基于單片機的智能大功率直流電源設(shè)計

（2）改進的數(shù)字PI算法

　　標準PI算法一般不能滿足現(xiàn)場要求，比如在開機、停機或大幅度改變設(shè)定值時，短時間內(nèi)系統(tǒng)偏差變化劇烈，容易造成較大的積分積累∑（Ek），使得控制輸出急劇變化，系統(tǒng)超調(diào)嚴重，動態(tài)性能惡化。

　　為防止這一現(xiàn)象發(fā)生，常用積分分離法、超限削弱積分法和有效偏差法對標準PI算法進行改進，這在隨動系統(tǒng)設(shè)計中較為常見。

　　由于本系統(tǒng)屬于恒值控制系統(tǒng)，要求有軟起和軟停功能，利用上述改進算法已不能滿足要求。為此，采用一種新的恒偏差算法。

　　恒偏差法和有效偏差法相類似。有效偏差法又叫逆算法。即當控制量Uk越限時，Uk取邊界值Umax或Umin.由該邊界值逆算出偏差值Ek'代替原來的偏差值Ek.然而，在恒偏差法中，是用經(jīng)過衰減后的Ek'去代替Ek.系統(tǒng)在階躍響應時，實際工作在過阻尼狀態(tài)，從而減緩了在起、停時對主電路器件的沖擊。圖3示出兩種算法的階躍輸入響應曲線。其中曲線（a）標準PI算法響應曲線、曲線（b）恒偏差法響應曲線。

圖3 系統(tǒng)階躍響應曲線

　　（3）PI參數(shù)的整定

　　①采樣周期T

　　由于主電路輸出濾波網(wǎng)絡(luò)決定了系統(tǒng)輸出紋波的最大截止頻率f,所以根據(jù)香農(nóng)（Snon）定理可以決定采樣頻率的上限f1 =2f 工程上一般取f1=10f.

　　由于主電路參數(shù)已知，可求得：

　　其下限T2由8098軟件執(zhí)行時間決定。若采用12M晶振，平均每條語句執(zhí)行時間為2us,程序運行大概需要500條語句，那么T2=1ms.所以：

1ms≤ T≤6ms

　　最終可通過現(xiàn)場調(diào)試來選擇了1的大小。

　　② 比例因子Kp及積分時間常數(shù)Ti工程上常用臨界比例度法，對常數(shù)Kp和Ti進行整定。即在閉環(huán)條件下，先暫時去掉積分作用，逐漸增大比例增益，直到閉環(huán)系統(tǒng)達到臨界穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)生持續(xù)振蕩為止。記下此時的臨界增益Ku和振蕩周期Tu ,通過查表得到Kp=和Ti的近似值，然后由整機調(diào)試進行修正。

　　本系統(tǒng)穩(wěn)壓閉環(huán)實驗測定結(jié)果為：Ku =6,Tu=12.0ms.

　　查表可得：Kp=0.45 x Ku=2.7、Ti=Tu÷1.2=10ms.

　　通過整機調(diào)試，可得出遞推公式中參數(shù)A 、B的值為：A=3、B=2.

　　（4）算法

　　為簡化程序設(shè)計，在進行8098軟件編程時，采用無符號數(shù)算法。

　　3）穩(wěn)流方式（I）

　　穩(wěn)流方式又稱強充方式，系統(tǒng)作電流源閉環(huán)運行，原理同上，不同的是積分時間常數(shù)要小一些，調(diào)節(jié)速度較快。

　　實驗數(shù)據(jù)如下：Tu=6.0ms,Ti=5ms、A=4,B=2.

　　4）穩(wěn)壓穩(wěn)流自動轉(zhuǎn)換（V/I）

　　當電池虧電時，系統(tǒng)以強充方式工作，電池電壓逐漸升高。當超過設(shè)定值時，改為浮充方式。

　　即系統(tǒng)能根據(jù)負載情況自動選擇充電模式。圖4示出典型的二階段充電曲線。

圖4 蓄電池二階段充電曲線

5）工作方式記憶（M1.M2）

　　系統(tǒng)可存儲兩組常用數(shù)據(jù)，即工作方式、電壓電流給定值、穩(wěn)壓穩(wěn)流轉(zhuǎn)換值、過壓過流值。

　　掉電時還能保護當前的工作記錄。

　　6）軟起、軟停方式（SS）

　　按下該鍵，系統(tǒng)工作在軟停方式。觸發(fā)板將控制脈沖相位拉至最大，然后封鎖脈沖輸出。該鍵彈起，為軟起方式。控制輸出由最小慢慢升至給定值。

　　7）電池檢測方式（TEST）

　　系統(tǒng)能循環(huán)檢測電池電壓，由數(shù)碼管進行顯示，也可通過串行口打印輸出，并有報警提示。