图4 控制电路组成框图

　　由于发电机组为50 Hz交流输出，为增加控制处理次数，必须采用全波整流方式。同时，为兼顾噪声滤除和信号滞后，应采用较小的整流滤波电容。

　　3 程序设计

　　控制保护程序由A/D变换控制程序模块、E2PROM读/写控制程序模块、输出保护程序模块和PWM输出控制程序模块等组成。采用计算机程序控制后仍然是一个基于PWM控制模式的扰动补偿一阶复合闭环自动控制系统。

　　(1)A/D变换控制程序模块。

　　本设计采用了串行输出A/D变换器。由MCU内部定时器提供定时中断，调用A/D变换控制程序模块完成Vs、Vo和Io的数字量化。

　　(2)E2PROM读/写控制程序模块和输出保护程序模块。

　　E2PROM读/写控制程序模块读出预置的数据，与A/D量化数据进行比较，比较结果满足保护条件时调用输出保护程序模块以完成输出保护控制。

　　(3)PWM输出控制程序模块。

　　PWM输出控制程序模块完成PWM时间调整控制，控制关系为：T=K1Vs+K2Io+K3△V。式中，T为励磁绕组导通时间;Vs为设置电压;Io为输出电流值;△V为输出电压Vo变化值;K1，K2，K3为增益控制系数。

　　Vs的A/D量化数据经平滑滤波后与K1相乘得到基本输出时间。

　　为提高对输出电流Io变化的控制响应，Io的A/D量化数据经平滑滤波后与K2相乘后作为附加调整时间直接加入到基本时间上，若△V处理可以满足要求时，可取消Io处理。

　　△V的处理是保证控制响应性能的关键环节。△V是本次Vo采样数据与前次Vo采样数据的代数差。△V数据经平滑滤波后与K3相乘后作为附加调整时间与基本时间进行代数运算得到最终PWM控制时间。

　　系统动态特性主要取决于增益控制系数K1，K2，K3。增益控制系数较小时系统响应速度较慢，加大增益控制系数时系统响应速度明显提高。

　　系统控制精度取决于A/D变换器动态范围。A/D变换器动态范围增大，系统控制精度提高，同时系统动态特性也将有所改善。由于本设计中采用8位MCU器件，A/D变换器动态范围增大后程序计算复杂度和程序运行时间也随之增加，因此需综合考虑确定A/D变换器动态范围。

　　4 试验结果

　　按照改进方案设计了电原理图、印制电路板和控制程序，并进行了发电机组控制试验。试验结果和指标如表1所示。

　　表1 主要检验项目试验结果列表

　　对稳态电压调整率和电压波动率进行测试时发现，调整PWM最小调整值仅引起调整时间变化而不能改善电压调整率指标。分析确定为A/D变换器分辨力不够。

　　对瞬态电压调整率和电压变化时间进行测试时发现，调整PWM最大调整值可明显改善动态控制特性，但同时引起稳态特性变差。分析确定为除A/D变换器分辨力不够外，系统控制关系中各项系数还应做组合优化。

　　5 结束语

　　本文所述的汽油发电机组控制与保护电路数字化改进设计方案取得阶段性成果。新设计的控制板实现机组控制与保护功能，正在进一步优化设计以全面满足技术指标要求。优化设计措施如下：

　　(1)增加A/D变换器动态范围，改善稳态电压调整率和电压波动率指标。

　　(2)优化稳压控制程序，提高电压变化调整响应速度。

　　早期设计定型的中小功率发电机组的控制保护电路绝大部分采用模拟电路实现。

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