基于双NIOSⅡ核FPGA励磁控制系统的研究与的设计.pdfVIP

刃0∞ ∞o了8L IV∞Is 研 究 基于~NIOSII棱FPGA励磁控制系统的研究与设计 与 分 析 吴子豪，王 乔，梁 莉 (西安理工大学，陕西 西安 710048) } 摘 要：根据国内外励磁控制系统发展的趋势，研究与设计了以AltelaCycloneIIEP2C20F484C7FPGA为核心控 l i 制芯片，具有模糊自调节PID的励磁控制系统。设计中以SOPC技术为基础，采用基于FPGA的NIOSII核处理器．在 l j 实现设计方案的同时尝试使用了多NIOSII核架构，成功验证了硬件设计和控制算法的软件实现。实验证明，基于 ； i ~NIOSII核的发电机励磁控制系统能够快速、稳定地达到所需励磁电压，具有很好的推广前景。 l 关键词：励磁控制；NIOS1I；模糊PID控制；FPGA i ； 中图分类号：TP273；TM341 文献标志码：A 文章编号：1673—7598(2008)12—0052—04 l ／ 展规律相同。随着微电子技术的发展，励磁控制系统 O 引言 从早期的模拟式、模拟数字混合式发展到现在的数 字式励磁控制系统。近年来随着DSP芯片和各类MPU 励磁控制系统是同步发电机的重要组成部分 ， 的广泛使用，出现了以16／32位DSP为运算核心，或以 它直接影响发电机的运行特性，对电力系统的安全 ARM为主控核心，外加DSP芯片结构的励磁系统。甚至 稳定有着重要影响。维持发电机机端电压是励磁控 还出现了以32位多处理器工控机为核心的励磁控制系 制系统的最基本作用：通常当发电机带负荷时，机端 统，这使得励磁控制系统的硬件运算基础得到保证。 电压随之变化，励磁控制系统应及时增加或减少励 励磁控制系统的软件核心是励磁控制算法。随 磁电流，使机端电压维持在一定水平：当发电机甩负 着控制理论的发展，控制方式从早期的单变量反馈 荷时，通过励磁控制系统的快速调节，使机端电压不 发展到后来的多变量反馈，由线性控制发展到非线 致过分升高。励磁系统的第二个主要作用是合理分 性控制，直至当今出现的大规模智能化控制。励磁控 配并网时的无功功率，当多台发电机并行在母线上 制算法的发展与之一致，其经历的主要阶段有：基于 运行时，其输出的有功功率取决于输人的机械功率， 经典PID调节的单变量电压调节器AVR．PID+AVR： 而发电机的无功功率则与励磁有关，所以分配各发电 基于经典PID调节的多变量AVR，附带电力系统稳 机的无功功率是励磁控制系统的重要功能之一。发电 定PSS附加控制，PID+AVR+PSS；基于现代控制理论 机稳态运行时。在产生很小的扰动后，励磁系统能使 的线性最优化控$~LOEC；基于现代控制理论的非线 发电机继续运行在稳态；发电机机端负载突然短路、 性最优化控制NEc及本设计采用的基于智能化控制 断路时，励磁系统能迅速做出响应l】l。 的励磁控制算法。 励磁控制系统对控制精度、响应速度及控制复杂 一 般而言，单一的控制算法难以应对实际励磁