推理控制的CVCF交流電源

摘要：介紹一種推理控制的交流穩頻穩壓電源的結構及工作原理，對該電源的抗干擾性能作了較詳細的分析。由于采用了推理控制技術，使得該電源的抗干擾性能明顯優于一般穩頻穩壓電源。

關鍵詞：穩壓穩頻推理控制干擾抑制

CVCF Power Supply by Inferential Control

Abstract: This paper introduces the construction and the principle of CVCF power supply which is controlled by inferential controller,analyzes the properties of eliminating disturbance in the power supply.The power supply is good than the common CVCF for eliminating disurbance.

Keywords:CVCF， Inferential control， Eliminating disturbance

中圖法分類號：TN86文獻標識碼：A文章編號：0219?2713(2000)12－618－03

　　1推理控制的CVCF電源的硬件構成

推理控制的CVCF電源系統構成如圖1所示，控制電路見圖2。

系統采用8031作為CPU，外擴8K的EPROM2764，用于存放監控程序、推理控制、鍵控及顯示程序。擴展一片DAC0832，以便輸出階梯正弦波，其片選信號CS接74LS138的Y0口,選通地址為＃1FFFH。DAC0832按單緩沖工作方式，使輸入寄存器處于鎖存狀態，ILE接＋5V，WR1接CPU的寫信號WR，DAC寄存器處于不鎖存狀態，所以將WR2和XFER直接接地，DAC0832接成單極性輸出，參考電壓為＋5V，輸出0～5V的電壓。擴展一片ADC0809，實現對整流后的直流電壓進行采樣的功能，8031的WR和74LS138的Y1口經一個或非門接ADC0809的STAR和ALE端，來控制ADC0809的啟動和地址鎖存。8031的RD和74LS138的1口經或非門接ADC0809的OE端，控制信號的輸出。ADC0809的CLK由8031的ALE上信號經過2分頻以后提供，EOC經反向器作8031的INT1中斷請求輸入線，要求CPU從P0上讀取A/D轉換后的數字量。ADC0809的IN0和采樣保持器LF198的輸出端相連，故IN0上輸入的0～15V范圍的模擬電壓經A/D轉換后，可由8031通過程序從P0口輸入到內部RAM單元。

圖1推理控制的CVCF系統原理圖

圖2推理控制的CVCF電源控制電路圖

擴展一片8279，作為擴展的I/O口，接8個LED，以完成顯示目標頻率、目標電壓和反饋電壓的功能。8個LED接成共陽極。8279和8031的連接無特殊要求，除數據線P0口、WR、RD可直接連接外，CS由74LS138的Y2口進行片選。時鐘由ALE提供，A0接8031的P2.0口，中斷請求IRQ經反向器與8031的INT0相連。

8279同時擴展鍵盤的接口，實現運行、停止、清零、復位功能鍵的控制。規定掃描線（SL0－SL1）為列線，在此以連接74LS138的輸出T0和T1為列線，實現2＊8的鍵盤功能。回復線（RL0－RL7）為行線。

由8031的P2.5、P2.6、P2.7口經74LS138進行地址譯碼，各擴展芯片的地址由此確定。

2系統軟件設計

應用軟件分為四大部分：振蕩部分、采樣部分、調幅部分、通信部分。為了防止嚴重干擾時“飛”程序，在每個程序之間安放軟陷阱，即在各個子程序之間放入幾條NOP指令。這樣，發現異常時，可強制從頭執行。

在軟件設計中采用模塊化子程序結構，其主程序和推理控制子程序的流程結構見圖3。

（1）振蕩器子程序

　　該程序模塊要求得到一個頻率可調的高頻率穩定度的階梯正弦波。要求頻率可調范圍為45Hz～65Hz，精度要求為0.1Hz。

在振蕩程序中，采用8031的T1定時方法，因為T1工作方式不占用CPU時間。在整個單片機運行期間，振蕩部分的定時是自始至終的，故采用T1定時方式2（可以自動重新裝入的8位定時器/計數器）進行定時，在不占用CPU的時間里，CPU可以處理其它程序和任務。

圖3程序流程圖

將一個正弦波周期分為正半周和負半周兩部分，半波時間為1/（2f），將這半波時間分成90份，則定時時間為t=1/（180f）,代入T=28－t·fo/12的T1初值計算公式(式中fo為晶振頻率)，得出定時時間常數，可將45Hz～65Hz的定時時間都算出來并列成表格（如表1所示），設置一個查表程序，在輸出不同頻率時從表上調取不同的T值。

表1定時時間常數表

表2正弦波數據表

T1定時時間到，則調用振蕩器子程序，由DAC0832輸出正弦波，正弦波的產生也是通過查表得到，將半波分成90份，即每2度為一個階梯，用MATLAB編一小程序將所需數列成表格，每隔時間t查表一次，當查表90次后，通過DAC0832的輸出可得出一個半波，再通過反向器疊加后得一正弦波。各階梯值對應的角度、輸出電壓及輸入數字量如表2所示。

圖4階梯正弦波形圖

圖5推理控制的CVCF系統結構圖

此表所得階梯正弦波如圖4所示。這樣可得到頻率穩定度高的階梯正弦波。

（2）推理控制子程序及算法

離散化推理控制的基本思想是，當系統的采樣頻率足夠高時，采樣系統的特性接近于連續變化的模擬系統，因而可以忽略采樣開關和保持器，將整個系統看成是連續變化的模擬系統，從而用s域的方法校正裝置D（s）。再使用s域到z域的離散化方法求得離散傳遞函數D（z）。設計的實質是將一個模擬調節器離散化，用數字控制器取代模擬調節器。設計的基本步驟是，根據已有的連續模型，按連續系統理論設計模擬調節器，然后按照一定的對應關系將模擬調節器離散化，得到等價的數字控制器，從而確定計算機的算法。　　首先將離散化令K1=250,

T1=0.015再將離散化

　　得308Uk(k)=490Uk(k－1)－185Uk(k－2)

＋19Ue(k)－5Ue(k－1)

又Uk(k)=Ur－[Uf(k)－Uc(k)]

　　∴2Ua(k)=Ua(k－1)＋250Uk(k－1)(1)

Ue(k)=Ur－[Uf(k)－Ua(k)](2)

　　308Uk(k)=490Uk(k－1)－185Uk(k－2)

＋19Ue(k)－15Ue(k－1)(3)

當根據（1）、（2）、（3）可得推理控制的輸出

　　令K1=2,K2=1,K3=250,K4=308,K5=490,K6=185,K7=19,K8=15

∴K1Ua(k)=K2Ua(k－1)＋250Uk(k－1)(1)

Ue(k)=Ur－[Uf(k)－Ua(k)](2)

K4Uk(k)=K5Uk(k－1)－K6Uk(k－2)

＋K7Ue(k)－K8Ue(k－1)(3)

3推理控制的CVCF抗擾性能分析

推理控制的CVCF是一個輸出可測、而擾動不可測的系統，設電源的輸出為Y（s），輸入為R（s），擾動為D（s），此時的電源不需要二次輸出和估計器，只需一個估計模型，推理控制的CVCF系統結構如圖5所示。

此時的系統輸出為推理控制器Gi(s)=Gf(s)/Gp(s),當Gp(s)=Gp(s)時，系統輸出為

Y（s）=Gf(s)R(s)＋[1－Gf(s)]B(s)D(s)

當Gp(s)≠Gp(s）時，系統的輸出為當濾波器的穩態增益為1時，在給定的階躍擾動下，系統的主要輸出Y（s）=R（s）；在階躍擾動不可測的情況下，系統的主要輸出穩態偏差為Y（0）=0。

可見，系統具有非常好的性能，不管模型有何種誤差，系統的主要輸出總是穩態無偏差的，而且控制系統的可調參數很少。