正弦波多相角閉環控制器的制造方法
【專利摘要】本實用新型為一種正弦波多相角閉環控制器，其特征在于：所述的正弦波多相角閉環控制器包括第一多路轉接器及第二多路轉接器、FPGA模塊及雙路DAC、相角電平轉換器、相角基準電平發生器、數據比較器、差值采樣器、單片機MCU七個單元；各單元間通過電信號連接。本實用新型用高集成度FPGA模塊電路實現三相標準功率源高精度相角閉環，由單片機MCU根據差值采樣器輸出的數據改變送往FPGA模塊的相位設置模塊的相角預置數據，并將該信號轉換為相角基準電平數據，并通過微機總線輸出到相角基準電平發生器，由此形成相角控制閉環系統，解決了三相標準功率源多相角閉環的技術難題。
【專利說明】正弦波多相角閉環控制器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電路控制裝置，特別是公開一種三相標準功率源的輸出電壓與電流間相角的閉環控制。
【背景技術】
[0002]目前，國內普遍采用數字乘法器實現相角閉環。據電功率P=VXIXcose知COSΘ =P / VXI，如果把V，I在時間軸上離散為無數個數據，用專用集成電路或自行設計的組合電路實現每一時刻V與I的乘積并連續不斷積分得到直流電平即為功率P。設V，I皆為確定值，那么根據P值即可得到相角值Φ，根據P值大小控制相角Φ，從而實現閉環。
[0003]如深圳科陸電子有限公司的CL301型電測變送器檢定裝置。這種方案的最大缺點是在工藝上很難實現高精度控制，由于積分器長期精度很難保證，控制精度0.02%是很難實現的。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的是解決現有技術的缺陷，提供一種正弦波多相角閉環控制器，采用高集成度FPGA模塊的電路實現三相標準功率源高精度相角閉環，解決了三相標準功率源多相角閉環的技術難題。
[0005]本實用新型是這樣實現的:一種正弦波多相角閉環控制器，其特征在于:所述的正弦波多相角閉環控制器包括第一多路轉接器及第二多路轉接器、FPGA模塊及雙路DAC、相角電平轉換器、相角基準電平發生器、數據比較器、差值采樣器、單片機MCU七個單元；各單元間通過電信號連接，具體如下:
[0006]第一多路轉接器及第二多路轉接器，三相標準功率源輸出的三路電壓VA、VB、VC送入第一多路轉接器，三相標準功率源輸出的三路電流IA、IB、IC送入第二多路轉接器，MCU控制二個多路轉接器分別輸出VA及IA、VB及IB、VC及IC、VA及VB、VA及VC等五組信號，為五個相角；
[0007]FPGA模塊及雙路DAC:產生三相標準功率源的三個電壓與三個電流等六個正弦波形，主要是由FPGA模塊和雙路DAC電路組成的，其中FPGA模塊由頻率控制字寄存器及DDS模塊、三相電壓相位及三相電流的相位控制字寄存器、多路選擇器MUX、雙端口 RAM、上位機接口組成，用于輸出三相電壓波形信號Va、Vb、Vc及三相電流波形信號la、lb、Ic，頻率及三相電壓波形相位和相應電流波形相位及電壓波形信號分別設置，通過微機總線改寫雙端口RAM內波形數據，實現諧波功能；
[0008]相角電平轉換器:將第一多路轉接器及第二多路轉接器輸出的兩個正弦波轉換為直流電平，其電平的幅值與二個正弦波的相角值成正比；
[0009]相角基準電平發生器:將單片機MCU根據相角設置數據輸出的信號轉換為相應的基準直流電平，其輸入端通過微機總線與單片機MCU相連；
[0010]數據比較器:將相角電平轉換器輸出的直流電平與相角基準電平發生器輸出的基準直流電平比較，并將差值電平送往差值采樣器；
[0011]差值采樣器:將差值電平轉為數據并送往單片機MCU ；
[0012]單片機MCU:
[0013]I)將需要的正弦波頻率換算成FPGA模塊中的頻率控制字寄存器及DDS模塊的對應數據并通過微機總線送往FPGA模塊；
[0014]2)根據差值采樣器輸出的數據改變送往FPGA模塊的相位控制字寄存器；
[0015]3)設置相角值，并將該信號轉換為相角基準電平數據，并通過微機總線輸出到相角基準電平發生器。
[0016]本實用新型的控制范圍在-179.99°?+179.99°，控制精度0.03°，相角分辨率
0.01°，正弦波頻率范圍45.00?65.0OHz，頻率分辨率0.01 Hz的三相標準功率源的IA對VA、IB對VB、IC對VC、VB對VA、VC對VA等五個相角的閉環控制。
[0017]本實用新型的有益效果是:本實用新型采用高集成度電路較簡單、廉價、高集成度的電路實現高精度多相角閉環，尤其是保持相角較長期精確度，解決了長期來困擾電工儀表行業實現對多相角閉環的三相標準功率源的研制難題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型的多相角閉環控制器原理圖。
[0019]圖2是本實用新型的FPGA模塊產生正弦波原理圖。
[0020]圖3是本實用新型的實施例HS1051三相交直流標準功率源原理圖。
【具體實施方式】
[0021]根據附圖1和附圖2，本實用新型一種正弦波多相角閉環控制器包括第一多路轉接器及第二多路轉接器、FPGA模塊及雙路DAC、相角電平轉換器、相角基準電平發生器、數據比較器、差值采樣器、單片機MCU等七個單元，各單元通過電信號連接。
[0022]單片機MCU將需要的正弦波頻率換算成FPGA模塊中的頻率控制字寄存器及DDS模塊的對應數據并通過微機總線送往FPGA模塊，根據差值采樣器輸出的數據改變送往FPGA模塊的相位設置模塊的相角預置數據，設置相角值，并將該信號轉換為相角基準電平數據，并通過微機總線輸出到相角基準電平發生器。FPGA模塊及雙路DAC，產生三相標準功率源的三個電壓與三個電流等六個正弦波形信號，波形發生部分的原理框圖如圖2所示。波形發生部分主要是由FPGA模塊和雙路DAC組成的，其中FPGA模塊由頻率控制字寄存器及DDS模塊、三相電壓相位及各相電流的相位設置模塊、多路選擇器MUX、雙端口 RAM、上位機接口等組成。用于輸出三相電壓波形信號Va、Vb、Vc及三相電流波形信號la、lb、Ic，頻率及三相電壓波形相位和相應電流波形相位及電壓波形信號可分別設置，因此可通過微機總線改寫雙端口 RAM內波形數據，便于實現諧波功能。三相電壓波形信號Va、Vb、Vc及三相電流波形信號la、lb、Ic分別經前置放大器、功率放大器后，輸出三相電壓VA、VB、VC及三相電流IA、IB、1C。電壓差值采樣器，將差值電平轉為數據并送往MCU。
[0023]實施例:
[0024]根據附圖3，本實用新型一種正弦波多相角閉環控制器包括HS1051三相交直流標準功率源由人機模塊、三相相位采樣及閉環修正、三相波形發生及相位與頻率控制、電壓電流波形幅值采樣與閉環修正、功放與輸出變壓器、輸出等六個模塊所組成。
[0025]1、人機模塊采用高性能NXP公司的LPC22系列32位ARM，IXD采用臺灣Winstar的WG320240K，軟件采用μ C/0S-1I操作系統及ZLGGUI控件編寫，并使用嵌入式操作系統，以保證儀器界面友好、易操作。
[0026]2、三相相位采樣及閉環修正模塊由相角電平轉換器、相角基準電平發生器、數據比較器及MCU組成，相角電平轉換器將第一多路轉接器及第二多路轉接器輸出的二個正弦波轉換為直流電平，其電平的幅值與二個正弦波的相角值成正比。相角基準電平發生器根據相角設置數據通過單片機MCU及DAC電路產生相應的基準直流電平。數據比較器將相角電平轉換器輸出的反映真實相角的直流電平與相角基準電平發生器輸出的基準直流電平比較，差值電平經差值采樣器ADC，轉為數字信號并送往單片機MCU。
[0027]3、三相波形發生及相位與頻率控制模塊由FPGA模塊及雙路DAC組成，產生三相標準功率源的三個電壓與三個電流等六個正弦波信號。其中FPGA模塊由頻率控制字寄存器及DDS模塊、三相電壓相位及各相電流相位設置模塊、多路選擇器MUX、雙端口 RAM、上位機接口等組成。用于輸出三相電壓波形信號Va、Vb、Vc及三相電流波形信號Ia、Ib、Ic，頻率及三相電壓波形相位和相應電流波形相位及電壓波形間相位可分別設置，因此可通過微機總線改寫雙端口 RAM內波形數據，便于實現諧波功能。單片機MCU根據三相相位采樣及閉環修正模塊發來的相位及頻率數據通過FPGA模塊及雙路DAC控制相位及頻率。
[0028]4、電壓電流波形幅值采樣及閉環控制模塊由電壓精密電阻采樣網絡、電流精密互感器采樣網絡、高精密有源整流、三階濾波、電壓電流基準電平發生器、數據比較器及單片機MCU組成。電壓精密電阻采樣網絡及電流精密互感器采樣網絡將儀器輸出的較大的電壓、電流轉化為IV以內的交流電平，便于后續電路處理。交流電平經高精密有源整流與三階濾波電路轉為二個與輸出電壓、輸出電流相對應的直流采樣電平。電壓電流基準電平發生器由單片機MCU根據人機設置的電壓、電流幅值送出相應數據到雙路DAC，產生二個直流設置電平。每個直流采樣電平與直流設置電平經數據比較器產生了一個差值電平，該差值電平作為三相波形發生及相位與頻率控制模塊的雙路DAC基準電壓，改變著波形信號幅值大小，從而改變電壓或電流輸出幅值，直至達到輸出設置值為至。
[0029]功放輸出變壓器及輸出模塊承擔放大由FPGA模塊及雙路DAC產生三個電壓與三個電流等正弦波信號，正弦波信號幅值5V以內，而電壓輸出最高達600V，電流輸出最高達20A。
【權利要求】
1.一種正弦波多相角閉環控制器，其特征在于:所述的正弦波多相角閉環控制器包括第一多路轉接器及第二多路轉接器、FPGA模塊及雙路DAC、相角電平轉換器、相角基準電平發生器、數據比較器、差值采樣器、單片機MCU七個單元；各單元間通過電信號連接，具體如下: 第一多路轉接器及第二多路轉接器，三相標準功率源輸出的三路電壓VA、VB、VC送入第一多路轉接器，三相標準功率源輸出的三路電流IA、IB、IC送入第二多路轉接器，MCU控制二個多路轉接器分別輸出VA及IA、VB及IB、VC及1C、VA及VB、VA及VC五組信號，為五個相角； FPGA模塊及雙路DAC:產生三相標準功率源的三個電壓與三個電流六個正弦波形，主要是由FPGA模塊和雙路DAC電路組成的，其中FPGA模塊由頻率控制字寄存器及DDS模塊、三相電壓相位控制字寄存器及三相電流相位控制字寄存器、多路選擇器MUX、雙端口 RAM、上位機接口組成，用于輸出三相電壓波形信號Va、Vb、Vc及三相電流波形信號la、lb、Ic，頻率及三相電壓波形相位和相應電流波形相位及電壓波形信號分別設置，通過微機總線改寫雙端口 RAM內波形數據，實現諧波功能； 相角電平轉換器:將第一多路轉接器及第二多路轉接器輸出的兩個正弦波轉換為直流電平，其電平的幅值與二個正弦波的相角值成正比； 相角基準電平發生器:將單片機MCU根據相角設置數據輸出的信號轉換為相應的基準直流電平，其輸入端通過微機總線與單片機MCU相連； 數據比較器:將相角電平轉換器輸出的直流電平與相角基準電平發生器輸出的基準直流電平比較，并將差值電平送往差值采樣器； 差值采樣器:將差值電平轉為數據并送往單片機MCU ； 單片機MCU: 1)將需要的正弦波頻率換算成FPGA模塊中的頻率控制字寄存器及DDS模塊對應數據，通過微機總線送往FPGA模塊； 2)根據差值采樣器輸出的數據改變送往FPGA模塊的相位控制字寄存器，改變電壓波形信號Va、Vb、Vc或電流波形信號la、lb、Ic的相角值； 3)設置相角值，并將該信號轉換為相角基準電平數據，并通過微機總線輸出到相角基準電平發生器。
【文檔編號】G05B19/042GK203965868SQ201420395593
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月17日 優先權日:2014年7月17日
【發明者】余子健, 史淑娟, 陳均章, 李紅珍 申請人:上海浩順科技有限公司