基于DSP的永磁机构相控开关测控技术研究

摘要

本文介绍了作为智能化开关发展的最为重要技术之一的相控开关技术在国内外发展现状和存在的主要技术难题。指出在相控开关系统中应用永磁机构的真空开关是解决当前开关机构零件繁多、可靠性不高、分散性难以控制的必由之路。以此为基础，提出了一种采用新型DSP器件TMS320F2812和混合型DSP器件dsPIC30F6014A为核心，辅以CPLD接口扩展的相控开关测控系统。该双机结构实现了智能开关测控保护功能和相控开关技术在功能上的统一和硬件上的分离，使两部分功能的发挥都得到最合适的硬件平台。在硬件电路的设计上，考虑到开关工作环境电磁环境十分恶劣，着重强调了电路设计的抗干扰性和可靠性。按照这种思路，进行了系统电源、直流量调理、交流量调理、数字量输入输出、看门狗等电路的设计。在系统软件平台上，由于开关测控保护部分任务繁多，实时性要求较高，在2812中移植了uc/OS-Ⅱ实时多任务操作系统，并将所有任务挂接在uc/OS-Ⅱ中，由内核统一调度运行。由于内核有着特殊重要性，根据查阅资料和实践经验，针对本系统特点，探讨了一些对uc/OS-Ⅱ的内核改进方案。实践表明，uc/OS-Ⅱ的引入有效的提高了系统的实时性和可靠性，也利于以后的进一步扩展和维护。在开关控制部分，从数据采样，FIR滤波、定点数运算到双机通讯过程，系统时间定标、过零点提取、执行时间修正，数据表操作等等相控开关技术实现过程中涉及到的方方面面作了详细的介绍。另外，还对软件设计中可靠性设计进行了一些有益的探索，并在本系统软件的设计中得到了体现。 综合硬、软件设计，在反复调试和改进的基础上，最终完成了设计。在该平台上进行的各种仿真和试验表明，本系统达到设计目标。最后根据设计和试验情况对本设计进行了总结，提出了不足和改进目标。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1概述

1.2永磁机构真空开关简介

1.3相控开关技术及发展情况

1.3.1采用相控开关技术的必要性

1.3.2相控开关技术的实现

1.3.3相控开关技术的发展现状

1.4本课题所要完成的任务

第二章方案论证与系统设计

2.1系统功能需求分析

2.1.1二次系统智能化

2.1.2相控开关控制器功能分析

2.2系统方案设计

2.3系统硬件设计

2.3.1主CPU的选择

2.3.2从CPU的选择

2.3.3接口扩展CPLD的选择

2.4系统软件设计

2.4.1软件开发流程

2.4.2软件结构设计

第三章算法分析

3.1监测保护部分算法分析

3.1.1采样滤波算法

3.1.2电参量监测算法

3.1.3谐波分析算法

3.1.4保护算法分析

3.2相控开关控制部分算法分析

3.2.1相控开关工作过程

3.2.2关键技术难题

3.2.3过零点检测算法

3.2.4开关分散性控制算法

3.2.5电容组投切算法

第四章硬件电路设计

4.1监测保护部分电路设计

4.1.1电源电路

4.1.2交流电压调理电路

4.1.3看门狗电路

4.1.4 CAN通信接口电路

4.2开关控制部分电路设计

4.2.1温度测量及电压变换电路

4.2.2直流电压调理电路

4.2.3数字量调理电路

4.3 CPLD接口控制部分电路设计

4.3.1开关操作接口控制

4.3.2键盘与LED显示接口

4.3.3数字量输出电路设计

第五章软件程序设计

5.1 2812DSP程序设计

5.1.1实时内核的引入

5.1.2实时内核的改进

5.1.3任务划分及实现

5.1.4芯片的引导及初始化

5.2 30F6014A程序设计

5.2.1滤波算法的实现

5.2.2相控开关算法的程序实现

5.2.3表操作及CRC效验

5.3 CPLD程序设计

5.4软件可靠性设计

5.4.1提高软件可靠性的途径

5.4.2本系统中的软件可靠性保障手段

第六章仿真及试验结果

6.1 AD精确度测试及修正

6.2软件仿真试验

6.2.1软件仿真环境简介

6.2.2仿真结果与分析

6.3存在的问题与改进

参考文献

发表论文

致谢