08 用AT89C2051单片机控制的三相全控桥晶闸管触发器

JOURNALOFHEBEIINSTITUTEOFARCHITECTURALENGINEERING2004年3月

Vol.22No.1

March2004

用AT89C2051单片机控制的三相全控桥

晶闸管触发器

杨晓晴　桂　垣　张一哲　梁卫强

这也能PID，太假了吧PID稳压河北建筑工程学院摘　要　介绍了采用AT89C2051单片机控制三相全控桥晶闸管触发器,并利用单片机从整

流输出端取得电压信号,与给定电压构成控制偏差进行数字PID调节以实现电压负反馈闭环控制;硬件电路简单,可靠性高,抗干扰能力强,是一种比较理想的晶闸管触发装置.关键词　单片机;晶闸管;数字PID调节;电压负反馈闭环控制中图号　TP3

0　概　述

在工业领域使用的变流装置中,普遍是采用三相全控桥式晶闸管变流电路.而晶闸管触发器以前是以晶体管等为主要元件分立式元件所组成的电路,这种电路需使用6个这样其它功能上基本相同但触发控制相位角不同的电路组成三相全控制桥式变流电路的触发控制系统,不仅制作工艺繁杂,电路调试复杂,而且体积大,某些技术性能不是很好.现在随着集成电路制作技术的提高,晶闸管触发电路的集成化已逐渐普及,并以其可靠性高、技术性能好、体积小、功耗低、调试方便等特点已逐渐取代分立式电路.目前国内常用的有KJ系列和KC系列.但由这种集成电路组成的触发器仍需用几个集成块共同组成三相全控桥式电路中6个晶闸管的脉冲触发电路.个别有采用单片大规模高性能晶闸管三相触发器集成电路.而采用以单片机为核心控制的晶闸管脉冲触发器,则电路简单,操作方便,整个控制面板集成度高,面积比以往的控制电路缩减了许多.对于晶闸管触发器一种方法是采用单脉冲触发,脉冲宽度大于60°,另一种方法是采用双窄脉冲触发,开通时间为10°～20°,本系统采用双窄脉冲触发,能保证它们频率同步,有固定的相位角,并可实现相应的延迟等功能;并且摒弃了以往的中断同步方式,改为定时器计时同步方式,这样就从根本消除了干扰信号的影响,通过软件编程实现控制功能,灵巧简单,抗干扰能力强.本文讨论采用AT89C2051单片机组成的三相全控桥晶闸管触发电路,并由三相全控桥晶闸管整流电路取出电压信号,采用带限幅的电压负反馈保证在电网电压波动时,确保整流输出电压的稳定.本文利用单片机采用数字PID调节器组成电压负反馈闭环系统.它控制精度高,实时性好,对称高度,稳定性强.克服了模拟式触发电路和普通数字式触发电路硬件电路复杂、波形对称度差,调试困难、抗干扰能力差等缺点.目前采用以单片机为核心控制品闸管触发器的生产厂则很少,还处于研发阶段,因此具有

其实很简单啊，哈哈较广阔的应用前景.交流电如何采集信号呢本装置通过改变电位器的值,调整电压给定值,进而改变触发角度α,电位器范围是0～5V,通过

TLC0834A/D转换器得到的相应值为0～255,单片机根据采集到的数据,与从整流输出端得到的电压反馈信号A/D转换后进行数字PID调节,构成电压负反馈闭环控制,以保证整流输出端电压的稳定.单片机以此数据作为定时器的记数值进行延时控制,控制脉冲的输出,以达到改变整流电路输出电压的

收稿日期:2004-02-20

作者简介:女,1965年生,副教授,张家口市,075024

88目的.

河北建筑工程学院学报第22卷

1　硬件电路

哎呀，小论文都差不多啊采用AT89C2051单片机组成的三相全控桥晶闸管触发电路主要由AT89C2051单片机、TLC0834八位串行控制模数转换器、同步信号处理电路、过流、过压保护电路,原理图见图1.

AT89C2051是一种带2K字节闪速可编程可擦除只读存储器(PEROM)的低电压、高性能CMOS8位微控制器.器件采用ATML高密度,非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS———51指令集和输出管脚相兼容.由于将多功能8位CPU和闪速存器组合在单个芯片上中,ATMEL的AT89C2051是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案.本装置所用单片机的定时/计数器,采用12M晶振定时器方式工作.P1口用作输出脉冲和保护显示,P3口用

口输出，P3口输入，使用内置定时器作接收同步信号和采集A/D信号、PID控制以及接收过流、过压控制信号P1.TLC0834八位串行控制模数转换器,是八位逐次逼近模数转换器,有四个输入通道,串行输出可配置为和标准移位寄存器或微处理器接口.TLC0834工作时,选择哪个模拟通道,取决于输入时序中的配置位.同时配置位也决定了输入是单端输入不是差分输入.本装置采用单端输入,TLC0834的配置位逻

辑表如表1所列.表中:+表示输入通道的端点为正极性,-表示输入通道的端点为负极性,H或L表示高、低电平.输入配置时高位在前,低位在后.TLC0834的工作时序如图2所示.由时序图知,置 C S为低电平时,选中TLC0834,使所有逻辑电路使能.在每个时钟CLK的上升跳变时,DI端的数据移入TLC0834内部的多路器地址移位寄存器.在第一个时钟期间,DI位为高,表示启始位,紧接着要输入三位配置位.当输入启始位和配置位后,选通输入模拟通道,转换开始.转换开始后先提供一个时钟,以使选定的通道稳定.TLC0834接着输出转换的数据,数据输出时先输出最高位;输出完转换的数据后,又以最低位开始重新输出一遍数据.当片选C S变高时,内部所有寄存器清零,输出变为高阻状态. 重复上述过程,完成后面的数模转换.由于DI端只在多路寻址时被检测,而此时DO端仍为高阻状态,因此DI

芯片介绍就占了这么多，好假端和DO端可以连在一起.TM

2　采用数字PID调节器组成的电压负反馈闭环系统

2.1　模拟量采样处理

模拟量输入信号共有两个,一个是电压给定信号,另一个是电压反馈信号.AT89C2051单片机的P3.0～P3.2　分别控制TLC0834的DI/DO口、串行时钟输入端CLK和片选端 C S,电压给定信号送入第1期　　　　　杨晓晴等　用AT89C2051单片机控制的三相全控桥晶闸管触发器

表1　TLC0834的配置位逻辑表

多路器地址

SGL/DIF　　ODD/EVEN　　SELECTBIT1

L　　　　　　L　　　　　　L

L　　　　　　H　　　　　　HH　　　　　　L　　　　　　LH　　　　　　H　　　　　　HH　　　　　　L　　　　　　LH　　　　　　L　　　　　　HH　　　　　　H　　　　　　LH　　　　　　H　　　　　　H

通道号

CH0　CH1　CH2　CH3+　　-　　+　　-+　　-　　-　　++　　　　　　　　　　　　　　　　+　　　　　　+　　　　　　　　　　　　　　　　　　+　　

89

通道CH0,电压反馈信号CH1,由表1可知输入通道CH0的转换配置位为100B,输入通道CH1的转换配置位为110B.在设计程序中2051中的定时器1,模式1是靠INT1触发开始计数的.系统上电后首先在程序开始时先等待INT1的低电平开始打开定时器,等INT1变成高电平时,才开始启动TLC0834采样CH0通道的电压给定值,因为TLC0834A/D转换器得出的是八位,可表示的数据是0～255,而定时器是双字节计时(模式1,16位定时).故A/D转换器采样转换完毕后,要进行由单字节到双字节的转换.接着进行渐变处理,然后进行保护,计算延时,在要求的时间发脉冲,脉冲宽度为18°,再延时42°到发下一组脉冲.在每组脉冲前进行保护判断,如果正常工作则最后一组脉冲结束后返回.接着再进行下一周期的电压给定信号的A/D转换采样,之后再启动TLC0834采用CH1通道的电压反馈信号.由电压给定值与电压反馈信号构成控制偏差进行PID控制调节,以保持在电网波动时,保证整流输出电压的稳定.

2.2　PID控制算法根据给定值、采样值计算控制量采用标准的增量式PID算法.根据电压给定和电压反馈的有效采样值计算控制量,计算公式为:

90

ui=ui-1+Δu

河北建筑工程学院学报第22卷

TDTΔu=KPei+ui-1+Tei+T(ei-2ei-1+ei-2)1

式中ei为第1次采样时刻输入的偏差值;KP为比例系数;ui为第i次采样时刻的控制变量;T为采样周期;TD为微分时间常数;T1为积分时间常数.这种算法只需保留偏差ei、ei-1、ei-2、和ui-1即可完成递推运算.将上式进一步整理可得:

TDTDTTD

Δu=KP1++ei-KP1+2ei-1+KPeT1TTi-2T

=a0ei-a1ei-1+a2ei-2其中

TDTa0=KP1++

T1TTD

a1=KP1+2+

T

TD

a2=KP

T

它们都是与采样周期、比例系数、积分时间常数、微分时间常数有关的系数.调整a0、a1、a2就可获得理想的动态响应特性.

3　结　论

由于同步信号采用了非中断方式,干扰信号不能从单片机的外部中端引入,提高了信号的抗干扰能力.且在整流输出端采用了由数字PID调节器组成的电压负反馈闭环系统,使输出电压稳定.该方案具有较高的实用和推广价值.又是一篇论文TheThreePhaseBridgeControlledSCRTriggerWhichisControlled

byMicroprocessor(AT89C2051)

YangXiaoqing　Guiyuan　ZhangYizhe　LiangWeiqiang

HebeiInstituteofArchitectureandCivilEngineering

Abstract　Thisarticleintroducesthemethodtocontrolthethree-phasebridgecontrolledSCRtriggerbymicroprocessor(AT89C2051)andgetvoltagesignaloutputfromrectificationbymicroprocesor,soastorealizenegativevoltagefeedbackcircuit-closingcontrol,thecontrolleddeflectioncomposedofthevoltagesignalandthe

voltageshouldberundigitalPIDregulation.Thehardwarecircuitissimple,andithasstrongrelianceandanti-interferenceability,whichisakindofidealSCRtrigger.

Keywords　microprocessor;CSR;digitalPIDregulation;negativevoltagefeedbackcircuit-closingcontrol