汽油發(fā)電機(jī)組是某型雷達(dá)的配套設(shè)備。由于機(jī)組工作時(shí)的強(qiáng)烈振動(dòng)易使電位器調(diào)定位置改變，引起保護(hù)電路的基準(zhǔn)發(fā)生變化，使機(jī)組不能正常工作。

　　現(xiàn)代電子產(chǎn)品中越來越多地采用數(shù)字電路和計(jì)算機(jī)程序控制。數(shù)字電路的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾能力強(qiáng)、工作穩(wěn)定，可有效避免因元器件參數(shù)變化造成的設(shè)備性能下降。采用計(jì)算機(jī)程序控制后，可以將必要的參數(shù)固化在程序中或存儲(chǔ)在非易失性存儲(chǔ)器中，從根本上解決了因設(shè)置基準(zhǔn)變化造成的工作異常。因此，針對某型汽油發(fā)電機(jī)組在使用中發(fā)現(xiàn)的問題，提出了采用數(shù)字電路和計(jì)算機(jī)程序控制對機(jī)組控制保護(hù)電路進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

　　1 設(shè)計(jì)分析

　　1.1 控制保護(hù)電路原理框圖

　　某型汽油發(fā)電機(jī)組控制保護(hù)電路原理框圖如圖1所示，PWM控制時(shí)序如圖2所示。

　　圖1 控制保護(hù)電路原理框圖

　　圖2 PWM控制時(shí)序

　　1.2 控制保護(hù)過程分析

　　(1)輸出電壓設(shè)置。

　　圖2中基準(zhǔn)電壓為箝位電壓。如圖2所示，當(dāng)調(diào)節(jié)電壓設(shè)置電位器使設(shè)置電壓上升或下降時(shí)，控制比較器輸出脈沖將變寬或變窄，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組導(dǎo)通時(shí)間隨之變化，發(fā)電機(jī)輸出電壓也將按比例上升或下降，直至到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)。

　　(2)輸出電壓穩(wěn)定。

　　發(fā)電機(jī)輸出電壓，經(jīng)電壓互感器取樣后反饋到控制比較器。當(dāng)設(shè)置電壓固定且沒有負(fù)載變化引起輸出電壓變化時(shí)，控制比較器將輸出寬度固定的脈沖控制激勵(lì)管和功率管接通勵(lì)磁繞組。由于勵(lì)磁繞組導(dǎo)通時(shí)間固定，輸出電壓處于一個(gè)穩(wěn)定值。

　　再如圖2所示，當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出電壓發(fā)生變化時(shí)，由于基準(zhǔn)電壓與設(shè)置電壓不變，控制比較器將調(diào)整輸出脈沖寬度，最終將使輸出電壓重新穩(wěn)定在設(shè)置值上。

　　(3)輸出保護(hù)。

　　發(fā)電機(jī)輸出電壓與輸出電流，經(jīng)電壓互感器和電流互感器取樣后接入到保護(hù)比較器。當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出電壓高于預(yù)置的輸出電壓上限或低于預(yù)置的輸出電壓下限、輸出電流大于預(yù)置的輸出電流上限時(shí)，保護(hù)比較器的輸出強(qiáng)行使激勵(lì)管截止，控制比較器輸出信號無效，勵(lì)磁繞組導(dǎo)通控制功率管無輸入激勵(lì)信號也處于截止?fàn)顟B(tài)，使勵(lì)磁繞組無勵(lì)磁電流，發(fā)電機(jī)停止輸出。

　　1.3 自動(dòng)控制原理分析

　　綜上所述，某型汽油發(fā)電機(jī)組控制保護(hù)電路，是一個(gè)典型的一階閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。由于在控制比較器輸入端引入了主要由負(fù)載變化引起的輸出擾動(dòng)，所以是一個(gè)基于擾動(dòng)補(bǔ)償?shù)囊浑A復(fù)合閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)組控制保護(hù)電路自動(dòng)控制原理框圖，如圖3所示。

　　圖3 機(jī)組自動(dòng)控制原理框圖

　　圖中，輸入：系統(tǒng)輸入是控制面板上的(輸出調(diào)整)電位器產(chǎn)生的設(shè)置電壓Vs。輸出：系統(tǒng)輸出是機(jī)組發(fā)電機(jī)輸出電壓Vo。擾動(dòng)：系統(tǒng)擾動(dòng)包括機(jī)組發(fā)電機(jī)輸出電流變化、機(jī)組發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化、溫度變化和其他引起機(jī)組發(fā)電機(jī)輸出電壓變化的因素。其中機(jī)組發(fā)電機(jī)輸出電流，Io變化是主要外部擾動(dòng)信號。

　　2 改進(jìn)電路設(shè)計(jì)

　　改進(jìn)電路設(shè)計(jì)采用A/D變換器對設(shè)置電壓Vs、輸出電壓Vo和發(fā)電機(jī)負(fù)載I/O進(jìn)行數(shù)字量化;采用MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理;E2PROM完成參數(shù)保存。改進(jìn)的發(fā)電機(jī)組控制保護(hù)電路組成框圖，如圖4所示。

　　圖4 控制電路組成框圖

　　由于發(fā)電機(jī)組為50 Hz交流輸出，為增加控制處理次數(shù)，必須采用全波整流方式。同時(shí)，為兼顧噪聲濾除和信號滯后，應(yīng)采用較小的整流濾波電容。

　　3 程序設(shè)計(jì)

　　控制保護(hù)程序由A/D變換控制程序模塊、E2PROM讀/寫控制程序模塊、輸出保護(hù)程序模塊和PWM輸出控制程序模塊等組成。采用計(jì)算機(jī)程序控制后仍然是一個(gè)基于PWM控制模式的擾動(dòng)補(bǔ)償一階復(fù)合閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)。

　　(1)A/D變換控制程序模塊。

　　本設(shè)計(jì)采用了串行輸出A/D變換器。由MCU內(nèi)部定時(shí)器提供定時(shí)中斷，調(diào)用A/D變換控制程序模塊完成Vs、Vo和Io的數(shù)字量化。

　　(2)E2PROM讀/寫控制程序模塊和輸出保護(hù)程序模塊。

　　E2PROM讀/寫控制程序模塊讀出預(yù)置的數(shù)據(jù)，與A/D量化數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，比較結(jié)果滿足保護(hù)條件時(shí)調(diào)用輸出保護(hù)程序模塊以完成輸出保護(hù)控制。

　　(3)PWM輸出控制程序模塊。