计共使用了四个中断程序完成了大部分主要工作，为CPU节约了部分执行时间。
（3）为了提高整个装置的可靠性和稳定性，在程序中加看门狗中断。
5.2 主程序模块设计
5.2.1 系统初始化模快
当TMS320F2812上电开始运行前，首先要对系统进行初始化，主要包括下面几点：
（1）TMS320F2812系统时钟的初始化和片内外设时钟的初始化； （2）通用GPIO的初始化； （3）中断向量表的初始化；
（4）ADC模块的初始化，主要包括：AD的启动、AD时钟频率的选择、采样模式的选择、采样通道的设定以及AD中断程序的设定；
（5）事件管理器模块的初始化，主要包括捕获单元的设定、通用定时器的
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设定和中断程序的设定；
（6）电压给定值、励磁电流给定值、PID控制参数的设定等。 主程序的设计流程图如下图所示：
开 始系统初始化开 中 断电量计算控制调节模块限制保护模块等 待 中 断清 除 看 门 狗返 回
图5-1 主程序设计流程图
5.2.2 电量计算模块
电量计算模块须完成以下电量的测量：机端电压、机端电流、电网电压、励磁电流、励磁电压和开关量输入的检测。对于励磁电压和励磁电流可以通过ADC模块对直流调理电路的输出直接测量得到，开关量输入可以通过TMS320F2812的GPIO模块对开关量调理电路的输出直接测量得到。
对于交流信号，本文通过交流采样的方法得到。理想的电压和电流为纯正弦的交流信号[4]，其表达式为：
u(t)?Umsin(?t??) （5-1） i(t)?Imsin(?t??) （5-2）
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其有效值分别为： U?1T1T?T0u2(t)dt （5-3）
I??T0i2(t)dt （5-4）
电网线路中某一相的有功功率和无功功率分别为：
101Tp(t)dt?u(t)i(t)dt （5-5） ??T0TT101T? Q??q(t)dt??u(t)i(t?)dt （5-6）
TTT02 P?式中，Um、Im分别表示电压和电流的峰值； ?表示角速度； T表示周期；
由于这些信号的瞬时值是随时间变化的交变量，而在实际应用中，计算机所处理的信号均为离散的，因此要对连续的信号进行离散化，即对于周期为T的连续信号，在一个周期内均匀采样N点。所以需要根据不同的算法计算得该信号的各个特征量，比如有效值、平均值、功率等。在励磁系统中需要计算电压和电流的有效值以及有功功率和无功功率。
目前交流采样的算法有很多种，分别应用于不同的场合如最大值算法、单点算法、半周期积分法、两点采样法、傅里叶算法和均方根算法等。前四种算法对输入信号要求较高，在励磁控制的采集电量非严格正弦（含高次谐波）的情况下误差较大。下面对后两种方法加以介绍：
（1）傅氏算法[[8] [19]
在傅氏算法中，对于一个周期为T的信号 f(t)?f(t?T)，在满足一定的条件下可展开为傅立叶级数，各次谐波为：
a0? f(t)???(ancosn?0t?bnsinn?0t) （5-7）
2n?0式中，n为自然数，an和bn分别为n次谐波的余弦和正弦的振幅。其中，
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