同步发电机冗余励磁调节器的设计及稳定性分析

论文摘要

励磁控制系统肩负着同步发电机运行控制的重要使命,其性能直接影响电机的运行特性及运行可靠性。为了进一步提高励磁控制系统的可靠性和稳定性,本文研究与设计了冗余励磁调节器。确定了以S7-300系列PLC为控制核心的系统硬件方案;并采取了先进的双系统热备份式冗余控制策略。基于上述总体方案及关键技术路线,进行了系统的硬件设计和软件编程。利用S7-300系列PLC强大的数据处理能力和丰富的硬件资源及高速的实时控制能力,实现了主控模块、信号采集、故障检测、功率放大、键盘液晶显示等功能。对关键部分冗余处理模块进行了详细的分析和介绍。双系统硬件完全一致化,并对关键模块采取了冗余措施。软件程序上主、备系统程序统一,摒弃了传统冗余控制系统中的“主、备程序”的控制策略。设计编写了主程序、中断程序、PID运算程序、通讯程序等。编程采用高效率的LAD语言与STL语言相结合,程序代码少,执行时间短。多个程序的嵌套调用,为程序的设计带来了极大方便,使各种服务程序的执行时间满足励磁调节器对信号响应时间的要求。对整个系统进行了初步调试,双系统之间能够可靠切换和互锁,满足了系统的要求。建立了励磁系统的数学模型,通过MATLAB仿真分析了PID调节参数及采样周期对系统稳定性的影响,为调节器参数整定提供了理论指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 同步发电机励磁调节器的研究现状及发展趋势
• 1.1.1 硬件结构的研究现状
• 1.1.2 控制方法的发展现状
• 1.1.3 励磁调节器的发展趋势
• 1.2 本课题的主要研究内容及方法
• 第二章 冗余励磁调节器的总体结构
• 2.1 励磁调节器的控制任务
• 2.2 冗余励磁调节器的控制策略
• 2.3 冗余励磁调节器的组成及原理
• 2.3.1 冗余励磁调节器的组成
• 2.3.2 冗余励磁调节器的工作原理
• 第三章 冗余励磁调节器的硬件设计
• 3.1 主控模块的设计
• 3.1.1 S7-300系列PLC概述
• 3.1.2 主控模块的构成
• 3.2 冗余处理模块的设计
• 3.2.1 冗余处理模块的功能与要求
• 3.2.2 关键技术及问题的解决
• 3.3 各个功能模块的设计
• 3.3.1 数据采集模块
• 3.3.2 故障处理模块
• 3.3.3 功率放大模块
• 3.3.4 键盘和显示模块
• 第四章 冗余励磁调节器的软件设计
• 4.1 励磁调节器的软件控制任务
• 4.2 励磁调节器的软件总体设计
• 4.2.1 PLC资源及地址分配
• 4.2.2 程序框图及各个功能模块的实现
• 4.3 软件相关实验
• 4.3.1 PID运算
• 4.3.2 A/D和D/A转换
• 4.3.3 串行通讯
• 第五章 实验结果及稳定性分析
• 5.1 实验结果及分析
• 5.2 励磁系统稳定性分析
• 5.2.1 Z变换理论
• 5.2.2 励磁系统各个环节数学模型
• 5.2.3 稳定性分析
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 附录A 励磁调节器电路原理图
• 附录B 励磁控制器硬件及实验实物图
• 致谢