專利名稱：高壓開關(guān)設(shè)備電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)通用伺服控制平臺裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輸變電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高壓開關(guān)設(shè)備電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)通用伺服控 制平臺裝置及方法。
背景技術(shù)：
目前的高壓開關(guān)設(shè)備電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)伺服控制裝置沒有設(shè)置電壓互感器和電流互感器，不 能實(shí)時(shí)測量電網(wǎng)電壓和電流值，沒有根據(jù)電網(wǎng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行操動(dòng)，調(diào)控開關(guān)開合閘時(shí)是按 照擬定的最大電流進(jìn)行，使開關(guān)的沖擊力大、觸頭多次反彈、機(jī)械磨損大、產(chǎn)生截流和較大 的過電壓，開關(guān)效果不好，并且浪費(fèi)電能。同時(shí)傳統(tǒng)高壓開關(guān)設(shè)備電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)伺服控制裝 置只能適配一種電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，不能替換，操作復(fù)雜，制作成本高，浪費(fèi)人力和物力。
發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有高壓開關(guān)操動(dòng)技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提出一種基于微計(jì)算機(jī)控制、電力電 子驅(qū)動(dòng)的高壓斷路器動(dòng)觸頭伺服控制裝置及方法，實(shí)現(xiàn)其動(dòng)觸頭運(yùn)動(dòng)位置、速度可控可調(diào)， 響應(yīng)速度快，合閘特性好的效果。
包括操動(dòng)機(jī)構(gòu)、主回路和控制回路，操動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)、連桿、高壓斷路器、溫度傳感 器、電壓傳感器和光柵傳感器，電機(jī)通過連桿連接高壓斷路器，主回路包括三相全波整流器、 充電限流電阻、儲能濾波電容、功率驅(qū)動(dòng)電路和分壓電阻；控制回路包括DSP芯片、檢測模 塊、信號預(yù)處理電路、電壓監(jiān)測電路、通訊模塊、隔離驅(qū)動(dòng)電路、電壓互感器和電流互感器， 檢測模塊包括速度檢測電路、電流檢測電路和溫度檢測電路，通訊模塊包括電平轉(zhuǎn)換芯片、 轉(zhuǎn)接橋設(shè)備和上位機(jī)；位于操動(dòng)機(jī)構(gòu)中電機(jī)上的溫度傳感器和電壓傳感器通過控制回路檢測 模塊中的電流檢測電路和溫度檢測電路連接信號預(yù)處理電路，信號預(yù)處理電路連接DSP芯片， 位于操動(dòng)機(jī)構(gòu)中電機(jī)上的光柵傳感器通過控制回路中的速度檢測電路連接DSP芯片，控制回 路中的DSP芯片連接隔離驅(qū)動(dòng)電路和電壓監(jiān)測電路，隔離驅(qū)動(dòng)電路連接主回路中的功率驅(qū)動(dòng) 電路，功率驅(qū)動(dòng)電路連接操動(dòng)機(jī)構(gòu)中電機(jī)的主軸上，電壓監(jiān)測電路連接主回路的充電限流電 阻，信號預(yù)處理電路輸入端連接電壓互感器和電流互感器，用于測量電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)電流。
主回路實(shí)現(xiàn)功率變換，將系統(tǒng)的工作電源(直流電源或交流整流電源)轉(zhuǎn)換為機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng) 電源，包括三相全波整流器、充電限流電阻、儲能濾波電容、功率驅(qū)動(dòng)電路和分壓電阻，其 中三相全波整流器的兩極分別連接儲能濾波電容、充電限流電阻和功率驅(qū)動(dòng)電路，分壓電阻 一端連接功率驅(qū)動(dòng)電路，另一端接地。限流電阻是用來防止主電路上電時(shí)對電容的充電電流 過大，電容充電結(jié)束后，由繼電器將其切除。
控制回路包括DSP芯片、檢測模塊，信號預(yù)處理電路，電壓監(jiān)測電路，通訊模塊和隔離 驅(qū)動(dòng)電路，檢測模塊包括速度檢測電路，電流檢測電路和溫度檢測電路，通訊模塊包括電平 轉(zhuǎn)換芯片、轉(zhuǎn)接橋設(shè)備和上位機(jī)，其中DSP芯片分別連接速度檢測電路、信號預(yù)處理電路、 隔離驅(qū)動(dòng)電路、電壓監(jiān)測電路和電平轉(zhuǎn)換芯片，電平轉(zhuǎn)換芯片連接轉(zhuǎn)接橋設(shè)備，轉(zhuǎn)接橋設(shè)備 連接上位機(jī)，電平轉(zhuǎn)換芯片用于將DSP芯片的輸出信號轉(zhuǎn)化為通訊接口芯片可接收的5V信號。
位于操動(dòng)機(jī)構(gòu)中電機(jī)上的溫度傳感器和電壓傳感器通過控制回路檢測模塊中的電流檢測電路 和溫度檢測電路連接信號預(yù)處理電路。電壓監(jiān)測電路包括過壓、欠壓保護(hù)和過熱保護(hù)。過壓、欠壓保護(hù)首先通過電壓監(jiān)測電路進(jìn)行故障監(jiān)測。
本發(fā)明中，高壓斷路器動(dòng)觸頭的位置、速度和電流的實(shí)時(shí)信號經(jīng)檢測電路及信號轉(zhuǎn)化電 路并反饋給DSP控制器，DSP控制器通過信號采集并與理想的特性曲線進(jìn)行比較，再進(jìn)行運(yùn) 算和處理后得到偏差作為下一步控制信號輸出給電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而保持偏差盡可能小，使 電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)都能按照預(yù)定的方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。在滿足控制精度和處理器的運(yùn)算速度的要求后， 確定采樣周期。從而如此反復(fù)的對電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行采樣、控制，使斷路器的動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng) 能夠獲得接近理想的曲線。本發(fā)明的伺服控制方法可采用傳統(tǒng)的用于過程控制的PID算法與 現(xiàn)代的智能控制理論相結(jié)合，能達(dá)到較好的控制效果。對于交流電機(jī)，針對高壓丌關(guān)操動(dòng)機(jī) 構(gòu)這一特殊場合，引入直接推力控制方法，其也可嵌入先進(jìn)的控制算法，進(jìn)而控制高壓斷路 器動(dòng)觸頭的速度和位置，使分、合閘達(dá)到理想的曲線。
該裝置的控制方法是在DSP芯片中按如下方法進(jìn)行
當(dāng)DSP未接到分、合閘指令時(shí)，對電網(wǎng)的電壓，電流等參數(shù)進(jìn)行采樣并顯示，計(jì)算最優(yōu) 速度曲線，當(dāng)DSP接到分、合閘指令時(shí)，調(diào)用最優(yōu)觸頭速度子程序，確定與當(dāng)前電網(wǎng)狀態(tài)相 匹配的最優(yōu)速度曲線，然后調(diào)用伺服控制子程序來調(diào)整動(dòng)觸頭的位置，
步驟一、系統(tǒng)初始化，進(jìn)行系統(tǒng)自檢
步驟二、采集電網(wǎng)的數(shù)據(jù)、顯示在上位機(jī)上；
步驟三、斷路器接到分、合閘命令；
步驟四、開始調(diào)用伺服控制子程序；
步驟五、中斷入口；
步驟六、現(xiàn)場保存；
步驟七、調(diào)用不同狀態(tài)下最優(yōu)觸頭速度子程序 步驟八、調(diào)用電機(jī)伺服控制程序；
步驟九、判斷斷路器是否拒分，如果是，則記錄故障狀態(tài)，如果否，則執(zhí)行步驟十；
步驟十、存儲正常開關(guān)記錄；
步驟十一、現(xiàn)場恢復(fù)；
步驟十二、調(diào)用伺服控制子程序結(jié)束；
步驟十三、向上位機(jī)發(fā)出分、合閘完畢信息；
步驟十四、返回。
控制器開機(jī)時(shí)在加載應(yīng)用程序之前首先載入加電自檢程序，這樣系統(tǒng)每次開機(jī)就首先執(zhí) 行自檢程序，這段程序?qū)x器自身進(jìn)行硬件掃描，即針對每一個(gè)分系統(tǒng)發(fā)送特定的測試信號， 看看能否接收無故障時(shí)的所期望的信號，以此判定各個(gè)分系統(tǒng)是否正常。 步驟七中最優(yōu)觸頭速度子程序按如下步驟進(jìn)行
步驟一、開始；
步驟二、電流、電壓數(shù)據(jù)采樣；
對電流互感器和電壓互感器輸出的電流、電壓信號進(jìn)行濾波和采樣處理，由DSP的模數(shù) 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。 步驟三、計(jì)算有效值；
與電流瞬時(shí)值相比，電流有效值更能夠反映負(fù)載電流的真實(shí)情況。大部分電網(wǎng)參數(shù)如電 壓、電流等的有效值可以通過簡單的算法計(jì)算出來，但在很大范圍內(nèi)不能保證精度，這對于高精度的測量和保護(hù)是不夠的，而且存在諧波測量等復(fù)雜的問題，因此通過快速傅里葉變換 算法作為采樣計(jì)算算法。應(yīng)用傅立葉公式計(jì)算有效值按如下方法
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相角a-arc/g"1
其中JV:基波信號l周期采樣點(diǎn)數(shù)； ^t:第矢次采樣值；
Xo: A^0時(shí)的采樣值；
Xw: ^: = ^時(shí)的采樣值。 步驟四、識別斷路器的工作狀態(tài)；
由于電力系統(tǒng)的復(fù)雜性和故障的多樣性,使得系統(tǒng)狀態(tài)與系統(tǒng)各參數(shù)之間的關(guān)系很難用 嚴(yán)格的邏輯和數(shù)學(xué)方法來描述，因此,采用精確的數(shù)學(xué)模型控制是非常困難的。
步驟五、確定斷路器分合閘觸頭最優(yōu)速度曲線； 因此根據(jù)反映當(dāng)時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)的電流、電壓、功率因數(shù)等參數(shù)的數(shù)值及各參數(shù)之間的關(guān)系來確 定所需分合閘速度的大小.在此建立以電流，相位為輸入，速度為輸出的模糊控制系統(tǒng)，通 過參數(shù)模糊化，模糊推理和去模糊化處理來識別當(dāng)時(shí)的斷路器工作狀態(tài)并確定斷路器分合閘 速度特性曲線。
步驟六、返回。
步驟八中電機(jī)伺服控制程序按如下步驟進(jìn)行 步驟一、保存當(dāng)前各寄存器的值；
步驟二、讀取動(dòng)觸頭速度曲線，與最優(yōu)速度曲線比較；
步驟三、調(diào)用速度控制程序；
步驟四、確定電流參考值；
步驟五、讀A/D轉(zhuǎn)換的電流值；
步驟六、調(diào)用電流控制程序；
步驟七、調(diào)整PWM波形的寬度，確定占空比；
步驟八、更新PWM寄存器；
步驟九、現(xiàn)場恢復(fù)；
步驟十、返回。
步驟三速度控制程序按如下步驟進(jìn)行 步驟一、開始； 步驟二、讀速度給定值； 步驟三、計(jì)算測量值與速度給定值的偏差；
步驟四、判斷第A次速度偏差e(;t)是否大于《，其中《為常數(shù)，根據(jù)控制精度來確定，如果是則積分分離開關(guān)S = 0 ，如果否則積分分離開關(guān)S = 1; 歩驟五、應(yīng)用如下公式計(jì)算電流參考值，
(" = ; (H) + ; - * -1)] + ;碌) 式中/^一速度調(diào)節(jié)輸出，作為電流調(diào)節(jié)的參考值；
e(A;)—第A次速度偏差； 《汁_速度比例系數(shù)； ^w—速度積分系數(shù)； S_積分分離開關(guān)； T一速度調(diào)節(jié)周期
步驟五電流控制程序按如下步驟進(jìn)行 步驟一、開始； 步驟二、讀電流給定值； 步驟三、計(jì)算測量值與電流給定值的偏差； 步驟四、應(yīng)用如下公式計(jì)算電流輸出值，
COM尸(A:) = COM尸(/t -1) + (X + A, 7) + /CD/ / L )e(A;) — (Kw + 2L / 7} ) * -1) +夂。,(先—2) / 7) 式中COA/戶^:)一電流的輸出值；
《 —電流的比例系數(shù)
尺,,一 電流的積分系數(shù)；
《D,_電流的微分系數(shù)；
K一電流的采樣周期； 第)t次電流偏差。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為通過信號預(yù)處理電路將電壓互感器和電流互感器連接到DSP芯片，實(shí)時(shí) 測量電網(wǎng)電壓和電流值，運(yùn)用電網(wǎng)電壓和電流值在DSP芯片中計(jì)算出最優(yōu)速度曲線，在調(diào)控 開關(guān)分合閘速度時(shí)與最優(yōu)速度曲線進(jìn)行比較，調(diào)整分合閘速度，使開關(guān)的沖擊力小、速度最 優(yōu)、減少電弧產(chǎn)生、機(jī)械磨損小，開關(guān)效果好，并且節(jié)省電能。同時(shí)在本發(fā)明的操動(dòng)平臺上 可以多種操動(dòng)機(jī)構(gòu)想和替換，節(jié)約制作成本，操作簡單.節(jié)省人力和物力。
圖1是實(shí)施例1配高壓斷路器永磁直線旋轉(zhuǎn)電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖2是實(shí)施例1操動(dòng)機(jī)構(gòu)是永磁直流旋轉(zhuǎn)電機(jī)的電路原理圖3是電機(jī)功率驅(qū)動(dòng)電路電路圖4是速度檢測電路電路圖5是信號預(yù)處理電路電路圖6是電壓監(jiān)測電路電路圖7是伺服控制器的主程序流程圖
圖8是系統(tǒng)自檢程序流程圖9是最優(yōu)觸頭速度子程序流程圖IO是電機(jī)伺服控制程序流程圖11是實(shí)施例1操動(dòng)機(jī)構(gòu)是永磁直流旋轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí)速度控制子程序流程圖； 圖12是實(shí)施例1操動(dòng)機(jī)構(gòu)是永磁直流旋轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí)電流控制子程序流程圖； 圖13是實(shí)施例2配高壓斷路器永磁直流直線電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；圖14是實(shí)施例2操動(dòng)機(jī)構(gòu)是永磁直流直線電機(jī)的電路原理圖； 圖15是實(shí)施例2操動(dòng)機(jī)構(gòu)是永磁直流直線電機(jī)時(shí)速度控制子程序流程圖； 圖16是實(shí)施例3操動(dòng)機(jī)構(gòu)是圓筒形直線感應(yīng)電機(jī)的電路原理圖； 圖17是實(shí)施例3操動(dòng)機(jī)構(gòu)是圓筒形直線感應(yīng)電機(jī)時(shí)電機(jī)伺服控制子程序流程圖； 圖18是最優(yōu)速度曲線圖。 圖中1-靜觸頭，2-滅弧室，3-動(dòng)觸頭，4-連桿，5-永磁直流旋轉(zhuǎn)電機(jī)，6-控制回路，7-光 電編碼器，8-光柵傳感器，9-控制對象，10-主回路，11-上位機(jī)，12-轉(zhuǎn)接橋設(shè)備，13-溫度 傳感器，14-永磁直流直線電機(jī)，15-圓筒形直線感應(yīng)電機(jī)，16 -霍爾電流傳感器。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明
實(shí)施例l:其中操動(dòng)機(jī)構(gòu)為永磁直流旋轉(zhuǎn)電機(jī)，DSP芯片選取的型號為TMS320LF2407A，儲 能濾波電容選取的型號為3300nF/ 450V，隔離驅(qū)動(dòng)電路選取的型號為IR2130，電平轉(zhuǎn)換芯 片選取的型號為MAX3232，轉(zhuǎn)接橋設(shè)備12的型號為RS232，分壓電阻選取200Q,光柵傳感 器8選擇速度為4. 8m/s,分辨率為1 pm 。
該裝置如圖l所示，包括操動(dòng)機(jī)構(gòu)、主回路10和控制回路6，操動(dòng)機(jī)構(gòu)包括永磁直流旋 轉(zhuǎn)電機(jī)5、連桿4、高壓斷路器、溫度傳感器13、電壓傳感器和光柵傳感器8，永磁直流旋轉(zhuǎn) 電機(jī)5通過連桿4連接高壓斷路器，主回路10如圖2所示包括三相全波整流器、充電限流電 阻1 2和R3、儲能濾波電容C、分壓電阻R4、四個(gè)IGBT (V1_V4)和四個(gè)續(xù)流二極管組成的H 型橋式功率驅(qū)動(dòng)電路，可實(shí)現(xiàn)過流和欠壓保護(hù)；控制回路6如圖2所示包括DSP芯片、檢測 模塊，信號預(yù)處理電路、電壓監(jiān)測電路、通訊模塊、隔離驅(qū)動(dòng)電路、電壓互感器和電流互感 器，檢測模塊包括速度檢測電路、電流檢測電路和溫度檢測電路，通訊模塊包括電平轉(zhuǎn)換芯 片、轉(zhuǎn)接橋設(shè)備12和上位機(jī)11;電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)可能較長時(shí)間處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，由于摩擦等因 素，使得機(jī)構(gòu)迅速發(fā)熱，若溫度過高將直接影響電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制器的正常工作，位于操 動(dòng)機(jī)構(gòu)中電機(jī)上的溫度傳感器13和電壓傳感器通過控制回路6檢測模塊中的電流檢測電路和 溫度檢測電路連接信號預(yù)處理電路，信號預(yù)處理電路連接DSP芯片，將結(jié)果反饋給DSP芯片， 若該采樣值大于預(yù)設(shè)溫度轉(zhuǎn)換值，則停止PWM輸出。位于操動(dòng)機(jī)構(gòu)中永磁直流旋轉(zhuǎn)電機(jī)5上 的光柵傳感器8通過控制回路6中的速度檢測電路連接DSP芯片TMS320LF2407A的CAP1 、CAP2、 CAP3端口，控制回路6中的DSP芯片TMS320LF2407A的PWM1-PWM4端口連接隔離驅(qū)動(dòng)電路 IR2130的HIN1、 LIN1、 LIN2、 HIN2，隔離驅(qū)動(dòng)電路的HOl、 LOl、 H02、 L02連接主回路10中 的功率驅(qū)動(dòng)電路V,—V4的基極，功率驅(qū)動(dòng)電路連接操動(dòng)機(jī)構(gòu)中電機(jī)的主軸上，DSP芯片的PDPIN 端口連接電壓監(jiān)測電路的輸入端，電壓監(jiān)測電路輸出端連接主回路10的充電限流電阻。信號 預(yù)處理電路反饋信號輸入端連接電壓互感器和電流互感器，用于測量電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)電流。
主回路10實(shí)現(xiàn)功率變換，將系統(tǒng)的工作電源(直流電源或交流整流電源)轉(zhuǎn)換為機(jī)構(gòu)的驅(qū) 動(dòng)電源，包括三相全波整流器、充電限流電阻R2和R"儲能濾波電容C、分壓電阻R4和四個(gè) IGBT (V,—V4)和四個(gè)續(xù)流二極管組成的H型橋式功率驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示，其中三相全波整 流器的兩極分別連接儲能濾波電容C、充電限流電阻R2和R3和功率驅(qū)動(dòng)電路，分壓電阻R4 — 端連接功率驅(qū)動(dòng)電路，另一端接地。限流電阻是用來防止主電路上電時(shí)對電容的充電電流過 大，電容充電結(jié)束后，由繼電器將其切除。
控制回路6包括DSP芯片TMS320LF2407A、檢測模塊，信號預(yù)處理電路如圖5所示，電 壓監(jiān)測電路如圖6所示，通訊模塊和隔離驅(qū)動(dòng)電路IR2130，檢測模塊包括速度檢測電路如圖4所示，電流檢測電路和溫度檢測電路，通訊模塊包括電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232、轉(zhuǎn)接橋設(shè)備 12RS232和上位機(jī)11，其中DSP芯片TMS320LF2407A的CAP1、 CAP2、 CAP3端口連接速度檢測 電路的輸入端，DSP芯片TMS320LF2407A的ADCINOO—ADCIN03連接信號預(yù)處理電路輸入端， DSP芯片TMS320LF2407A的PWM1-PWM6端口連接隔離驅(qū)動(dòng)電路IR2130的HIN1、 LIN1、 LIN2、 HIN2隔離驅(qū)動(dòng)電路，DSP芯片TMS320LF2407A的PDPIN端口連接電壓監(jiān)測電路的輸入端，DSP 芯片TMS320LF2407A的SCIRXD和SCITXD端口連接電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232的RIOUT和TIIN端 口，電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232的RIIN和TI0UT端口連接轉(zhuǎn)接橋設(shè)備12RS232的輸入端，轉(zhuǎn)接橋 設(shè)備12輸出端連接上位機(jī)11，電平轉(zhuǎn)換芯片用于將DSP芯片的輸出信號轉(zhuǎn)化為通訊接口芯 片可接收的5V信號。
TMS320LF2407ADSP對反饋回來的信號進(jìn)行采樣、運(yùn)算處理。根據(jù)設(shè)定的位移和速度曲線， 采用先進(jìn)的控制算法來實(shí)現(xiàn)對高壓斷路器動(dòng)觸頭閉環(huán)的伺服控制。同時(shí)DSP控制器通過串行 通信接口模塊(SCI)經(jīng)MAX3232電平轉(zhuǎn)換電路與變電站、變電所上位機(jī)ll的串口連接，這樣 可以通過變電站、變電所PC機(jī)上的控制界面輸出命令和參數(shù)到DSP控制器來對永磁直流電 機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對斷路器開、斷過程的控制。
本發(fā)明中，高壓斷路器動(dòng)觸頭的位置、速度和電流的實(shí)時(shí)信號經(jīng)檢測電路及信號轉(zhuǎn)化電 路并反饋給DSP控制器，DSP控制器通過信號采集并與理想的特性曲線進(jìn)行比較，再進(jìn)行運(yùn) 算和處理后得到偏差作為下一步控制信號輸出給電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而保持偏差盡可能小，使 電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)都能按照預(yù)定的方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。在滿足控制精度和處理器的運(yùn)算速度的要求后， 確定采樣周期。從而如此反復(fù)的對電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行采樣、控制，使斷路器的動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng) 能夠獲得接近理想的曲線。本發(fā)明的伺服控制方法可采用傳統(tǒng)的用于過程控制的PID算法與 現(xiàn)代的智能控制理論相結(jié)合，能達(dá)到較好的控制效果。對于交流電機(jī)，針對高壓開關(guān)操動(dòng)機(jī) 構(gòu)這一特殊場合，引入直接推力控制方法，其也可嵌入先進(jìn)的控制算法，進(jìn)而控制高壓斷路 器動(dòng)觸頭的速度和位置，使分、合閘達(dá)到理想的曲線。
該裝置的控制方法是在DSP芯片中按如下方法進(jìn)行，如圖7所示
本實(shí)例中，當(dāng)DSP未接到分、合閘指令時(shí)，對電網(wǎng)的電壓，電流等參數(shù)進(jìn)行采樣并顯示， 計(jì)算最優(yōu)速度曲線，當(dāng)DSP接到分、合閘指令時(shí)，調(diào)用最優(yōu)觸頭速度子程序，確定與當(dāng)前電 網(wǎng)狀態(tài)相匹配的最優(yōu)速度曲線，然后調(diào)用伺服控制子程序來調(diào)整動(dòng)觸頭的位置，
步驟一、系統(tǒng)初始化，進(jìn)行系統(tǒng)自檢；
步驟二、采集電網(wǎng)的數(shù)據(jù)、顯示在上位機(jī)ll上；
步驟三、斷路器接到分、合閘命令；
步驟四、開始調(diào)用伺服控制子程序；
步驟五、中斷入口；
步驟六、現(xiàn)場保存；
步驟七、調(diào)用不同狀態(tài)下最優(yōu)觸頭速度子程序；
步驟八、調(diào)用電機(jī)伺服控制程序；
步驟九、判斷斷路器是否拒分，如果是，則記錄故障狀態(tài)，如果否，則執(zhí)行歩驟十;
步驟十、存儲正常開關(guān)記錄；
步驟十-』、現(xiàn)場恢復(fù)；
步驟十二二、調(diào)用伺服控制子程序結(jié)束；
步驟十三:、向上位機(jī)ll發(fā)出分、合閘完畢信息；步驟十四、返回。
控制器開機(jī)時(shí)在加載應(yīng)用程序之前首先載入加電自檢程序，如圖8所示，這樣系統(tǒng)每次 開機(jī)就首先執(zhí)行自檢程序，這段程序?qū)x器自身進(jìn)行硬件掃描，即針對每一個(gè)分系統(tǒng)發(fā)送特 定的測試信號，看看能否接收無故障時(shí)的所期望的信號，以此判定各個(gè)分系統(tǒng)是否正常。 步驟七中最優(yōu)觸頭速度子程序按如下步驟進(jìn)行如圖9所示，
步驟一、開始；
步驟二、電流、電壓數(shù)據(jù)采樣；
對電流互感器和電壓互感器輸出的電流、電壓信號進(jìn)行濾波和采樣處理，由DSP的模數(shù) 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。 步驟三、計(jì)算有效值；
與電流瞬時(shí)值相比，電流有效值更能夠反映負(fù)載電流的真實(shí)情況。大部分電網(wǎng)參數(shù)如電 壓、電流等的有效值可以通過簡單的算法計(jì)算出來，但在很大范圍內(nèi)不能保證精度，這對于 高精度的測量和保護(hù)是不夠的，而且存在諧波測量等復(fù)雜的問題，因此通過快速傅里葉變換 算法作為采樣計(jì)算算法。應(yīng)用傅立葉公式計(jì)算有效值按如下方法-
其中W:基波信號l周期采樣點(diǎn)數(shù)； ^t:第A次采樣值；
A: )^ = 0時(shí)的采樣值；
& = ^時(shí)的采樣值。 步驟四、識別斷路器的工作狀態(tài)；
由于電力系統(tǒng)的復(fù)雜性和故障的多樣性,使得系統(tǒng)狀態(tài)與系統(tǒng)各參數(shù)之間的關(guān)系很難用 嚴(yán)格的邏輯和數(shù)學(xué)方法來描述,因此,采用精確的數(shù)學(xué)模型控制是非常困難的。
步驟五、確定斷路器分合閘觸頭最優(yōu)速度曲線； 因此根據(jù)反映當(dāng)時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)的電流、電壓、功率因數(shù)等參數(shù)的數(shù)值及各參數(shù)之間的關(guān)系來確 定所需分合閘速度的大小.在此建立以電流，相位為輸入，速度為輸出的模糊控制系統(tǒng)，通 過參數(shù)模糊化，模糊推理和去模糊化處理來識別當(dāng)時(shí)的斷路器工作狀態(tài)并確定斷路器分合閘 速度特性曲線。
步驟六、返回。
步驟八中電機(jī)伺服控制子程序按如下步驟進(jìn)行如圖IO所示，
當(dāng)DSP接到分、合間指令并確定了該電網(wǎng)狀態(tài)下的最優(yōu)速度曲線后，控制器就會不斷的 以A/D中斷的形式調(diào)用電機(jī)伺服控制子程序來調(diào)整動(dòng)觸頭的速度，步驟一、保存當(dāng)前各寄存器的值；
歩驟二、讀取動(dòng)觸頭速度曲線，與最優(yōu)速度曲線比較； 步驟三、調(diào)用速度控制程序； 步驟四、確定電流參考值； 步驟五、讀A/D轉(zhuǎn)換的電流值；
每個(gè)PWM周期對電流采樣一次。在PWM周期的"關(guān)"期間，電流經(jīng)過同一個(gè)橋臂的另外 兩個(gè)IGBT的續(xù)流二極管到電源形成續(xù)流回路，在R上產(chǎn)生負(fù)壓降。所以在此期間不能進(jìn)行電 流采樣。在PWM周期的"開"的瞬間電流上升并不穩(wěn)定，也不宜采樣。所以電流的采樣時(shí)刻 應(yīng)該是在PWM周期的"開"的中部。所以它可以通過DSP定時(shí)器采用連續(xù)增減計(jì)數(shù)方式時(shí)周 期匹配事件啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)； 步驟六、調(diào)用電流控制程序 步驟七、調(diào)整PWM波形的寬度，確定占空比；
通過調(diào)整PWM波形的寬度可以調(diào)整電流的平均值，而PWM波形的寬度則是通過調(diào)整DSP 事件管理器比較寄存器的比較值COMP實(shí)現(xiàn)的； 步驟八、更新PWM寄存器； 步驟九、現(xiàn)場恢復(fù) 步驟十、返回。
步驟三速度控制子程序按如下步驟進(jìn)行
速度調(diào)節(jié)可采用傳統(tǒng)的PI控制算法，該算法原理簡單，易于實(shí)現(xiàn)。該算法程序流程圖如 圖11所示。轉(zhuǎn)速的輸出為電流的參考值，其計(jì)算公式如下
步驟一、開始；
步驟二、讀速度給定值；
步驟三、計(jì)算測量值與速度給定值的偏差；
步驟四、判斷第fc次速度偏差e(ifc)是否大于《，其中《為常數(shù)，根據(jù)控制精度來確定，
如果是則積分分離開關(guān)S == 0 ，如果否則積分分離開關(guān)S = 1; 歩驟五、應(yīng)用如下公式計(jì)算電流參考值，
4/ W = ; — 1) + Kw — —1)]十S/^7V W 式中/^一速度調(diào)節(jié)輸出，作為電流調(diào)節(jié)的參考值；
e(jt)—第A:次速度偏差； ^w—速度比例系數(shù)； &「一速度積分系數(shù)； ^一積分分離開關(guān)； 『一速度調(diào)節(jié)周期
步驟五電流控制子程序按如下步驟進(jìn)行
PID增量控制算法程序流程圖如圖12所示，其算法公式如下 步驟一、開始； 步驟二、讀電流給定值 步驟三、計(jì)算測量值與電流給定值的偏差； 步驟四、應(yīng)用如下公式計(jì)算電流輸出值，
COMP(W = COMP(A; -1) + +7) +夂。,/ 7) - + 2夂0/ / 7) ) * e(A -1) +- 2)/ 7]式中COMPOt)—電流的輸出值； 火 一電流的比例系數(shù)； 《,,一 電流的積分系數(shù)； Xw—電流的微分系數(shù)； r,一電流的采樣周期； 第A次電流偏差。
在電力系統(tǒng)中，斷路器可關(guān)合正常負(fù)荷，短路，斷線以及空載線路等狀態(tài)。對于不同的 工作狀態(tài)，其開斷要求也是不同的，所以需調(diào)用不同的分合鬧速度曲線，以達(dá)到不同條件下 的最優(yōu)分?jǐn)?，最大程度的減小機(jī)構(gòu)沖擊，提高斷路器壽命，限制截流和過電壓。對于理想合 閘速度特性，真空斷路器的合閘過程可分為兩個(gè)重要階段剛合前、剛合后。剛合前3ms階 段指從分閘位置到剛合位置，這要求較高的剛合速度，減少預(yù)擊穿電弧對滅弧室觸頭的燒損。 剛合后階段指觸頭閉合到其完全停止運(yùn)動(dòng)為止，要求剛合后速度快速降低直至停止。合閘階 段的速度變化過程應(yīng)為"零一高速一低速一零"，速度曲線應(yīng)平滑，不出現(xiàn)拐點(diǎn)。剛合后，要 求機(jī)構(gòu)提供的能量迅速減少，防止合閘彈跳和整機(jī)沖擊過大；對于理想合閘速度特性，分閘 過程可分為4個(gè)階段剛分點(diǎn)前(滅弧室觸頭在合閘位置)；剛分點(diǎn)、剛分后3ms，剛分后3ms —?jiǎng)偡趾?ms;剛分后6ms—分閘結(jié)束位置。這4個(gè)階段對分閘速度的要求分別是快一更快 一慢一停止，尤其要求很高的剛分速度。如圖18所示為理想合閘曲線。
實(shí)施例2:其中操動(dòng)機(jī)構(gòu)為永磁直流直線電機(jī)，該電機(jī)為帶位置傳感器的永磁直流直線電 機(jī)，DSP芯片選取的型號為TMS320LF2407A，儲能濾波電容選取的型號為3300 n F / 450V，隔 離驅(qū)動(dòng)電路選取的型號為IR2130，電平轉(zhuǎn)換芯片選取的型號為MAX3232，轉(zhuǎn)接橋設(shè)備12的型 號為RS232，分壓電阻選取200Q，光柵傳感器8選擇速度為4. 8m/s，分辨率為lnm。
該裝置如圖13所示，包括操動(dòng)機(jī)構(gòu)、主回路10和控制回路6,操動(dòng)機(jī)構(gòu)包括永磁直流 直線電機(jī)14、連桿4和高壓斷路器、溫度傳感器13、電壓傳感器和光柵傳感器8，電機(jī)通過 連桿4連接高壓斷路器，主回路10如圖15所示包括三相全波整流器、充電限流電阻&和R3、 儲能濾波電容C、分壓電阻R,、四個(gè)IGBT (V,—V》和四個(gè)續(xù)流二極管組成的H型橋式功率驅(qū) 動(dòng)電路，可實(shí)現(xiàn)過流和欠壓保護(hù)；控制回路6如圖15所示包括DSP芯片、檢測模塊，信號預(yù) 處理電路、電壓監(jiān)測電路、通訊模塊、隔離驅(qū)動(dòng)電路、電壓互感器和電流互感器，檢測模塊 包括速度檢測電路、電流檢測電路和溫度檢測電路，通訊模塊包括電平轉(zhuǎn)換芯片、轉(zhuǎn)接橋設(shè) 備12和上位機(jī)11;電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)可能較長時(shí)間處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，由于摩擦等因素，使得機(jī)構(gòu) 迅速發(fā)熱，若溫度過高將直接影響電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制器的正常工作，位于操動(dòng)機(jī)構(gòu)中電機(jī) 上的溫度傳感器13和電壓傳感器通過控制回路6檢測模塊中的電流檢測電路和溫度檢測電路 連接信號預(yù)處理電路，信號預(yù)處理電路連接DSP芯片，將結(jié)果反饋給DSP芯片，若該采樣值 大于預(yù)設(shè)溫度轉(zhuǎn)換值，則停止PWM輸出。位于操動(dòng)機(jī)構(gòu)中永磁直流直線電機(jī)14上的光柵傳感 器8通過控制回路6中的速度檢測電路連接DSP芯片TMS320LF2407A的CAP1、 CAP2、 CAP3端 口，控制回路6中的DSP芯片TMS320LF2407A的PWM1-PWM4端口連接隔離驅(qū)動(dòng)電路IR2130的 HIN1、 LIN1、 LIN2、 HIN2，隔離驅(qū)動(dòng)電路的H01、 L01、 H02、 L02連接主回路10中的功率驅(qū) 動(dòng)電路V,—V4的基極，功率驅(qū)動(dòng)電路連接操動(dòng)機(jī)構(gòu)中永磁直流直線電機(jī)14的主軸上，DSP芯 片的PDPIN端口連接電壓監(jiān)測電路的輸入端，電壓監(jiān)測電路輸出端連接主回路10的充電限流 電阻。信號預(yù)處理電路反饋信號輸入端連接電壓互感器和電流互感器，用于測量電網(wǎng)電壓和 電網(wǎng)電流。主回路10實(shí)現(xiàn)功率變換，將系統(tǒng)的工作電源(直流電源或交流整流電源)轉(zhuǎn)換為機(jī)構(gòu)的驅(qū) 動(dòng)電源，包括三相全波整流器、充電限流電阻R2和R"儲能濾波電容C、分壓電阻R4和四個(gè)IGBT (V,—V4)和四個(gè)續(xù)流二極管組成的H型橋式功率驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示，H型橋式功率模塊用到 VI、 V2、 V4和V5，就可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)線圈的正反向通電，實(shí)現(xiàn)對電機(jī)出力方向的控制，從而實(shí) 現(xiàn)斷路器等開關(guān)設(shè)備的開斷與關(guān)合。功率驅(qū)動(dòng)電路的輸出接于電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)上。當(dāng)合閘時(shí)， 通正向電流，IGBT1和IGBT4導(dǎo)通；當(dāng)分閘操作時(shí)，通以反向電流時(shí)，IGBT2和IGBT5導(dǎo)通；
其中三相全波整流器的兩極分別連接儲能濾波電容C、充電限流電阻&和R3和功率驅(qū)動(dòng) 電路，分壓電阻R4—端連接功率驅(qū)動(dòng)電路，另一端接地。限流電阻是用來防止主電路上電時(shí) 對電容的充電電流過大，電容充電結(jié)束后，由繼電器將其切除。
控制回路6包括DSP芯片TMS320LF2407A、檢測模塊，信號預(yù)處理電路如圖5所示，電 壓監(jiān)測電路如圖6所示，通訊模塊和隔離驅(qū)動(dòng)電路IR2130,檢測模塊包括速度檢測電路如圖 4所示，電流檢測電路和溫度檢測電路，通訊模塊包括電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232、轉(zhuǎn)接橋設(shè)備 12RS232和上位機(jī)11，其中DSP芯片TMS320LF2407A的CAP1、 CAP2、 CAP3端口連接速度檢測 電路的輸入端，DSP芯片TMS320LF2407A的ADCIN00—ADCIN03連接信號預(yù)處理電路輸入端， DSP芯片TMS320LF2407A的PWM1-PWM6端口連接隔離驅(qū)動(dòng)電路IR2130的HIN1、 LIN1、 LIN2、 HIN2隔離驅(qū)動(dòng)電路，DSP芯片TMS320LF2407A的PDPIN端口連接電壓監(jiān)測電路的輸入端，DSP 芯片TMS320LF2407A的SCIRXD和SCITXD端口連接電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232的RI0UT和TIIN端 口，電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232的RIIN和TI0UT端口連接轉(zhuǎn)接橋設(shè)備12RS232的輸入端，轉(zhuǎn)接橋 設(shè)備12輸出端連接上位機(jī)11,電平轉(zhuǎn)換芯片用于將DSP芯片的輸出信號轉(zhuǎn)化為通訊接口芯 片可接收的5V信號。
TMS320LF2407A DSP對反饋回來的信號進(jìn)行采樣、運(yùn)算處理。根據(jù)設(shè)定的位移和速度曲線， 采用先進(jìn)的控制算法來實(shí)現(xiàn)對高壓斷路器動(dòng)觸頭閉環(huán)的伺服控制。同時(shí)DSP控制器通過串行 通信接口模塊(SCI)經(jīng)MAX3232電平轉(zhuǎn)換電路與變電站、變電所上位機(jī)11的串口連接，這樣 可以通過變電站、變電所PC機(jī)上的控制界面輸出命令和參數(shù)到DSP控制器來對永磁直流電 機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對斷路器開、斷過程的控制。
本發(fā)明采用數(shù)字式雙閉環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，它調(diào)節(jié)定子磁場的大小，定子磁場的大小正 比于流過定子線圈的電流，控制定子線圈的電流即可控制定子磁場的大小，即電流調(diào)節(jié)環(huán)， 采用PID增量式控制算法其程序流程圖如圖12所示。外環(huán)為速度環(huán)，但為確保整個(gè)系統(tǒng)具有 良好的動(dòng)、靜態(tài)特性，速度環(huán)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法，其神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制的結(jié)構(gòu)圖如 圖15所示，其網(wǎng)絡(luò)為2X3X1結(jié)構(gòu)，屬多層前向傳播網(wǎng)絡(luò)形式，包括輸入層、隱含層和輸出 層。輸入層有2個(gè)神經(jīng)元，其輸入分別為控制系統(tǒng)給定值r和被控對象輸出值y。隱含層有3 個(gè)神經(jīng)元，隱含層各神經(jīng)元的輸出函數(shù)互不相同，分別對應(yīng)比例(P)，積分(1)，微分(D) 3個(gè)部分，網(wǎng)絡(luò)的輸出層完成N-PID控制規(guī)律的綜合，P, I， D系數(shù)由網(wǎng)絡(luò)的權(quán)體現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)的 前向計(jì)算實(shí)現(xiàn)PID參數(shù)的自適應(yīng)調(diào)整。它既具有傳統(tǒng)PID控制的優(yōu)點(diǎn)，又具有神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的并 行結(jié)構(gòu)和學(xué)習(xí)記憶功能及多層網(wǎng)絡(luò)逼近任意函數(shù)的能力。由速度環(huán)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID運(yùn)算得到
新的電流參考值，經(jīng)電流限幅后送入電流環(huán)，作為電流參考值。電流參考值與電流反饋值相 比得到電流環(huán)輸入誤差e(A:)，該誤差信號經(jīng)過PID運(yùn)算，經(jīng)限幅輸出得到新的PWM波形，并 由功率管驅(qū)動(dòng)電路控制功率IGBT晶體管的開關(guān)，進(jìn)而控制高壓斷路器動(dòng)觸頭的速度和位置， 使分、合閘達(dá)到理想的曲線。
該裝置的控制方法是在DSP芯片中按如下方法進(jìn)行，如圖7所示本實(shí)例中，當(dāng)DSP未接到分、合閘指令時(shí)，對電網(wǎng)的電壓，電流等參數(shù)進(jìn)行采樣并顯示， 計(jì)算最優(yōu)曲線，當(dāng)DSP接到分、合閘指令時(shí)，調(diào)用最優(yōu)觸頭速度子程序，確定與當(dāng)前電網(wǎng)狀 態(tài)相匹配的最優(yōu)速度曲線，然后調(diào)用伺服控制子程序來調(diào)整動(dòng)觸頭的位置，
步驟一、系統(tǒng)初始化，進(jìn)行系統(tǒng)自檢；
步驟二、采集電網(wǎng)的數(shù)據(jù)、顯示在上位機(jī)ll上；
步驟三、斷路器接到分、合閘命令；
步驟四、開始調(diào)用伺服控制子程序；
步驟五、中斷入口；
步驟六、現(xiàn)場保存；
步驟七、調(diào)用不同狀態(tài)下最優(yōu)觸頭速度子程序； 步驟八、調(diào)用電機(jī)伺服控制程序；
步驟九、判斷斷路器是否拒分，如果是，則記錄故障狀態(tài)，如果否，則執(zhí)行步驟十；
步驟十、存儲正常開關(guān)記錄；
步驟十一、現(xiàn)場恢復(fù)；
步驟十二、調(diào)用伺服控制子程序結(jié)束；
步驟十三、向上位機(jī)ll發(fā)出分、合閘完畢信息；
步驟十四、返回。
控制器開機(jī)時(shí)在加載應(yīng)用程序之前首先載入加電自檢程序，如圖8所示，這樣系統(tǒng)每次 開機(jī)就首先執(zhí)行自檢程序，這段程序?qū)x器自身進(jìn)行硬件掃描，即針對每一個(gè)分系統(tǒng)發(fā)送特 定的測試信號，看看能否接收無故障時(shí)的所期望的信號，以此判定各個(gè)分系統(tǒng)是否正常。 步驟七中最優(yōu)觸頭速度子程序按如下步驟進(jìn)行如圖9所示，
步驟一、開始；
步驟二、電流、電壓數(shù)據(jù)采樣；
對電流互感器和電壓互感器輸出的電流、電壓信號進(jìn)行濾波和采樣處理，由DSP的模數(shù) 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。 步驟三、計(jì)算有效值；
與電流瞬時(shí)值相比，電流有效值更能夠反映負(fù)載電流的真實(shí)情況。大部分電網(wǎng)參數(shù)如電 壓、電流等的有效值可以通過簡單的算法計(jì)算出來，但在很大范圍內(nèi)不能保證精度，這對于 高精度的測量和保護(hù)是不夠的，而且存在諧波測量等復(fù)雜的問題，因此通過快速傅里葉變換 算法作為采樣計(jì)算算法。應(yīng)用傅立葉公式計(jì)算有效值按如下方法-
1
a,= —
sin| A
2;r
V丄
1 TV
x0 +2Zxt cos
',2"、
+ i、
有效值X =
相角《=CWC/g」 "1
其中iV:基波信號l周期采樣點(diǎn)數(shù)； ^t:第A次采樣值；A: & = 0時(shí)的采樣值；
* = ^時(shí)的采樣值。 步驟四、識別斷路器的工作狀態(tài)；
由于電力系統(tǒng)的復(fù)雜性和故障的多樣性，使得系統(tǒng)狀態(tài)與系統(tǒng)各參數(shù)之間的關(guān)系很難用 嚴(yán)格的邏輯和數(shù)學(xué)方法來描述,因此,采用精確的數(shù)學(xué)模型控制是非常困難的。
步驟五、確定斷路器分合閘觸頭最優(yōu)速度曲線； 因此根據(jù)反映當(dāng)時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)的電流、電壓、功率因數(shù)等參數(shù)的數(shù)值及各參數(shù)之間的關(guān)系來確 定所需分合閘速度的大小.在此建立以電流，相位為輸入，速度為輸出的模糊控制系統(tǒng)，通 過參數(shù)模糊化，模糊推理和去模糊化處理來識別當(dāng)時(shí)的斷路器工作狀態(tài)并確定斷路器分合閘 速度特性曲線。
步驟六、返回。
步驟八中電機(jī)伺服控制子程序按如下步驟進(jìn)行如圖IO所示，
當(dāng)DSP接到分、合閘指令并確定了該電網(wǎng)狀態(tài)下的最優(yōu)速度曲線后，控制器就會不斷的 以A/D中斷的形式調(diào)用電機(jī)伺服控制子程序來調(diào)整動(dòng)觸頭的速度， 步驟一、保存當(dāng)前各寄存器的值 步驟二、讀取動(dòng)觸頭速度曲線，與最優(yōu)速度曲線比較； 步驟三、調(diào)用速度控制程序； 步驟四、確定電流參考值； 步驟五、讀A/D轉(zhuǎn)換的電流值；
每個(gè)PWM周期對電流采樣一次。在PWM周期的"關(guān)"期間，電流經(jīng)過同一個(gè)橋臂的另外 兩個(gè)IGBT的續(xù)流二極管到電源形成續(xù)流回路，在R上產(chǎn)生負(fù)壓降。所以在此期間不能進(jìn)行電 流采樣。在PWM周期的"開"的瞬間電流上升并不穩(wěn)定，也不宜采樣。所以電流的采樣時(shí)刻 應(yīng)該是在PWM周期的"開"的中部。所以它可以通過DSP定時(shí)器采用連續(xù)增減計(jì)數(shù)方式時(shí)周 期匹配事件啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換來實(shí)現(xiàn)； 步驟六、調(diào)用電流控制程序； 步驟七、調(diào)整PWM波形的寬度，確定占空比；
通過調(diào)整PWM波形的寬度可以調(diào)整電流的平均值，而P固波形的寬度則是通過調(diào)整DSP 事件管理器比較寄存器的比較值COMP實(shí)現(xiàn)的；
步驟八、更新PWM寄存器；
步驟九、現(xiàn)場恢復(fù)；
步驟十、返回。 步驟三速度控制子程序按如下歩驟進(jìn)行如圖15所示，
速度調(diào)節(jié)采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID控制算法，將這種智能的控制策略與傳統(tǒng)的PID相結(jié)合，實(shí) 現(xiàn)了控制器的自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)，可獲得最佳的動(dòng)態(tài)效果。該算法程序流程圖如圖15所示。
歩驟一、開始；
步驟二、初始化各參數(shù)；
步驟三、讀速度給定值；步驟四、計(jì)算隱含層各值； 步驟五、計(jì)算輸出層各值；步驟六、判斷采樣是否完畢，如果是則轉(zhuǎn)步驟七、如果否則執(zhí)行步驟三； 步驟七、計(jì)算控制對象9輸出值； 步驟八、獲取速度改變量；歩驟九、判斷偏差是否再如許范圍內(nèi)，如果是則執(zhí)行步驟十，如果否則執(zhí)行步驟二； 步驟十、確定電流參考值； 步驟十一、返回。步驟五電流控制子程序按如下步驟進(jìn)行PID增量控制算法程序流程圖如圖12所示，其算法公式如下 步驟一、開始； 步驟二、讀電流給定值；步驟三、計(jì)算測量值與電流給定值的誤差； 步驟四、應(yīng)用如下公式計(jì)算電流輸出值，cwto-comp(h) + (a:w+/:0//7;岸)-(4 +2A:o,/r/)*e("l)+KA:-2)/t;式中COMP&)—電流的輸出值； ^ 一電流的比例系數(shù) 《,,一 電流的積分系數(shù)； /^,一電流的微分系數(shù)； r,一電流的采樣周期； 第&次電流偏差。在電力系統(tǒng)中，斷路器可關(guān)合正常負(fù)荷，短路，斷線以及空載線路等狀態(tài)。對于不同的 工作狀態(tài)，其開斷要求也是不同的，所以需調(diào)用不同的分合閘速度曲線，以達(dá)到不同條件下 的最優(yōu)分?jǐn)啵畲蟪潭鹊臏p小機(jī)構(gòu)沖擊，提高斷路器壽命，限制截流和過電壓。對于理想合 閘速度特性，真空斷路器的合閘過程可分為兩個(gè)重要階段剛合前、剛合后。剛合前3ms階 段指從分閘位置到剛合位置，這要求較高的剛合速度，減少預(yù)擊穿電弧對滅弧室觸頭的燒損。 剛合后階段指觸頭閉合到其完全停止運(yùn)動(dòng)為止，要求剛合后速度快速降低直至停止。合閘階 段的速度變化過程應(yīng)為"零一高速一低速一零"，速度曲線應(yīng)平滑，不出現(xiàn)拐點(diǎn)。剛合后，要 求機(jī)構(gòu)提供的能量迅速減少，防止合閘彈跳和整機(jī)沖擊過大；對于理想合閘速度特性，分閘 過程可分為4個(gè)階段剛分點(diǎn)前(滅弧室觸頭在合閘位置)；剛分點(diǎn)、剛分后3ms,剛分后3ms 一剛分后6ms;剛分后6ms—分閘結(jié)束位置。這4個(gè)階段對分閘速度的要求分別是快一更快 一慢一停止，尤其要求很高的剛分速度。如圖18所示為理想合閘曲線。實(shí)施例3:其中操動(dòng)機(jī)構(gòu)為圓筒形直線感應(yīng)電機(jī)，該電機(jī)為帶位置傳感器的永磁直流直線 電機(jī)，DSP芯片選取的型號為TMS320LF2407A，儲能濾波電容選取的型號為3300 u F / 450V， 隔離驅(qū)動(dòng)電路選取的型號為IR2130，電平轉(zhuǎn)換芯片選取的型號為MAX3232，轉(zhuǎn)接橋設(shè)備12的 型號為RS232,分壓電阻選取200D，光柵傳感器8選擇速度為4.8m/s，分辨率為lpm。該裝置如圖16所示，包括操動(dòng)機(jī)構(gòu)、主回路10和控制回路6，操動(dòng)機(jī)構(gòu)包括圓筒形直 線感應(yīng)電機(jī)15、連桿4和高壓斷路器、溫度傳感器13、電壓傳感器和光柵傳感器8，電機(jī)通 過連桿4連接高壓斷路器，主回路10如圖16所示包括三相全波整流器、充電限流電阻&和 R3、儲能濾波電容C、分壓電阻&、六個(gè)IGBT (V,—Vb)和六個(gè)續(xù)流二極管組成的H型橋式功率驅(qū)動(dòng)電路，可實(shí)現(xiàn)過流和欠壓保護(hù)；控制回路6如圖16所示包括DSP芯片、檢測模塊，信 號預(yù)處理電路、電壓監(jiān)測電路、通訊模塊、隔離驅(qū)動(dòng)電路、電壓互感器和電流互感器，檢測 模塊包括速度檢測電路、電流檢測電路和溫度檢測電路，通訊模塊包括電平轉(zhuǎn)換芯片、轉(zhuǎn)接 橋設(shè)備12和上位機(jī)11;電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)可能較長時(shí)間處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)，由于摩擦等因素，使得 機(jī)構(gòu)迅速發(fā)熱，若溫度過高將直接影響電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)和控制器的正常工作，位于操動(dòng)機(jī)構(gòu)中 電機(jī)上的溫度傳感器13和電壓傳感器通過控制回路6檢測模塊中的電流檢測電路和溫度檢測 電路連接信號預(yù)處理電路，信號預(yù)處理電路連接DSP芯片，將結(jié)果反饋給DSP芯片，若該采 樣值大于預(yù)設(shè)溫度轉(zhuǎn)換值，則停止PWM輸出。位于操動(dòng)機(jī)構(gòu)中圓筒形直線感應(yīng)電機(jī)15上的光 柵傳感器8通過控制回路6中的速度檢測電路連接DSP芯片TMS320LF2407A的CAP1、 CAP2、 CAP3端口，控制回路6中的DSP芯片TMS320LF2407A的PWM1-PWM4端口連接隔離驅(qū)動(dòng)電路 IR2130的HIN1、 LIN1、 LIN2、 HIN2，隔離驅(qū)動(dòng)電路的H01、 L01、 H02、 L02連接主回路10中 的功率驅(qū)動(dòng)電路V,—V4的基極，功率驅(qū)動(dòng)電路連接操動(dòng)機(jī)構(gòu)中電機(jī)的主軸上，DSP芯片的PDPIN 端口連接電壓監(jiān)測電路的輸入端，電壓監(jiān)測電路輸出端連接主回路10的充電限流電阻。信號 預(yù)處理電路反饋信號輸入端連接電壓互感器和電流互感器，用于測量電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)電流。主回路10實(shí)現(xiàn)功率變換，將系統(tǒng)的工作電源(直流電源或交流整流電源)轉(zhuǎn)換為機(jī)構(gòu)的驅(qū) 動(dòng)電源，包括三相全波整流器、充電限流電阻R2和R3、儲能濾波電容C、分壓電阻R4和六個(gè) IGBT (V,—Ve)和六個(gè)續(xù)流二極管組成的H型橋式功率驅(qū)動(dòng)電路如圖3所示，其中三相全波整 流器的兩極分別連接儲能濾波電容C、充電限流電阻R2和R3和功率驅(qū)動(dòng)電路，分壓電阻R4 — 端連接功率驅(qū)動(dòng)電路，另一端接地。限流電阻是用來防止主電路上電時(shí)對電容的充電電流過 大，電容充電結(jié)束后，由繼電器將其切除。控制回路6包括DSP芯片TMS320LF2407A、檢測模塊，信號預(yù)處理電路如圖5所示，電 壓監(jiān)測電路如圖6所示，通訊模塊和隔離驅(qū)動(dòng)電路IR2130，檢測模塊包括速度檢測電路如圖 4所示，電流檢測電路和溫度檢測電路，通訊模塊包括電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232、轉(zhuǎn)接橋設(shè)備 12RS232和上位機(jī)11，其中DSP芯片TMS320LF2407A的CAP1、 CAP2、 CAP3端口連接速度檢測 電路的輸入端，DSP芯片TMS320LF2407A的ADCIN00—ADCIN03連接信號預(yù)處理電路輸入端， DSP芯片TMS320LF2407A的PWM1-PWM6端口連接隔離驅(qū)動(dòng)電路IR2130的HIN1、 LIN1、 LIN2、 HIN2隔離驅(qū)動(dòng)電路，DSP芯片TMS320LF2407A的PDPIN端口連接電壓監(jiān)測電路的輸入端，DSP 芯片TMS320LF2407A的SCIRXD和SCITXD端口連接電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232的RI0UT和TIIN端 口，電平轉(zhuǎn)換芯片MAX3232的RIIN和TI0UT端口連接轉(zhuǎn)接橋設(shè)備12RS232的輸入端，轉(zhuǎn)接橋 設(shè)備12輸出端連接上位機(jī)11，電平轉(zhuǎn)換芯片用于將DSP芯片的輸出信號轉(zhuǎn)化為通訊接口芯 片可接收的5V信號。反饋量是由檢測電路得到的，電流的檢測由直流母線電流檢測和U/V/W 相電流檢測兩個(gè)部分組成。直流母線電流檢測是通過分壓電阻R4來實(shí)現(xiàn)的，(R4電阻值一般選 200Q) R4的選擇可考慮當(dāng)過流發(fā)生時(shí)能輸出最大電壓，同時(shí)也起到了電流檢測的作用。該信 號經(jīng)信號預(yù)處理電路后連接到DSP控制器的ADC輸入端ADCIN00。相電流檢測是通過霍爾傳 感器(四川力源公司生產(chǎn)的霍爾電流傳感器16TL10-C)來檢測的，它將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓 信號，再輸出經(jīng)信號預(yù)處理電路后連接到DSP控制器的ADC輸入端ADCINOl- ADCIN02。TMS320LF2407ADSP對反饋回來的信號進(jìn)行采樣、運(yùn)算處理。根據(jù)高壓開關(guān)設(shè)備電機(jī)操動(dòng) 機(jī)構(gòu)這一特殊的應(yīng)用場合，考慮到其作用時(shí)間短的特點(diǎn)，采用直接推力控制思想來實(shí)現(xiàn)對高 壓斷路器動(dòng)觸頭的閉環(huán)伺服控制。同時(shí)DSP控制器通過串行通信接口模塊(SCI)經(jīng)MAX3232 電平轉(zhuǎn)換電路與變電站、變電所上位機(jī)ll的串口連接，這樣可以通過變電站、變電所PC機(jī)上的控制界面輸出命令和參數(shù)到DSP控制器來對直線電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對斷 路器開、斷過程的控制。本發(fā)明中，高壓斷路器動(dòng)觸頭的位置、速度和電流的實(shí)時(shí)信號經(jīng)檢測電路及信號轉(zhuǎn)化電 路并反饋給DSP控制器，DSP控制器通過信號采集并與理想的特性曲線進(jìn)行比較，再進(jìn)行運(yùn) 算和處理后得到偏差作為下一步控制信號輸出給電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而保持偏差盡可能小，使 電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)都能按照預(yù)定的方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)。在滿足控制精度和處理器的運(yùn)算速度的要求后， 確定采樣周期。從而如此反復(fù)的對電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行采樣、控制，使斷路器的動(dòng)觸頭的運(yùn)動(dòng) 能夠獲得接近理想的曲線。本發(fā)明的伺服控制方法可采用傳統(tǒng)的用于過程控制的PID算法與 現(xiàn)代的智能控制理論相結(jié)合，能達(dá)到較好的控制效果。對于交流電機(jī)，針對高壓開關(guān)操動(dòng)機(jī) 構(gòu)這一特殊場合，引入直接推力控制方法，其也可嵌入先進(jìn)的控制算法，進(jìn)而控制高壓斷路 器動(dòng)觸頭的速度和位置，使分、合閘達(dá)到理想的曲線。該裝置的控制方法是在DSP芯片中按如下方法進(jìn)行，如圖7所示本實(shí)例中，當(dāng)DSP未接到分、合閘指令時(shí)，對電網(wǎng)的電壓，電流等參數(shù)進(jìn)行采樣并顯示， 計(jì)算最優(yōu)曲線，當(dāng)DSP接到分、合間指令時(shí)，調(diào)用最優(yōu)觸頭速度子程序，確定與當(dāng)前電網(wǎng)狀 態(tài)相匹配的最優(yōu)速度曲線，然后調(diào)用伺服控制子程序來調(diào)整動(dòng)觸頭的位置，步驟一、系統(tǒng)初始化，進(jìn)行系統(tǒng)自檢；步驟二、采集電網(wǎng)的數(shù)據(jù)、顯示在上位機(jī)ll上；步驟三、斷路器接到分、合閘命令；步驟四、開始調(diào)用伺服控制子程序；步驟五、中斷入口；步驟六、現(xiàn)場保存；步驟七、調(diào)用不同狀態(tài)下最優(yōu)觸頭速度子程序； 步驟八、調(diào)用電機(jī)伺服控制程序；步驟九、判斷斷路器是否拒分，如果是，則記錄故障狀態(tài)，如果否，則執(zhí)行步驟十步驟十、存儲正常開關(guān)記錄；步驟十一、現(xiàn)場恢復(fù)；步驟十二、調(diào)用伺服控制子程序結(jié)束；歩驟十三、向上位機(jī)ll發(fā)出分、合閘完畢信息；步驟十四、返回?？刂破鏖_機(jī)時(shí)在加載應(yīng)用程序之前首先載入加電自檢程序，如圖8所示，這樣系統(tǒng)每次 開機(jī)就首先執(zhí)行自檢程序，這段程序?qū)x器自身進(jìn)行硬件掃描，即針對每一個(gè)分系統(tǒng)發(fā)送特 定的測試信號，看看能否接收無故障時(shí)的所期望的信號，以此判定各個(gè)分系統(tǒng)是否正常。 步驟七中最優(yōu)觸頭速度子程序按如下步驟進(jìn)行如圖9所示，步驟一、開始；步驟二、電流、電壓數(shù)據(jù)采樣；對電流互感器和電壓互感器輸出的電流、電壓信號進(jìn)行濾波和采樣處理，由DSP的模數(shù) 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。 步驟三、計(jì)算有效值；與電流瞬時(shí)值相比，電流有效值更能夠反映負(fù)載電流的真實(shí)情況。大部分電網(wǎng)參數(shù)如電壓、電流等的有效值可以通過簡單的算法計(jì)算出來，但在很大范圍內(nèi)不能保證精度，這對于 高精度的測量和保護(hù)是不夠的，而且存在諧波測量等復(fù)雜的問題，因此通過快速傅里葉變換 算法作為采樣計(jì)算算法。應(yīng)用傅立葉公式計(jì)算有效值按如下方法其中W:基波信號l周期采樣點(diǎn)數(shù)； 第A次采樣值；A: ^: = 0時(shí)的采樣值；A:-iV時(shí)的采樣值。 步驟四、識別斷路器的工作狀態(tài)；由于電力系統(tǒng)的復(fù)雜性和故障的多樣性，使得系統(tǒng)狀態(tài)與系統(tǒng)各參數(shù)之間的關(guān)系很難用 嚴(yán)格的邏輯和數(shù)學(xué)方法來描述,因此,采用精確的數(shù)學(xué)模型控制是非常困難的。步驟五、確定斷路器分合閘觸頭最優(yōu)速度曲線； 因此根據(jù)反映當(dāng)時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)的電流、電壓、功率因數(shù)等參數(shù)的數(shù)值及各參數(shù)之間的關(guān)系來確 定所需分合閘速度的大小.在此建立以電流，相位為輸入，速度為輸出的模糊控制系統(tǒng)，通 過參數(shù)模糊化，模糊推理和去模糊化處理來識別當(dāng)時(shí)的斷路器工作狀態(tài)并確定斷路器分合閘 速度特性曲線。步驟六、返回。步驟八中電機(jī)伺服控制子程序按如下步驟進(jìn)行如圖17所示，當(dāng)DSP接到分、合閘指令并確定了該電網(wǎng)狀態(tài)下的最優(yōu)速度曲線后，控制器就會不斷的 以A/D中斷的形式調(diào)用電機(jī)伺服控制子程序來調(diào)整動(dòng)觸頭的速度，步驟一、保存當(dāng)前各寄存器的值；步驟二、讀取動(dòng)觸頭速度曲線，與最優(yōu)速度曲線比較；步驟三、調(diào)用速度控制程序步驟四、確定推力參考值；步驟五、讀A/D轉(zhuǎn)換的電流值，并進(jìn)行電流的3/2變換霍爾傳感器對圓筒形直線感應(yīng)電機(jī)三相電流和直流母線電壓進(jìn)行檢測，利用次級位置信 號進(jìn)行Clarke變換，即把三相交流系統(tǒng)等效變換成為兩相交流系統(tǒng)，得到實(shí)際的兩相交流系 統(tǒng)下的^與Z。；步驟六、調(diào)用電流控制程序；步驟七、調(diào)整PWM波形的寬度，確定占空比；通過調(diào)整PWM波形的寬度可以調(diào)整電流的平均值，而PWM波形的寬度則是通過調(diào)整DSP 事件管理器比較寄存器的比較值COMP實(shí)現(xiàn)的；有效值Z =步驟八、更新PWM寄存器； 步驟九、現(xiàn)場恢復(fù)； 步驟十、返回。步驟三速度控制子程序按如下步驟進(jìn)行-速度調(diào)節(jié)可采用傳統(tǒng)的PI控制算法，該算法原理簡單，易于實(shí)現(xiàn)。該算法程序流程圖如 圖11所示。轉(zhuǎn)速的輸出為電流的參考值，其計(jì)算公式如下-步驟一、開始；步驟二、讀速度給定值；歩驟三、計(jì)算測量值與速度給定值的偏差；步驟四、判斷第A:次速度偏差e(A)是否大于^其中《為常數(shù)，根據(jù)控制精度來確定，如果是則積分分離開關(guān)5" = 0 ，如果否則積分分離開關(guān)S1 = 1; 步驟五、應(yīng)用如下公式計(jì)算電流參考值， 通過對給定速度與反饋速度之間的差值進(jìn)行PI調(diào)節(jié)，可以得到系統(tǒng)的給定推力，其計(jì)算 公式如下厶/ ("=厶/ (卜1) + L - -1)] +式中/w—速度調(diào)節(jié)輸出，作為推力的參考值；第;t次速度偏差； -速度比例系數(shù)； 速度積分系數(shù)；S—積分分離開關(guān)，當(dāng)II <《時(shí)，5 = 1; I| ^《時(shí)，S = 0;其中《為 常數(shù)，根據(jù)控制精度來確定。^一速度調(diào)節(jié)周期。步驟五電流控制子程序按如下歩驟進(jìn)行 PID增量控制算法程序流程圖如圖17所示，其算法公式如下① 初級磁鏈和電磁推力估計(jì)；根據(jù)檢測到的初級側(cè)電流和電壓值，計(jì)算初級磁鏈DQ軸分量、磁鏈幅值和電磁推力，其 中磁鏈模型采用簡單的電壓-電流模型初級磁鏈的角度。② 磁鏈滯環(huán)比較與推力滯環(huán)比較；將初級磁鏈?zhǔn)噶康膶?shí)際幅值與給定值比較后的差值輸入磁鏈滯環(huán)比較器，同時(shí)將推力的 實(shí)際值與給定值比較后的差值送入推力滯環(huán)比較器中。③ 判斷磁鏈扇區(qū)；根據(jù)初級磁鏈的D軸和Q軸方向上的分量，通過反正切函數(shù)算出初級磁鏈?zhǔn)噶颗cD軸之 間的夾角，根據(jù)夾角來判斷初級磁鏈所在的扇區(qū)。
開關(guān)電壓矢量的選擇兩個(gè)比較器的輸出與磁鏈所在的扇區(qū)共同決定選擇哪個(gè)電壓矢量，如下表1所示。 表l開關(guān)電壓矢量査詢表尺△/①②③ ⑤⑥110",7",7"'7-l ■ 1""""", -l0"""'7"W"'7_1",5",2"',表1中，Zl^的正負(fù)是根據(jù)磁鏈滯環(huán)比較器的輸出來確定的，則有:若—若2、e/+,輸出為l ， Zl^取l。 dy」，輸出為0 ， zl!^取-l。 A/的正負(fù)是根據(jù)推力滯環(huán)比較器的三個(gè)輸出來確定的，當(dāng)需要定子磁鏈向前旋轉(zhuǎn)時(shí)，則有 若/人f卜lA/1，輸出為i ' A/"取i。若l/lH厶fl，輸出為0 ， A/取0。當(dāng)需要定子磁鏈向后旋轉(zhuǎn)時(shí)，則有 若/^|/』+ |4/1,輸出為-1 ， A/取-l。若|/|—/ref|，輸出為0 ， A/取0。其中w,/為(1， 0， 0)， ^2為(1, 1， 0)， ^為(0， 1， 0)， "^為(0， 1， 1)， 5為(0， 0， 1)， t^為(1， 0， 1)， ",7為(1， 1， 1)， "w為(0, 0， 0)、77) 更新PWM寄存器；8) 恢復(fù)現(xiàn)場；9) 返回。在電力系統(tǒng)中，斷路器可關(guān)合正常負(fù)荷，短路，斷線以及空載線路等狀態(tài)。對于不同的 工作狀態(tài)，其開斷要求也是不同的，所以需調(diào)用不同的分合閘速度曲線，以達(dá)到不同條件下 的最優(yōu)分?jǐn)?，最大程度的減小機(jī)構(gòu)沖擊，提高斷路器壽命，限制截流和過電壓。對于理想合 閘速度特性，真空斷路器的合閘過程可分為兩個(gè)重要階段剛合前、剛合后。剛合前3ms階 段指從分閘位置到剛合位置，這要求較高的剛合速度，減少預(yù)擊穿電弧對滅弧室觸頭的燒損。 剛合后階段指觸頭閉合到其完全停止運(yùn)動(dòng)為止，要求剛合后速度快速降低直至停止。合閘階 段的速度變化過程應(yīng)為"零一高速一低速一零"，速度曲線應(yīng)平滑，不出現(xiàn)拐點(diǎn)。剛合后，要 求機(jī)構(gòu)提供的能量迅速減少，防止合閘彈跳和整機(jī)沖擊過大；對于理想合閘速度特性，分閘 過程可分為4個(gè)階段剛分點(diǎn)前(滅弧室觸頭在合閘位置)；剛分點(diǎn)、剛分后3ms，剛分后3ms 一剛分后6ms;剛分后6ms—分閘結(jié)束位置。這4個(gè)階段對分閘速度的要求分別是快一更快 一慢一停止，尤其要求很高的剛分速度。如圖18所示為理想合閘曲線。
權(quán)利要求
1、一種高壓開關(guān)設(shè)備電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)通用伺服控制平臺裝置，包括操動(dòng)機(jī)構(gòu)、主回路和控制回路，操動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)、連桿、高壓斷路器、溫度傳感器、電壓傳感器和光柵傳感器，電機(jī)通過連桿連接高壓斷路器，主回路包括三相全波整流器、充電限流電阻、儲能濾波電容、功率驅(qū)動(dòng)電路和分壓電阻；控制回路包括DSP芯片、檢測模塊、信號預(yù)處理電路、電壓監(jiān)測電路、通訊模塊、隔離驅(qū)動(dòng)電路、電壓互感器和電流互感器，檢測模塊包括速度檢測電路、電流檢測電路和溫度檢測電路，通訊模塊包括電平轉(zhuǎn)換芯片、轉(zhuǎn)接橋設(shè)備和上位機(jī)；位于操動(dòng)機(jī)構(gòu)中電機(jī)上的溫度傳感器和電壓傳感器通過控制回路檢測模塊中的電流檢測電路和溫度檢測電路連接信號預(yù)處理電路，信號預(yù)處理電路連接DSP芯片，位于操動(dòng)機(jī)構(gòu)中電機(jī)上的光柵傳感器通過控制回路中的速度檢測電路連接DSP芯片，控制回路中的DSP芯片連接隔離驅(qū)動(dòng)電路和電壓監(jiān)測電路，隔離驅(qū)動(dòng)電路連接主回路中的功率驅(qū)動(dòng)電路，功率驅(qū)動(dòng)電路連接操動(dòng)機(jī)構(gòu)中電機(jī)的主軸上，電壓監(jiān)測電路連接主回路的充電限流電阻，其特征在于信號預(yù)處理電路輸入端連接電壓互感器和電流互感器，用于測量電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)電流。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓開關(guān)設(shè)備電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)通用伺服控制平臺裝置，其特征在于所述的主回路包括三相全波整流器、充電限流電阻、儲能濾波電容、功率驅(qū)動(dòng)電路和分壓 電阻，其中三相全波整流器的兩極分別串連儲能濾波電容、充電限流電阻和功率驅(qū)動(dòng)電路， 分壓電阻一端連接功率驅(qū)動(dòng)電路，另一端接地。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓開關(guān)設(shè)備電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)通用伺服控制平臺裝置，其特征在 于所述的控制回路包括DSP芯片、檢測模塊，信號預(yù)處理電路，電壓監(jiān)測電路，通訊模塊和 隔離驅(qū)動(dòng)電路，檢測模塊包括速度檢測電路，電流檢測電路和溫度檢測電路，通訊模塊包括 電平轉(zhuǎn)換芯片、轉(zhuǎn)接橋設(shè)備和上位機(jī)，其中DSP芯片分別連接速度檢測電路、信號預(yù)處理電 路、隔離驅(qū)動(dòng)電路、電壓監(jiān)測電路和電平轉(zhuǎn)換芯片，電平轉(zhuǎn)換芯片連接轉(zhuǎn)接橋設(shè)備，轉(zhuǎn)接橋 設(shè)備連接上位^L。
4、 權(quán)利要求1所述的高壓開關(guān)設(shè)備電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)通用伺服控制平臺裝置的控制方法，其 特征在于在DSP芯片中按如下方法迸行步驟一、系統(tǒng)初始化，進(jìn)行系統(tǒng)自檢； 步驟二、采集電網(wǎng)的數(shù)據(jù)、顯示在上位機(jī)上； 步驟三、斷路器接到分、合閘命令； 步驟四、開始調(diào)用伺服控制子程序； 步驟五、中斷入口； 步驟六、現(xiàn)場保存；步驟七、調(diào)用不同狀態(tài)下最優(yōu)觸頭速度子程序；步驟八、調(diào)用電機(jī)伺服控制程序；步驟九、判斷斷路器是否拒分，如果是，則記錄故障狀態(tài)，如果否，則執(zhí)行步驟十；步驟十、存儲正常開關(guān)記錄；步驟十一、現(xiàn)場恢復(fù)；步驟十二、調(diào)用伺服控制子程序結(jié)束；歩驟十三、向上位機(jī)發(fā)出分、合閘完畢信息；步驟十四、返回。
5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓開關(guān)設(shè)備電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)通用伺服控制平臺裝置的控制方法， 其特征在于所述的步驟七中最優(yōu)觸頭速度子程序按如下步驟進(jìn)行 步驟一、開始；步驟二、電流、電壓數(shù)據(jù)采樣；步驟三、計(jì)算有效值；步驟四、識別斷路器的工作狀態(tài)；步驟五、確定斷路器分合間觸頭最優(yōu)速度曲線；步驟六、返回。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種高壓開關(guān)設(shè)備電機(jī)操動(dòng)機(jī)構(gòu)通用伺服控制平臺裝置及控制方法，包括操動(dòng)機(jī)構(gòu)、主回路和控制回路，其中在控制回路中信號預(yù)處理電路輸入端連接電壓互感器和電流互感器，用于測量電網(wǎng)電壓和電網(wǎng)電流。該裝置的控制方法為通過電網(wǎng)采集的電壓和電流值，計(jì)算最優(yōu)觸頭速度，控制觸頭動(dòng)作。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)運(yùn)用電網(wǎng)電壓和電流值在DSP芯片中計(jì)算出最優(yōu)速度曲線，在調(diào)控開關(guān)分合閘速度時(shí)與最優(yōu)速度曲線進(jìn)行比較，調(diào)整分合閘速度，使開關(guān)的沖擊力小、速度最優(yōu)、減少電弧產(chǎn)生、機(jī)械磨損小，開關(guān)效果好，并且節(jié)省電能。同時(shí)在本發(fā)明的操動(dòng)平臺上可以多種操動(dòng)機(jī)構(gòu)想和替換，節(jié)約制作成本，操作簡單，節(jié)省人力和物力。
文檔編號H01H3/26GK101515781SQ200910010949
公開日2009年8月26日 申請日期2009年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月31日
發(fā)明者徐建源, 莘 林, 王曉宇 申請人:沈陽工業(yè)大學(xué)