基于196单片机控制的新型原动系统仿真器及其软件设计

摘要

原动机仿真系统是用于电力系统动态模拟的重要设备，它对电力系统中的真实原动机（水轮机和汽轮机）及其调速器进行模拟，以便研究电力系统中的大干扰问题和机电暂态过程。目前，国内原动机仿真系统，逐步由模拟控制转向模拟和数字混合控制，这有利于克服模拟电路存在结构复杂、电子元器件容易老化、易受环境温度影响、抗干扰能力差等缺点。对本文调速器仿真系统用微机数字化设计方案，利用计算机软件去取代模拟电路的功能，很好地克服模拟电路的上述缺点，提高了原动仿真系统的可靠性和自动化程度。 本文首先介绍了原动机仿真系统的发展历程、本文主要研究工作、课题的来源及意义，然后介绍了原动机仿真系统数字控制部分的硬件结构、原理、特点及系统中用作地址译码PLD芯片的烧制方法。阐述了原动机仿真系统主程序的设计思路和流程，详细介绍了80C196KC的中断资源及中断编程，对系统调速器模型的离散化编程做了详细分析。针对水轮机中的油动机模型在积分环节存在量化误差的问题，提出了“零存整取”的解决方案，在一定程度上解决了水机运行的震荡问题，提高了系统的响应速度和控制精度。对双脉冲测速方案中出现的速度突变和测速死区进行了分析论证，提出了测速齿轮槽口尺寸减小和测速软件限时的解决方案。此外，为提高系统运行的稳定性和可靠性，实现了对模拟量采集中软件和硬件的滤波器设计，并对软件运行抗干扰措施做了详细的阐述。 最后，本文对硬件和软件进行了调试，总结了部分软件的调试查错方法，实验结果表明该系统的硬件和软件设计方案是可行的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪 论

1.1课题背景及目的

1.2国内外原动仿真系统研究状况

1.3原动系统仿真器的发展趋势

1.4本文主要研究内容和创新点

第2章原动系统基本特性及数学模型

2.1发电机原动系统的基本特性

2.2原动系统调速数学模型的建立

2.3本章小结

第3章原动系统硬件及基本结构

3.1系统结构

3.1.1 CPU及存储器

3.1.2模拟信号通道的设计

3.1.3实时转速测量

3.1.4并口的扩展

3.1.5看门狗电路及数据掉电保护

3.1.6其它外设

3.2用PLD实现I/O地址分配

3.2.1系统的I/O地址分配

3.2.2用Protel 99SE编写PLD程序

3.3本章小结

第4章系统软件设计及其原理

4.1主程序

4.1.1主程序设计的基本要求

4.1.2主程序流程

4.2中断服务程序

4.2.1中断控制字

4.2.2中断向量入口及写中断控制字程序

4.3 HSO编程及软件定时器

4.3.1 HSO编程

4.3.2软件定时器O中断服务程序

4.4调速器控制模块程序

4.4.1调速器模型的离散化

4.4.2调速器采样周期T的选择

4.4.3调速器参数初始化运算程序

4.4.4调速器中断服务运算程序

4.4.5原动机变步长启动与超调调整

4.4.6水机运行震荡不稳及其算法改进

4.5转速测量程序模块

4.5.1 M法测速

4.5.2 T法测速

4.5.3原动机测速方法

4.5.4高速输入器HSI及测速编程

4.5.5测速程序优化

4.5.6两脉冲测速程序调试问题及解决方法

4.6本章小结

第5章原动仿真系统可靠性与抗干扰技术

5.1模拟量采集抗干扰措施

5.1.1采用无源滤波器抗干扰

5.1.2模拟量采集的数字滤波

5.2系统主板芯片配置与抗干扰

5.2.1去耦电容配置

5.2.2主板中数字电路不用端的处理

5.2.3存储器的布线

5.3系统输入输出开关量抗干扰

5.4程序稳定运行抗干扰技术

5.4.1指令冗余

5.4.2看门狗技术

5.5本章小结

第6章系统软件调试及其结果分析

6.1伟福开发工具及其仿真环境的介绍

6.2输入与显示模块调试

6.2.1键盘及面板指示灯测试与故障分析

6.2.2界面显示部分硬件测试与故障分析

6.3模拟量数据采集与保护测试

6.3.1电枢电流、电枢电压及励磁电流保护测试及故障分析

6.3.2测速模块调试及故障分析

6.4伟福仿真软件断点跟踪调试

6.4.1设置断点

6.4.2断点的操作

6.4.3修改断点属性

6.5观察窗口对调速器水机数学模型的调试

6.6本章小结

结 论

参考文献

附录

致 谢