一种数字化闭环矢量控制三相交流标准源

摘要

一种数字化闭环矢量控制三相交流标准源，由外设模块、管理单元模块、信号处理模块及信号输出模块组成，管理单元模块分别与外设模块、信号处理模块双向相连，信号输出模块与信号处理模块、管理单元模块相连。采用本发明能够提供一种手动控制与计算机控制一体化的便携式数字标准源，其控制灵活、使用方便、准确度高。

说明书

技术领域

本发明涉及电力计量领域的一种交流标准源，尤其是一种数字化闭环矢量 控制三相交流标准源。

背景技术

为保证标准源输出信号精度，需对输出信号进行幅值控制和相位控制。目 前，国内外幅值控制主要采用差值法：输出信号经AD转换成直流信号，直流信 号与机内基准信号比较，来保证输出信号的幅值。相位控制大都采用过零触发 来检测相位，经相位/时间采样，再进行相位控制。

幅值控制容易引起振荡，准确度低；而相位控制在输出信号存在谐波时， 过零触发的引入会增加相位误差，且需经过相位检测、计算、输出控制和相位 平衡等四个步骤才能确定相位输出，过程复杂。传统控制方法无法满足标准源 高效、高准确度输出的目的。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供一种数字化闭环矢量控制三相交流标 准源及其闭环矢量控制方法，能够实现手动控制、计算机控制一体化的数字化 三相交流标准源，其控制灵活、使用方便、准确度高。

本发明采用以下技术方案达到上述目的：一种数字化闭环矢量控制三相交 流标准源，由外设模块、管理单元模块、信号处理模块及信号输出模块组成， 管理单元模块分别与外设模块、信号处理模块双向相连，信号输出模块与信号 处理模块、管理单元模块相连。

外设模块由键盘、显示模块、控制接口模块组成，控制接口模块由RS232 通信接口和RS485通信接口组成。

管理单元模块由ARM单元、电源以及一个程控时钟组成，ARM芯片型号为 LPC1758。

信号处理模块由全信息采集模块、模拟量反馈测量模块组成。

所述全信息采集模块电压采样采用温度系数为2ppm、比差/角差为0.002％ 的高稳定性电阻，电流采样采用有源补偿式电流互感器。

所述模拟量反馈测量模块采用的DSP型号为TMS320VC5502、ADC型号为 AD7606。

所述数字化闭环矢量控制三相交流标准源的闭环矢量控制方法，包括如下 步骤：

1)针对输出信号，由全信息采集模块同时记录信号的幅值和相位；

2)模拟量反馈测量模块利用A/D将所得的幅值和相位转换成数字信号，由 DSP将各信息分别与基准信号进行比较，同时向管理单元输出反馈信号；

3)若反馈信号符合系统要求，则管理单元发出触发信号，允许信号输出； 若反馈信号不符合系统要求，则校正SPWM信号和放大器控制信号，同时管理单 元亦不发出触发信号，从而得到一个新的反馈信号，再与基准信号比较，如此 循环，直至反馈信号满足系统要求，管理单元才发出触发信号。

本发明的突出效果在于：

1)标准源输出准确度高，频率输出准确度达0.002Hz，电压/电流输出准 确度达0.05％，相位输出准确度达0.05°，功率输出准确度达0.05％RG；

2)采用闭环矢量控制算法，既提高控制精度，又保证系统运行的稳定性， 稳定度达0.01％/2min；

3)开放式接口协议，可以实现手动控制和计算机自动控制，使用便捷、效 率高；

4)可单次或叠加多次谐波输出，2至31次谐波输出准确度达0.5％；三相 电压之间、三相电流之间、各相电压和电流之间可任意移相，可模拟各种电力 故障输出；具有完善的过流、过压、过热、短路、开路、过载保护。

附图说明

图1为外设模块原理框图；

图2为管理单元模块原理框图；

图3为信号处理模块原理框图；

图4为信号输出模块原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。

数字化闭环矢量控制三相交流标准源工作过程如下：通过外设模块1设定 输出信号目标值；并由外设模块1发送“外设输入信号”给管理单元模块2； 管理单元2对该信号分析，并发送“控制信号”给信号处理模块3；在信号处 理模块3中，采用闭环矢量控制方法，得到“反馈信号”，同时将此信号反馈给 管理单元模块2，将“目标信号”传送给信号输出模块4。管理单元模块2对反 馈信号进行分析，若符合要求，则发送“触发信号”给信号输出模块4，该模 块输出“目标信号”，与此同时，管理单元模块2亦发送信号给外设模块1，显 示各输出信号的波形；若反馈信号不符合要求，则管理单元模块2调整控制信 号，再将其发送给信号处理模块3，继而通过闭环矢量控制得到新的反馈信号， 如此循环，从而可得“目标信号”。

图1详细介绍了外设模块。“外设管理信号”有四种指令，分别为“R4_in” 指令、“R2_in”指令、“LCDin”指令以及“alert”指令；“外设输入信号”有 三种指令，分别为“R4_out”指令、“R2_out”指令以及“LCDout”指令。RS485 通过“R4_in”和“R4_out”指令与上位机通信，实现计算机全自动控制。RS232 通过“R2_in”和“R2_out”指令与外置键盘通信，作为手动控制时的备用输入 接口。触摸屏通过“LCDin”和“LCDout”指令与管理单元模块通信，用于手动 控制，同时显示输出信号的状态。当该标准源出现故障或者异常时，“外设管理 信号”发送“alert”指令给保护装置，从而实现报警。

图2详细介绍了管理单元模块。ARM单元通过控制程控时钟为模拟量反馈 控制模块提供精准的“时钟信号”。ARM接收“外设输入信号”后，发送“ready” 指令给DSP，于是DSP发送“六路SPWM信号”及“放大器控制信号”。以上信 号经信号处理模块后，发送“反馈信号”至DSP；DSP处理“反馈信号”后，发 送“ok”指令给ARM，于是ARM向信号输出模块发送“触发信号”，同时发送外 设管理信号给“外设模块”。

图3介绍了信号处理模块。电子开关将高精度直流基准源提供的直流信号 转换成交流信号；每一路“SPWM信号”控制着相应的电子开关，用于调节交流 信号的相位和频率。“幅值控制信号”控制着放大器，从而调节交流信号的幅值。 首先，“六路SPWM信号”调节六路交流信号的相位和频率。然后，经放大器调 节该信号的相位和频率之后，继而输出“目标信号”。目标信号经全信息采样后， 由A/D转换成数字式“反馈信号”，进而将该信号发送给CPU模块。闭环矢量控 制方法的要求处理该“反馈信号”，从而调整得到更高精度的“目标信号”。

图4介绍了信号输出模块。“触发信号”包括A相触发、B相触发以及C相 触发，同时每一相触发信号又分为电压触发信号和电流触发信号。同样地，“目 标信号”也有A、B、C三相电压/电流信号。该模块接收“触发信号”后，将“目 标信号”分别锁定至A、B、C相中，然后从A、B、C三相中分别输出相应的电 压/电流信号。