Ｉ 一皇 研究…………………………一 基于ＰＬＣ的讥电式自动调罕系统 吉林大学电子科学与工程学院１．引言 ● 李卓 １、２、３、４为四个千斤顶，ｘ、Ｙ为直角坐标 感器平行的安置于设备平台上，传感器输出 许多军用与民用设备正常工作时都需 系，矩形框为设备平台。 含有水平偏移和垂直偏移的信号，它们是与 要一个高精度的水平平台，如车载雷达、车 ２．１．２调平方法的选择 水平误差（角度）成线性关系的模拟直流电 载火炮发射装置、静力压桩机等…。对平台 调节一个平面到水平状态的调节过程 压信号。当ｘ值大于０，Ｙ值小于０时，千斤顶 水平度的调节是这些设备达到工作条件必要 可以有单点调节和多点调节两种方案。若采 的一个环节。一般情况下，这些设备的调平 用多点调节，则各点都同时运动，调整到一 采用人工调平方式，即由一名操作员利用设 个预定点，其特点是速度快，但算法复杂。 备平台上的调平水柱指挥四名操作员摇动设 由于四点支撑的设备平台是一刚性结构，其 备平台下的四个千斤顶使装备达到水平基 平衡处于静不定状态，多点调节时因每个千 准。这种方式不但需要操作人员多，调平时 斤顶升降的位移、速度均不相同，四个千斤 １为最高点；Ｘ值小于０，Ｙ值小于０时，千斤 顶２为最高点；ｘ值小于０，Ｙ值大于０时，千 斤顶３为最高点；ｘ值大于０，Ｙ值大于０时， 千斤顶４为最高点。如图５设备平台调节示意 图所示，假设四个千斤顶着地后千斤顶１为 最高点（其他千斤顶为最高点的情况与此类 日 间长，而且精度不高，可靠性不强，极大影 顶的升降相互制约，具体控制算法难以实 似），根据水平传感器输出的信号，可以分 响设备的使用性能。 近年来，随着计算机 现，而且还因每个千斤顶的受力不一致而容 别进行ｘ轴和Ｙ轴方向的调节。如先进行ｘ轴 和电子技术的发展，自动调平己逐渐取代传 易发生电机过载。因此本系统中采用单点调 方向调节，其过程如下：千斤顶１和４不动，统的手动调平。本文针对手工调平的弱点， 节与多点调节相结合的方案，即先采取多点 千斤顶２￣ｆｉ３同时下降一定位移，即设备平台 绕千斤项１和４为轴线旋转，如图２（ａ）所 设计了一种基于ＰＬＣ的机电式自动调平系 调节，将四个千斤顶同时快速的降到地面，然后用单点调节的方法，先将Ｘ轴方向调 示，实线为原来状态，虚线为调节之后的状 统，实现了设备平台调平自动化。 ２系统调平方案 平，再将Ｙ轴方向调平．。这样不但缩短了调 态。千斤顶２和３下降的数值由控制系统根据 自动调平系统由４套支撑机构、ｌ套水 平时间，而且整个过程四个千斤顶的协调性 水平传感器的ｘ轴反馈值决定，直至ｘ值为 平传感器和１套控制板电路组成。支撑机构 也很好。调平过程中调节的是四点的相对高 ０。Ｙ轴调节与Ｘ轴类似，如图２（ｂ）所示。由干斤顶、链条传动机构和步进电机组成； 度，为了有效消除电机空程以及链条链轮间 若设备平台的ｘ轴和Ｙ轴调节成水平状态，则 水平传感器采用双轴电子水平监测器；控制 的空隙给系统带来的影响，提高系统的调节 可认为设备平台己处于水平状态。 板电路由Ｄｃ Ｄｃ电源板、基于ＰＣ８９Ｃ５１单片机 精度，在调节过程中采用向最高点看齐的方 ３系统硬件设计 法，即保持相对最高点不变，把低点调高， 根据系统所要达到的目标，可以采用 这样千斤顶就只有不断下降，电机就只会向 单片机作为控制中心的ＰＬＣ自动控制电路来 个方向转动，从而避免产生空程。 实现。其整体系统框图如图３所示。 ２．２调平过程 在该自动调平控制系统中，ＰＬＣ控制电 将水平传感器平行的安置于设备平台 上，再根据设备的方向，将设备平台按照 当四个千斤顶都着地后，控制系统开 路（主控板）是其核心控制单元。所有控制 直角坐标系建立为ｘ轴和Ｙ轴。如图４所示， 始进行单向调平。通过水平传感器的反馈信 指令都从这里发出，各种反馈信号也都回到 号，可以知道设备平台的最高点。将水平传 这里，使各个物理量的控制构成相对的 的主控板和继电器电路组成。 ２．１调平方案 ２．１．１直角坐标系的建立 一‘、 ～一一 ） 筝誊＿］ Ｌ－－－‘Ｔ闭环系统。水平传感器给主控板反馈设备状 态信息，主控板根据设备所要达到的水平状 ＝－－－］ 图１直角坐标系的建立 ［三 素：Ｊ ［ 萎 ］ 态，给继电器发送指令，驱动电机按照要求 量转动链轮。该调平控制系统采用高精度倾 角传感器检测平台的水平精度，速度和力矩 的检测则是通过ＰＬＣ自带的检测装置完成。 该系统具有位置环、速度环和电流环三个闭 环。由于要保证的是平台的水平位置，而对 调平的速度等无过高的要求，所以该系统的 电流环和速度采用常规的ＰＩＤ控制，通过选 用合适的参数，即可达到较好的效果。 ［ 三盎至：］ 至 － ｌ （ 蔓＿向 ！ 里…………．， 图２设备平台调节示意图 根据平侍魅嚣值ｌ ● 蔓粤 ｛ 『一 ｌ一——一—，…一．ＬＩＬ — Ｊ ］毒 二（德避 子× 旨ｆ 艰平凋平．同时固定ｖ ｆ矗 ４系统软件设计 系统软件主要由系统总控部分、初始 化部分、信号采集与标度变换部分、千斤顶 保护部分、步进电机控制部分及千斤顶触地 控制部分组成。 系统总控部分根据外部信号输入调用 其他部分进行系统控制；系统初始化部分完 上 根据ｖ俺ｉ挂行ｙ方 ］水平调平，同时匍定ｘ簿 图３自动调平控制系统原理框图 图４调平控制系统主程序流程 成系统自检及各种初始化工作；信号采集及 ＵＪ继电器，２００２，３０（５） 供解合环的操作指导，辅助运行人员进行决 策，为配电网能够更加安全、经济地运行提 供依据，还有待进一步探讨。 参考文献 【１】强兴华．地区电网合环操作的潮流近似计算Ｕ】．江苏 ４４一屯子世界／２０１３ ０１１ 机电工程２００２，１０（２１）：３９—４０． 『２】叶清华，唐国强等配电网络合环操作环流分析的开 发应用田．电力系统自动化，２００２，２６（２２）：６６—６９． ［３］王伟灿，周昱甬．电力系统合环电流的分析及控制对 策［『】＿供用电，２００２，８（１９）：２６—２８． 作者简介：刘令民（１９６６），男，山东邹城人，现 供职于山东省邹城市电业局，研究方向：调度自动 化。 【４】戴雯霞，吴捷．基于支路电流的配网潮流前推回代法 一…………………………一皇王研霾一 Ｊ 两级式光伏并网发电控制系统仿真分析 长江大学电子与信息工程学院 肖恩恺毛玉蓉 【摘要】阐述了两级式光伏并网发电控制系统的结构及其控制过程，建立了光伏阵列模型和光伏并网发电系统模型，利用光伏阵列模型模拟了光照条件变化时光伏并网 系统的输出情况进行仿真分析。实验表明，此两级式光伏并网发电系统能迅速有效地跟踪到光伏阵列的最大功率点，而且能够控制并网电流的波形，使逆变器的输出电 流与电网电压同频同相，保证电流输出波形为正弦波。 【关键词】光伏阵列；改进的扰动观察法；最大功率点追踪；并网逆变器；ＭＡＴＪ￣ＡＢ仿真 Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｔｗｏ—Ｓｔａｇｅ Ｇｒｉｄ—ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｐＶ Ｃ ｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｘｉａｏ—Ｅｎｋａｉ Ｍａｏ—Ｙｕｒｏｎｇ （Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ａｎｄ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｙａｎｇｔｚｅ ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｇｚｈｏｕ Ｈｕｂｅｉ，４３４０２３ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｔｗｏ—Ｓｔａｇｅ ｇｒｉｄ—ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓ ｐｈｏｔｏｖｏｌａｔｉｃ ａｒｒａｙ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｒｇｉｄ—ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｅｓ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｏｆ ｒｇｉｄ—ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｓｙｓｔｅｍ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ￣ｕｍｉｎａｆｉｏｎ ｂｙ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ａｒｒａｙ ｍｏｄｅ１．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｔＷＯ—ｌｅｖｅｌ ｇｒｉｄ—ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔｍｃ ｓｙｓｔｅｍ ｑｕｉｃｋｌｙ ｎａｄ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｔｒａｃｋｓ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔ ｉｎ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ａｒｒａｙ，ａｃｃｕｒａｔｅ１ｙ ｔｒａｃｋｓ ｔｈｅ ｖｏｌａｔｅｇ ｐｈａｓｅ ａｓ ｆｏｒ ｄ—ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｎｔｒｏｌ，ａｓｓｕｒｅｓ ｔｈｅ ｏｕｔｐｕｔ ｃｕｒｒｅｎｔ ｏｆｉｎｖｅｒｔｅｒ ａｎｄ ｈｔｅ ｇｄｄ ｖｏｌｔａｇｅ ｏｆｔｈｅ ｓ￣ｒｎｅ ｒｆｅｑｕｅｎｃｙ ｎａｄ ｐｈａｓｅ ａｎｄ ｇｕａｒａｎｔｅｅｓ ｔｈｅ ｓｉｎｕｓｏｉｄａｌ ｗａｖｅｆｏｒｍ ｗｉｔｈ ｆｅｗ ｒｉｐｐｌｅｓ ｏｆｃｕｒｒｅｎｔ ｏｕｔｐｕｔ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ａｒｒａｙ；ａｄａｐｔｉｖｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｓｔｅｐ ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ ｐｅｒｔｕｒｂａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ；ｍａｘｉｍｕｍ ｐｏｗｅｒ ｐｏｉｎｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ；ｇｒｉｄ ｃｏｎｎｅｃｔｅｄ ｉｎｖｅｒｔｅｒ；ＭＡＴＬＡＢ ｓｉｍ￣ａｔｉｏｎ １．引言 前级基于ＢＯＯＳＴ电路的ＭＰＰＴ控制，第二部分 为电子的电荷量，Ｒｓ，Ｒｓｈ分别为光伏电池 常规能源的大量使用造成的世界范围 是后级ＤＣ／ＡＣ逆变控制。最终实现光伏发电 的串联电阻和并联电阻，Ａ为二极管特性因 内的环境污染和生态恶化引起了人们的极大 并网的控制策略，使经济效益达到最大，为 子，Ｋ为玻耳兹曼常数。 担忧，新能源的开发和应用成为当今世界发 实际的光伏发电控制系统提供有益的指导。 由式（１）可得光伏电池的输出呈现非线 展的必然趋势。太阳能是一种发展潜力巨大 ２．前级基于ＢＯＯＳＴ电路的ＭＰＰＴ控制 性特性，输出电流受输出电压的影响，输出 的新能源，光伏发电是当前利用太阳能的主 光伏电池是利用半导体光伏效应制成 功率随电压的变化而变化。 要方式。 的，是一种能将太阳能直接转换为电能的转 ３．最大功率点追踪（ＭＰＰＴ）控制算法分 并网型光伏发电系统有两个最重要的 换器件。由于单体太阳能电池的输出功率很 析 部分：一是光伏电池它是能量的产生部分， 低，因此实际使用中常常将多个单体电池串 目前已有多种ＭＰＰＴ控制算法，如恒定 同时由于其目前阶段造价较高，而且能量的 并联后组成光伏阵列作为电源使用，本文设 电压法、扰动观察法、电导增量法，各种方 输出呈现非线性特性。为了最大程度的利用 计所使用的电池功率为１２０Ｗ。 法的控制思想不同，但是都存在着不足。 光伏电池产生最多的能量，要进行最大功率 根据太阳能电池的伏安特性曲线的分 恒定电压法的控制思想是根据光伏电 点追踪控制Ｒ￣ＭＰＰＴ控制；二是并网逆变器它 析，以及太阳能电池的物理模型建立其数学 池输出特性在最大功率点附近确定某一电压 控制着并入电网的电能的质量是否符合市电 模型： 代替真正的变动的最大功率点电压，由此控 电网的要求，对于光伏发电系统能否产生合 格的电能有着至关重要的作用。所以本文主 Ｉｃｘｐ｛ 一 （１） 制思想可知恒定电压法的误差很大。 扰动观察法的扰动步长是确定的，因 要研究ＭＰＰＴ控制方法和并网逆变器控制方 其中：Ｉ为光伏电池输出电流（工作电 此会造成工作点在最大功率点两侧往复运动 法。 流），Ｖ为光伏电池输出电压（工作电压），１０ 的情形这就是扰动观察法的震荡问题，导致 本设计分为两部分研究：第一部分是 为二极管反相饱和电流，Ｉｐｈ为光生电流，ｑ 功率损失；当光照条件变化时还有可能发生 标度变换部分采集千斤顶的位置和系统的水 目标值比较大时，用较快的速度调节，缩短 具有很强的借鉴意义。根据本文设计思想设 平信号，并对信号进行必要的当量变换；千 调节时间；当倾角相差目标值到达某一范围 计的自动调平系统已经在实际中得到很好的 斤顶保护部分对千斤顶极限位置进行过行程 时，开始低速调节，确保系统达到要求的精 应用，调平时间都在２分钟之内。 保护；步进电机闭环控制部分根据给定量和 度。在这个过程中，要同时不断检测Ｙ轴信 反馈信号进行千斤顶的升降闭环控制；千斤 号，‘通过适当调整，保证Ｙ轴方向倾角大小 参考文献 顶触地控制部分确保四个千斤顶均着地。 几乎不变。调节Ｙ轴方向水平的过程与调节ｘ 【１］李平，杨晓明，牛骁等．飞锯机控制方案简析Ⅱ］．重型机 在调平过程中各千斤顶的升降互相影 轴类似。 械科技，２００６（６）：３６—３９． 响，采用常规控制算法难以满足其精度和时 ５．结束语 ［２］杨红军．基于ＰＬＣ的模糊ＰＩＤ自动调平控制系统的研 间要求。采用模糊控制算法则能有效地进行 系统采用了单片机和ＰＬＣ＊￣结合，即保 究Ｕ］制造业自动化，２００９，３１（１２）：６８—７０ 设备平台的调平控制，当位移较大时采用速 留了ＰＬＣ控制简单、操作方便、性能优良、 【３］冯仪，陈柏金．车载雷达机电式自动调平控制系统叽 度模糊控制进行速度控制；位移小时采用位 工作可靠等特点，又具有单片即的成本低 华中科技大学学报（自然科学版），２００４，３２（６）：６７—７１ 置模糊控制器进行精度控制，以达到调平速 廉、灵活方便的优点。整个系统具有较好的 度快、调节精度高的调平效果。 人机交互界面、使用方便、稳定可靠、且成 作者简介：李卓（１９８５一），男，吉林长春人，硕 如图４所示，为该自动调平控制系统的 本低的特点，同时用ＰＷＭ方式实现双极性的 士，现就读于吉林大学电子科学与工程学院电路与系 主程序流程示意图。 Ｄ／Ａ转换，硬件开销小，实时性好。该系统 统专业，研究方向：电子束流加速器测量。 以调节ｘ轴方向水平为例，当倾角相差 中所进行的研究工作对其他ＰＬＣ控制系统也 ／２０１３ ０１１辔子世界 一４５—
