大型电气控制器的节能设计与实现

徐莉++岳萍

摘 要： 为了提高大型电气控制设备的节能效果，降低功耗，提高输出功率增益，提出基于内环控制器适应度补偿和DC/AC 逆变模型的大型电气控制器的节能设计方法。构建大型电气设备控制器单元模型，建立电流内环控制的电气控制器DC/AC 逆变模型，采用内环控制器适应度补偿方法进行输出增益控制，实现大型电气控制器的硬件设计。实验结果表明，采用该方法进行大型电气控制器设计，节能效果较好，输出功率增益较高。

关键词： 电气控制器； 逆变模型； 输出增益控制； 节能设计

中图分类号： TN876?34； TM721 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2017）12?0176?03

Abstract： In order to improve the energy?saving effect， reduce the power consumption and increase the output power gain of the large?scale electrical control equipment， an energy?saving design method of the large?scale electrical controller is proposed， which is based on fitness compensation of inner?loop controller and DC/AC inversion model. The unit model of the large?scale electrical device controller is constructed. The electrical controller DC/AC inversion model controlled by current inner loop is established. The fitness compensation method of inner?loop controller is used to control the output gain to design the hardware of the large?scale electrical controller. The experimental results show that the method to design the large?scale electrical controller has good energy?saving effect and high output power gain.

Keywords： electrical controller； inversion model； output gain control； energy?saving design

0 引 言

大型电气设备系统的节能设计指标取决于合理的模型结构和准确的模型参数，通過对电气自动化控制，降低外部扰动特性和外界干扰对电气设备的输出功率增益的影响，实现大型电气控制器的节能设计。对大型电气设备的控制器设计方法主要建立在粒子群算法[1]、暂态建模和比例?积分调节控制方法基础上[2]，通过对大型电气设备控制器单元建模，结合搜索?高斯过程混合算法有效地控制功率实现电气设备控制器单元模型的优化设计[3]，以输出电压增益、功率损耗为约束参量，进行节能设计，但传统方法存在功率开销较大，节能效果不好[4]。对此，提出基于内环控制器适应度补偿和DC/AC 逆变模型的大型电气控制器的节能设计方法，通过对节能控制模型的算法和硬件设计，实现电气控制器节能优化设计，取得较好的效果。

1 大型电气控制器的节能设计的总体构架

大型电气设备控制器单元模型主要由 DC/AC 逆变器模型、电流内环控制器和外环控制模型等组成，电气设备集成智能控制系统是建立在嵌入式操作系统基础上的，通过移植后可以运行在不同的硬件平台上，结合控制算法和前期的硬件电路设计，实现对大型电气设备的多线程控制，并使电气设备集成智能控制系统运行在ARM，PowerPC等多种硬件平台上，保障控制系统的软件程序具有较好的移植性和人机交互性，并实现在物联网环境下大型电气设备的智能节能控制。大型电气设备集成智能控制系统的嵌入式Linux系统分为四个层次，分别为：参量输入层、硬件设计模块层、控制核心层和人机交互层[5?6]。根据上述开发环境和控制系统的总体设计描述，得到大型电气设备节能控制器，其大型电气设备控制器结构模型如图1所示。

2 电气控制器节能设计优化

2.1 电气控制器DC/AC逆变模型

在上述进行了大型电气设备的控制器的参量分析和控制模型设计的基础上，进行电气控制器节能设计优化。本文提出一种基于内环控制器适应度补偿和DC/AC 逆变模型的大型电气控制器的节能设计方法，建立电流内环控制的电气控制器DC/AC 逆变模型。大型电气设备控制器单元模型主要由 DC/AC 逆变器及内环控制模型构建[7]，其中内环控制模型的结构框图见图2。

2.3 节能控制的硬件实现

根据上述模型设计和电路分析，进行大型电气控制器节能设计的硬件设计。硬件模块设计中，主要由GT8340嵌入式控制芯片和电机驱动器组成，采用IRPF260N型电路设计方法，采用ADSP21160处理器作为核心控制芯片进行系统集成电路设计，采用单220交流供电，输入峰值为3 Vpp，其时钟中断接口支持8个多频的节能中断控制，直接从地址0x20000000执行交流耦合信号调制，从外部的8位或16位存储器引导程序加载，通过JTAG接口访问CPU的内部寄存器，实现节能控制的硬件电路设计，如图4所示。

在大型电气控制节能设计中，控制命令格式是十六进制，控制命令的结构表见表1。

3 实验测试分析

实验软件平台建立在Matlab 7.0仿真软件的基础上，在实验测试中，大型电气控制器的转矩输出在1.2～3.5之间取值，节能控制电机的最大转速为154 rad/s，其他参数设置见表2。

根据上述仿真环境设定，进行控制性能测试，图5和图6分别给出了采用本文方法和传统的参数辨识方法进行电气节能控制的输出电流及功率增益对比。分析仿真结果得知，采用本文方法进行大型电气节能控制，输出电流及功率增益的内环、外环输出动态响应的曲线的增益更高。本文模型更与理想的输出参量接近，说明节能效果更好，性能优越。

4 结 语

为了提高大型电气控制器的节能效果，提出基于内环控制器适应度补偿和DC/AC 逆变模型的大型电气控制器的节能设计方法。实验测试表明，本文方法进行电气控制器节能设计时，输出的电流稳定，功率增益较大，比传统方法更接近于理想水平，具有优越性。

参考文献

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