智能电机综合保护器的实时性优化设计

摘要

电机保护器是现代生产中十分重要的电气保护设备，它可以实时监控电机运行的状态，及时判别电动机的各种故障。电机保护器的实时性是准确保护的关键，实时性的优化可以提高保护器的响应能力，对电机故障的反应更加灵敏。
　　 论文介绍了电机保护器的研究背景以及嵌入式系统实时性的基本概念，从电机保护器的硬件平台、操作系统、上层算法等层次深入分析了实时性的主要影响因素，并对电机保护器的时间模型作了详细讨论。以SEP4020微处理器为核心构建系统硬件平台，对处理器核心模块进行优化配置，实现了AD的快速多通道采样，提高了外部实时时钟驱动程序的效率，设计了高速率的通信模块。基于Nucleus操作系统，对保护器的各个任务进行了设计，突出了保护任务的强实时性需求，各个任务的功能和优先级得到合理分配，采用片上ESRAM使得任务运行的效率进一步提升。选用离散傅氏算法作为系统的交流采样算法，并使用快速算法代替库函数对计算过程进行优化。采用简单有效的算法完成频率、功率等数据的计算，保证了系统的实时性不受影响。另外，对于保护算法和应用程序代码的设计提出了一些优化方法，提高了系统的运行效率。
　　 最后，对电机保护器进行了测试验证，并与优化前进行对比分析。结果表明，优化后系统运行一个完整的保护周期所需时间进一步减小，对于电机故障能够正确判断并及时响应，缩短了动作延迟，实时性进一步提高，同时还能保证较好的测量精度。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 论文的主要工作和目标

1.3 论文组织结构

第二章 嵌入式系统的实时性

2.1 实时性的基本原理

2.1.1 实时系统的定义

2.1.2 实时系统的分类

2.1.3 实时性的衡量指标

2.2 影响实时性的软硬件因素

2.2.1 硬件平台

2.2.2 实时操作系统

2.2.3 交流采样算法

2.2.4 其它上层算法

2.3 电机保护器的实时性分析

2.4 本章小结

第三章 硬件平台的设计

3.1 电机保护器系统结构与功能

3.2 微处理器核心模块的配置

3.2.1 微处理器核心模块简介

3.2.2 微处理器的主频配置

3.2.3 SDRAM时序配置

3.3 AD多通道采样

3.3.1 AD7927及其电路连接

3.3.2 多通道采样方式设计

3.4 实时时钟模块的设计

3.4.1 DS1302及其电路连接

3.4.2 DS1302驱动的优化

3.5 通信模块设计

3.5.1 通信模块简介

3.5.2 波特率的提高

3.5.3 使用中断方式通信

3.6 本章小结

第四章 系统任务的设计

4.1 实时操作系统NUCLEUS

4.1.1 Nucleus PLUS内核

4.1.2 Nucleus的中断管理与任务调度

4.2 系统软件构架

4.3 系统任务设计

4.3.1 交流采样

4.3.2 保护任务

4.3.3 频率、功率与电度的计算

4.3.4 通信任务

4.3.5 信息记录

4.3.6 人机交互

4.4.映像文件的加载

4.4.1 Scatter文件概述

4.4.2 映像文件的地址映射优化

4.5 本章小结

第五章 上层算法的实现

5.1 交流采样算法

5.1.1 DFT算法的优势

5.1.2 DFT计算速度的优化

5.2 常用计量算法的实现

5.2.1 改进的软件测频法

5.2.2 功率的计算

5.2.3 电度的计算

5.3 保护算法的设计

5.4 应用程序代码的优化

5.5 本章小结

第六章 系统测试与结果分析

6.1 电机保护器测试平台

6.2 优化效果测试

6.3 精度测试

6.4 综合保护功能的实时性测试

6.5 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间的成果和发表的论文