摘 要

船舶电站中很重要的一个部分就是自动调压器。船舶电网在运行过程中，会受到由于船舶环境所带因素的干扰，这样会使得船舶电力系统变得不稳定，导致船舶上的设备无法工作，因此船舶自动调压器应运而生。过去由于数字化信息发展相对缓慢，导致船舶上大部分使用的是模拟式AVR，但是船舶工作环境特殊，很多时候模拟式AVR都不能满足船舶调压所需要的精度和及时。伴随着微机控制技术的发展，船舶自动调压器也开始从模拟式向数字式转变。

本文基于发电机端电压变化的特点，得出了维持发电机端电压稳定的方案，按照自动调压器的规格和要求，设计了以DSP2812为主控制芯片，PID控制，提出输出PWM波控制的一种方法，进行了软件采集设计和硬件采集设计，在指导老师的帮助下，完成了对AVR的硬件和软件系统的初步设计。

关键词：发电机励磁调节器 二次采样算法 PID控制 PWM

Abstract

A very important part of the ship's power station is the automatic voltage regulator. In the course of operation, the ship's power grid will be disturbed by the factors of the ship's environment, which will make the ship's power system unstable, resulting in the ship's equipment can not work, so the ship automatic voltage regulator came into being. In the past, due to the relatively slow development of digital information, most of the ship was used to simulate the AVR, but the ship work environment is special, many times the analog AVR can not meet the ship pressure required precision and timely. Along with the development of computer control technology, ship automatic voltage regulator also began to change from analog to digital.

In this paper, based on the characteristics of the voltage change of the generator terminal, the scheme of maintaining the voltage stability of the generator terminal is obtained. According to the specifications and requirements of the automatic voltage regulator, the DSP2812 is designed as the main control chip and PID control, A method of software acquisition design and hardware acquisition design, with the help of the instructor, completed the AVR hardware and software system of the initial design.

Key words: Generator excitation regulator Quadratic sampling algorithm PID control PWM

目录

第一章 绪论 1

1.1 课题选择的目的及意义 1

1.2 国内外发展现状 1

1.3 AVR功能及要求 4

1.3.1励磁调节器的功能介绍 4

1.3.2船级社对AVR的要求 5

1.4 本设计主要工作 5

第二章 船舶发电机AVR的概述 6

2.1 船舶电力系统 6

2.2 柴油发电机组的概述 6

2.3 船舶AVR的概述 7

2.3.1同步发电机端电压变化的分析 7

2.3.2发电机的调压方法 9

2.3.3并联运行发电机无功功率的分配 10

2.3.4船舶同步发电机AVR的功能和种类 10

第三章 系统总体设计 11

3.1 系统组成 11

3.2 三相交流信号的采集算法 12

3.3 PID控制算法 13

3.4中央芯片的选择 14

第四章 系统硬件初步设计 17

4.1控制回路设计 18

4.1.1电源设计 18

4.1.2模拟量输入设计 18

4.1.3数字信号的采集 19

4.1.4通讯模块设计 19

4.2励磁主回路设计 20

第五章 系统软件初步设计 21

5.1测频方法 22

5.2 PWM输出模块 22

结论与展望 24

参考文献 25

致谢 26

第一章 绪论

1.1 课题选择的目的及意义

船舶电力系统是船舶在运行过程中很重要的一个系统，它相对于岸电系统更具有难控性。船舶电系统相对于岸电系统容量小，容易受负载的变化影响，负载的变动对船舶电网的电压波动有很大的影响。因此研究船舶发电机的数字化自动调压系统，对船舶电站的发展有着重要的意义。但是船舶发电机励磁调节器的研究有以下几个难点：1、船舶工作环境的恶劣。其工作环境常常是高温、震动剧烈、高湿的恶劣环境。2、负载具有电感特性。船舶用电设备多带电感性，这会使得船舶电力系统电压更加不稳定。3成本高。

伴随着微机控制技术的发展，船舶自动调压器也开始从模拟式向数字式转变。相对于早期的模拟式调压器，数字式调压器有着许多优点：1、有利于实现控制算法2、控制过程更优化，控制精度更高3、具有完美的保护、限制和报警功能4、低故障率和高可靠性5、通讯便利6、便于升级换代。

由于船舶电子仪器等更加精密，对船舶电网的品质要求也更加严格，控制理论的发展决定了励磁控制器的发展,经过了由线性到非线性,由单变量到多变量,发展到智能控制阶段的过程,当今励磁调节器的模糊控制和非线性控制成为为研究焦点^[1]。因此数字式AVR的研究设计对船舶电网发展有着重要的意义。

1.2 国内外发展现状

20世纪90年代，微机技术快速发展，国内大量的研究人员开始了对励磁控制器的研究，微机励磁装置获得了长期的发展，微机励磁控制技术开始逐渐完善。16位和32位两种类型处理器是励磁装置的核心处理器，比如16或32位DSP，PLC、16位单片机、工控机和嵌入式控制器总线等^[2]。为提高励磁装置的性能，在控制规律方面加入了非线性最优控制和模糊控制等最新控制方法。电力科学研究院研究出了DWKL—200和WKKL-4同步发电机微机励磁调节装置，武汉洪山电工技术研究出了HWJT-08D型微机励磁调节器，河北工业大学机电工厂研究出了DWLZ系列励磁装置，北京爱劳高科技有限公司与武汉水利电力大学水能动力工程系研究出了TDWLF-01双通道微机励磁调节器^[3],广州擎天电气控制实业有限公司研究出了EXC9000励磁系统。

国外研究出有影响的励磁装置有瑞士ABB公司研究的FMTB型和UNITOL型，加拿大CGE公司研究的SILCO型，日本三菱公司研究的MEC型和德国西门子公司研究的THYRIPOL型等，其在80年代末至90年代初开始投入运营。并且英国、奥地利、法国、意大利、美国等欧美国家也生产出自己的微机励磁调节器。