推理控制的CVCF交流電源

摘要：介紹一種推理控制的交流穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)及工作原理，對(duì)該電源的抗干擾性能作了較詳細(xì)的分析。由于采用了推理控制技術(shù)，使得該電源的抗干擾性能明顯優(yōu)于一般穩(wěn)頻穩(wěn)壓電源。

關(guān)鍵詞：穩(wěn)壓穩(wěn)頻推理控制干擾抑制

CVCF Power Supply by Inferential Control

Abstract: This paper introduces the construction and the principle of CVCF power supply which is controlled by inferential controller,analyzes the properties of eliminating disturbance in the power supply.The power supply is good than the common CVCF for eliminating disurbance.

Keywords:CVCF， Inferential control， Eliminating disturbance

中圖法分類號(hào)：TN86文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：0219?2713(2000)12－618－03

　　1推理控制的CVCF電源的硬件構(gòu)成

推理控制的CVCF電源系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，控制電路見(jiàn)圖2。

系統(tǒng)采用8031作為CPU，外擴(kuò)8K的EPROM2764，用于存放監(jiān)控程序、推理控制、鍵控及顯示程序。擴(kuò)展一片DAC0832，以便輸出階梯正弦波，其片選信號(hào)CS接74LS138的Y0口,選通地址為＃1FFFH。DAC0832按單緩沖工作方式，使輸入寄存器處于鎖存狀態(tài)，ILE接＋5V，WR1接CPU的寫信號(hào)WR，DAC寄存器處于不鎖存狀態(tài)，所以將WR2和XFER直接接地，DAC0832接成單極性輸出，參考電壓為＋5V，輸出0～5V的電壓。擴(kuò)展一片ADC0809，實(shí)現(xiàn)對(duì)整流后的直流電壓進(jìn)行采樣的功能，8031的WR和74LS138的Y1口經(jīng)一個(gè)或非門接ADC0809的STAR和ALE端，來(lái)控制ADC0809的啟動(dòng)和地址鎖存。8031的RD和74LS138的1口經(jīng)或非門接ADC0809的OE端，控制信號(hào)的輸出。ADC0809的CLK由8031的ALE上信號(hào)經(jīng)過(guò)2分頻以后提供，EOC經(jīng)反向器作8031的INT1中斷請(qǐng)求輸入線，要求CPU從P0上讀取A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。ADC0809的IN0和采樣保持器LF198的輸出端相連，故IN0上輸入的0～15V范圍的模擬電壓經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后，可由8031通過(guò)程序從P0口輸入到內(nèi)部RAM單元。

圖1推理控制的CVCF系統(tǒng)原理圖

圖2推理控制的CVCF電源控制電路圖

擴(kuò)展一片8279，作為擴(kuò)展的I/O口，接8個(gè)LED，以完成顯示目標(biāo)頻率、目標(biāo)電壓和反饋電壓的功能。8個(gè)LED接成共陽(yáng)極。8279和8031的連接無(wú)特殊要求，除數(shù)據(jù)線P0口、WR、RD可直接連接外，CS由74LS138的Y2口進(jìn)行片選。時(shí)鐘由ALE提供，A0接8031的P2.0口，中斷請(qǐng)求IRQ經(jīng)反向器與8031的INT0相連。

8279同時(shí)擴(kuò)展鍵盤的接口，實(shí)現(xiàn)運(yùn)行、停止、清零、復(fù)位功能鍵的控制。規(guī)定掃描線（SL0－SL1）為列線，在此以連接74LS138的輸出T0和T1為列線，實(shí)現(xiàn)2＊8的鍵盤功能?；貜?fù)線（RL0－RL7）為行線。

由8031的P2.5、P2.6、P2.7口經(jīng)74LS138進(jìn)行地址譯碼，各擴(kuò)展芯片的地址由此確定。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

應(yīng)用軟件分為四大部分：振蕩部分、采樣部分、調(diào)幅部分、通信部分。為了防止嚴(yán)重干擾時(shí)“飛”程序，在每個(gè)程序之間安放軟陷阱，即在各個(gè)子程序之間放入幾條NOP指令。這樣，發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，可強(qiáng)制從頭執(zhí)行。

在軟件設(shè)計(jì)中采用模塊化子程序結(jié)構(gòu)，其主程序和推理控制子程序的流程結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

（1）振蕩器子程序

　　該程序模塊要求得到一個(gè)頻率可調(diào)的高頻率穩(wěn)定度的階梯正弦波。要求頻率可調(diào)范圍為45Hz～65Hz，精度要求為0.1Hz。

在振蕩程序中，采用8031的T1定時(shí)方法，因?yàn)門1工作方式不占用CPU時(shí)間。在整個(gè)單片機(jī)運(yùn)行期間，振蕩部分的定時(shí)是自始至終的，故采用T1定時(shí)方式2（可以自動(dòng)重新裝入的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器）進(jìn)行定時(shí)，在不占用CPU的時(shí)間里，CPU可以處理其它程序和任務(wù)。

圖3程序流程圖

將一個(gè)正弦波周期分為正半周和負(fù)半周兩部分，半波時(shí)間為1/（2f），將這半波時(shí)間分成90份，則定時(shí)時(shí)間為t=1/（180f）,代入T=28－t·fo/12的T1初值計(jì)算公式(式中fo為晶振頻率)，得出定時(shí)時(shí)間常數(shù)，可將45Hz～65Hz的定時(shí)時(shí)間都算出來(lái)并列成表格（如表1所示），設(shè)置一個(gè)查表程序，在輸出不同頻率時(shí)從表上調(diào)取不同的T值。

表1定時(shí)時(shí)間常數(shù)表

表2正弦波數(shù)據(jù)表

T1定時(shí)時(shí)間到，則調(diào)用振蕩器子程序，由DAC0832輸出正弦波，正弦波的產(chǎn)生也是通過(guò)查表得到，將半波分成90份，即每2度為一個(gè)階梯，用MATLAB編一小程序?qū)⑺钄?shù)列成表格，每隔時(shí)間t查表一次，當(dāng)查表90次后，通過(guò)DAC0832的輸出可得出一個(gè)半波，再通過(guò)反向器疊加后得一正弦波。各階梯值對(duì)應(yīng)的角度、輸出電壓及輸入數(shù)字量如表2所示。

圖4階梯正弦波形圖

圖5推理控制的CVCF系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

此表所得階梯正弦波如圖4所示。這樣可得到頻率穩(wěn)定度高的階梯正弦波。

（2）推理控制子程序及算法

離散化推理控制的基本思想是，當(dāng)系統(tǒng)的采樣頻率足夠高時(shí)，采樣系統(tǒng)的特性接近于連續(xù)變化的模擬系統(tǒng)，因而可以忽略采樣開(kāi)關(guān)和保持器，將整個(gè)系統(tǒng)看成是連續(xù)變化的模擬系統(tǒng)，從而用s域的方法校正裝置D（s）。再使用s域到z域的離散化方法求得離散傳遞函數(shù)D（z）。設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)是將一個(gè)模擬調(diào)節(jié)器離散化，用數(shù)字控制器取代模擬調(diào)節(jié)器。設(shè)計(jì)的基本步驟是，根據(jù)已有的連續(xù)模型，按連續(xù)系統(tǒng)理論設(shè)計(jì)模擬調(diào)節(jié)器，然后按照一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系將模擬調(diào)節(jié)器離散化，得到等價(jià)的數(shù)字控制器，從而確定計(jì)算機(jī)的算法。　　首先將離散化令K1=250,

T1=0.015再將離散化

　　得308Uk(k)=490Uk(k－1)－185Uk(k－2)

＋19Ue(k)－5Ue(k－1)

又Uk(k)=Ur－[Uf(k)－Uc(k)]

　　∴2Ua(k)=Ua(k－1)＋250Uk(k－1)(1)

Ue(k)=Ur－[Uf(k)－Ua(k)](2)

　　308Uk(k)=490Uk(k－1)－185Uk(k－2)

＋19Ue(k)－15Ue(k－1)(3)

當(dāng)根據(jù)（1）、（2）、（3）可得推理控制的輸出

　　令K1=2,K2=1,K3=250,K4=308,K5=490,K6=185,K7=19,K8=15

∴K1Ua(k)=K2Ua(k－1)＋250Uk(k－1)(1)

Ue(k)=Ur－[Uf(k)－Ua(k)](2)

K4Uk(k)=K5Uk(k－1)－K6Uk(k－2)

＋K7Ue(k)－K8Ue(k－1)(3)

3推理控制的CVCF抗擾性能分析

推理控制的CVCF是一個(gè)輸出可測(cè)、而擾動(dòng)不可測(cè)的系統(tǒng)，設(shè)電源的輸出為Y（s），輸入為R（s），擾動(dòng)為D（s），此時(shí)的電源不需要二次輸出和估計(jì)器，只需一個(gè)估計(jì)模型，推理控制的CVCF系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

此時(shí)的系統(tǒng)輸出為推理控制器Gi(s)=Gf(s)/Gp(s),當(dāng)Gp(s)=Gp(s)時(shí)，系統(tǒng)輸出為

Y（s）=Gf(s)R(s)＋[1－Gf(s)]B(s)D(s)

當(dāng)Gp(s)≠Gp(s）時(shí)，系統(tǒng)的輸出為當(dāng)濾波器的穩(wěn)態(tài)增益為1時(shí)，在給定的階躍擾動(dòng)下，系統(tǒng)的主要輸出Y（s）=R（s）；在階躍擾動(dòng)不可測(cè)的情況下，系統(tǒng)的主要輸出穩(wěn)態(tài)偏差為Y（0）=0。

可見(jiàn)，系統(tǒng)具有非常好的性能，不管模型有何種誤差，系統(tǒng)的主要輸出總是穩(wěn)態(tài)無(wú)偏差的，而且控制系統(tǒng)的可調(diào)參數(shù)很少。