專利名稱：便攜式燃油發(fā)電機控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種小型發(fā)電機組控制技術，尤其涉及一種便攜式燃油發(fā)電機控制方法。
背景技術：
現有的便攜式燃油發(fā)電機組，為了使發(fā)電機組的輸出電壓、電流穩(wěn)定，需要對發(fā)電機組的輸出電壓、電流進行采樣和處理，根據處理結果調整發(fā)電機組的工況(即調整發(fā)動機轉速)及逆變器的調節(jié)參數(即調整輸出電壓)，使發(fā)電機組的輸出電壓穩(wěn)定以及使發(fā)電機組的工況經濟合理；這類發(fā)電機組一般用16位或32位的MCU或DSP來實現對采樣數據進行計算和處理(一般未采用8位的單片機，因8位單片機的處理能力明顯不足)，16位或32 位的MCU或DSP雖然處理能力強大，但是其引腳多，不易安裝和維修，且價格高，提高了制造成本，而且器件的處理能力冗余度大，若直接換用處理能力較低的8位單片機，8位單片機的處理能力又不能滿足需求。
發(fā)明內容
針對背景技術中的問題，本發(fā)明提出了一種便攜式燃油發(fā)電機控制方法，通過對控制方法的改進，使2片低處理能力的8位單片機就能完成現有技術中需要16位或32位的單片機才能完成的任務，其具體方案為包括原動機、永磁發(fā)電機、步進電機、第一單片機、 第二單片機、PWM逆變模塊、LC濾波器；第一單片機內預置有電流 轉速對應表，第二單片機內預設有電流 目標電壓累加值表；
裝置運行過程為原動機驅動永磁發(fā)電機轉動，永磁發(fā)電機輸出的電能經整流后傳輸到PWM逆變模塊進行PWM逆變(S卩DC-AC變換)，然后經LC濾波還原成正弦交流電壓后輸出到負載；
由第一單片機完成的操作有
1)對PWM逆變模塊的輸出電流全波整流后進行周期平均值采樣，得到采樣電流A ；本文所指“周期平均值采樣”其含義為在一個正弦周期內，對全波整流信號進行多點(2的N 次方倍)均勻間隔的AD采樣和轉換，將采樣結果累加，然后在正弦周期結束時計算平均值， 由于采樣的點數為2的N次方倍，計算平均值時只要將采樣累加結果數據右移N位即得到周期平均值。避免了復雜的計算，使8位單片機能夠完成。2 )將采樣電流A與電流 轉速對應表進行比對，得到發(fā)電機在采樣電流A條件下應達到的目標轉速；
3)同時，對發(fā)電機的當前轉速進行采樣，得到實際轉速；
4)計算目標轉速與實際轉速的差值，進行PID計算，根據PID計算結果，向步進電機輸出控制信號，步進電機根據控制信號調整原動機的化油器開度；在化油器開度作用下，原動機轉速發(fā)生變化，發(fā)電機轉速也發(fā)生相應的變化；
5)重復步驟1)至5);由第二單片機完成的操作有
a.對LC濾波器的輸出電壓在一個正弦周期內的全波整流電壓進行均勻間隔的多次AD 采樣，將一個正弦周期內的采樣結果進行累加，得到采樣電壓累加值；對LC濾波器的輸出電流全波整流進行周期平均值采樣，得到采樣電流B ；
b.根據采樣電流B查目標電壓累加值表得出對應的目標電壓累加值，計算采樣電壓累加值與目標電壓累加值的差值，根據差值計算下一周期的PWM調制度，得到新的PWM調制度；
c.在下一正弦周期，根據新的PWM調制度向PWM逆變模塊輸出PWM控制信號；
d.在LC濾波器的正弦輸出波形為零度時，檢查PCB板上檢測PCB板溫度的IC是否有超溫信號輸入，在LC濾波器的正弦輸出波形為180度時，檢查PWM逆變模塊的輸入直流電壓是否有過壓或欠壓，當出現前述的超溫、過壓或欠壓的情況時，關閉PWM逆變模塊；
e.重復步驟a至e；
第一單片機和第二單片機均為8位單片機。本發(fā)明的有益技術效果是通過對控制方法的簡化，使8位單片機就能負擔16位或32位單片機才能負擔的工作，同時，8位單片具有成本低廉、引腳數量少的優(yōu)勢，既降低了制作成本，又簡化了安裝維修操作，基本上使8位單片的處理能力得到了最大化的使用。
圖1、本發(fā)明的原理框圖； 圖2、本發(fā)明的硬件電氣原理圖。
具體實施例方式本發(fā)明的硬件部分包括原動機1、永磁發(fā)電機2、步進電機3、第一單片機5、第二單片機6、PWM逆變模塊7、LC濾波器8 (其中還涉及整流電路、采樣電路、信號放大電路等常規(guī)電路，因其與本發(fā)明改進部分相關性不大，故未作敘述)；
其中，第一單片機5內預置有電流 轉速對應表，該表由實驗數據整理得到，不同型號的原動機1和永磁發(fā)電機2可以使用不同的電流 轉速對應表，通過此表，將原本需要經過復雜的中間變量(如輸出功率因數、負載功率、整流系統輸出電壓、整流系統可控硅導通角等)計算才能得到理論轉速的計算操作(現有技術中，一般根據采樣數據先計算出中間變量，再根據中間變量求得最終的合理理論轉速，然后根據理論轉速對電機轉速進行調節(jié))， 簡化為只需要根據采樣電流值查找對應目標轉速的查表操作，極大地簡化了單片機的計算過程，這也是本發(fā)明的低性能8位單片機可以負擔高性能的16位或32位單片機的工作的原因之一。電流 轉速對應表的優(yōu)選實施例為 實施例1
采樣電流達到額定輸出電流的100%及以上范圍時，對應的轉速為4600轉/分鐘； 采樣電流達到額定輸出電流的1009^90%范圍時，對應的轉速為4600轉/分鐘； 采樣電流達到額定輸出電流的90% 20%范圍時，對應的轉速為在4600轉/分鐘 3200 轉/分鐘范圍內，隨采樣電流值降低而等比例下降；采樣電流達到額定輸出電流的20%及以下范圍時，對應的轉速為3200轉/分鐘； 實施例2
采樣電流達到額定輸出電流的100%及以上范圍時，對應的轉速為4800轉/分鐘； 采樣電流達到額定輸出電流的1009^80%范圍時，對應的轉速為在4800轉/分鐘 4500轉/分鐘范圍內，隨采樣電流值降低而等比例下降；
采樣電流達到額定輸出電流的809Γ10%范圍時，對應的轉速為在4500轉/分鐘 3200 轉/分鐘范圍內，隨采樣電流值降低而等比例下降；
采樣電流達到額定輸出電流的10%及以下范圍時，3200轉/分鐘第二單片機6內預設有電流 目標電壓累加值表，該電流 目標電壓累加值表中的任一目標電壓累加值，為相應負載電流下我們期望輸出的穩(wěn)定電壓，在一個正弦周期內的全波電壓波形的多個AD采樣值(其采樣數量與后面實際運行中的采樣數量相同)的理論累加值，同樣地，這里單片機所要完成的任務也得到了簡化，其簡化方式是這樣實現地現有技術中，需要對電壓和電流采樣結果進行均方根計算，并將其換算為對應的電壓值和電流值， 而要快速高效地完成數據采樣和均方根計算，是8位單片機所遠遠不能承擔的；客觀上，在不同負載條件下，我們期望輸出的交流電壓值(即目標電壓)有一最佳電流值與之對應，本發(fā)明將目標電壓逆推為(也即往回換算)電壓累加值狀態(tài)，同理，將最佳電流值也逆推為對應的電流平均值狀態(tài)，實質上就是將需要由處理裝置在運行過程中高速完成的均方根計算及其他過程，由制作電流 目標電壓累加值表的過程來替代，從而大大簡化了單片機所要完成的工作，使8位單片機就可負擔高性能芯片才能負擔的任務。電流 目標電壓累加值表的優(yōu)選實施例為
采樣電流達到額定輸出電流的10%及以下時，對應的目標電壓累加值為11500 ； 采樣電流達到額定輸出電流的109Γ110%范圍內時，對應的目標電壓累加值為 11500^11000 ；
采樣電流達到額定輸出電流的1109Γ130%范圍內時，對應的目標電壓累加值為 11000^10000 ；
采樣電流達到額定輸出電流的130%及以上范圍時，對應的目標電壓累加值為8000 ； 參見專利號為02100920. 1的專利文獻，該專利所公開的方案中，為了實現其發(fā)明目的，處理裝置需要完成對多個中間變量的采集和計算，才能得到最終的調節(jié)值，由于這些多變量的采集和處理需要，須要功能較為強大的處理裝置才能高效快速地完成計算及處理； 而本發(fā)明與前述專利相比，本發(fā)明通過在實驗中得到原動機和永磁電機的特性參數，并將特性參數固化為電流 轉速對應表，使處理裝置僅需通過查表就可得到轉速目標值，從而達到改善發(fā)電機運行工況的目的，由于本發(fā)明省略了多變量的采集和處理步驟，使得低性能的8位單片機即可完成預定的工作，并且達到與現有的采用高性能處理裝置的系統基本一致的工作效果。針對不同型號的原動機1和永磁發(fā)電機2，可以對電流 轉速對應表作適當調整，以適應不同型號的裝置的參數特性。參見專利號為200910140373.8的專利文獻，該專利所公開的方案中，為了實現其發(fā)明目的，需要采集輸出電壓和輸出電流，根據采集到的數據進行功率因數計算，根據功率因數計算結果來調節(jié)轉速，同樣地，該專利的處理裝置也需要進行相對復雜的計算。發(fā)電機組運行的基本過程為原動機1驅動永磁發(fā)電機2轉動，永磁發(fā)電機2輸出的電能經整流后傳輸到PWM逆變模塊7進行PWM逆變，然后經LC濾波后輸出到負載； 在發(fā)電機組運行過程中，由第一單片機5完成的操作有 1)對LC濾波器8的輸出電流全波整流后進行周期平均值采樣，得到采樣電流A ； 2 )將采樣電流A與電流 轉速對應表進行比對，得到發(fā)電機2在采樣電流A條件下應達到的目標轉速；
3)同時，對發(fā)電機2的當前轉速進行采樣，得到實際轉速；
4)計算目標轉速與實際轉速的差值，進行PID計算，根據PID計算結果，向步進電機3 輸出控制信號，步進電機3根據控制信號調整原動機1的化油器開度；在化油器開度作用下，原動機1轉速發(fā)生變化，發(fā)電機2轉速也發(fā)生相應的變化；
5)重復步驟1)至5); 由第二單片機6完成的操作有
a.對LC濾波器8的輸出電壓在一個正弦周期內的全波整流電壓進行均勻間隔的多次 AD采樣，將一個正弦周期內的采樣結果進行累加，得到采樣電壓累加值；對LC濾波器8的輸出電流全波整流后進行周期平均值采樣，得到采樣電流B ；
b.根據采樣電流B查目標電壓累加值表得出對應的目標電壓累加值，計算采樣電壓累加值與目標電壓累加值的差值，根據差值計算下一周期的PWM調制度，得到新的PWM調制度；
c.在下一正弦周期，根據新的PWM調制度向PWM逆變模塊7輸出P麗控制信號；
d.在LC濾波器8的正弦輸出波形為零度時，檢查PCB板上檢測PCB板溫度的IC是否有超溫信號輸入，在LC濾波器8的正弦輸出波形為180度時，檢查PWM逆變模塊7的輸入直流電壓是否過壓或欠壓，當出現前述的超溫、過壓或欠壓的情況時，關閉PWM逆變模塊7 ；
e.重復步驟a至e；
第一單片機5和第二單片機6均為8位單片機。第一單片機5和第二單片機6相互獨立，各自完成自己的工作，使發(fā)電機組工況經濟合理同時輸出平穩(wěn)精確的電壓。其中第一單片機5可采用PIC16F616型芯片、第二單片機6可采用PIC18F1330型芯片。參見圖2，本發(fā)明的完整電氣結構如圖所示，圖中三相整流電路A、IGBT逆變橋B、 IGBT驅動電路C、電壓采樣電路E、整流電路F、工作指示燈G、過流檢測信號H、溫度檢測電路I、過/欠壓檢測電路J、轉速脈沖整形電路K、脈沖電流放大電路L、低壓電源M、永磁電機輸出N、尖峰吸收電路0、負載端P。系統的一個完整工作流程為
整流電路F將負載電流轉換成全波波形，第一單片機5對整流電路F送來的負載電流全波信號進行AD轉換，在一個正弦周期內得到周期平均電流，然后查表得到對應的目標轉速；同時，第一單片機還采集轉速脈沖整形電路K送來的轉速信號，得到實際的轉速，然后計算實際轉速與目標轉速的差值，經過PID計算后生成步進電機驅動信號。第一單片機輸出的步進電機驅動信號被脈沖電流放大電路L放大后連接到步進電機使步進電機轉動，步進電機聯動的化油器改變開度使得原動機轉速發(fā)生變化，最終使得實際轉速接近或等于目標轉速。三相整流電路A將來自于永磁發(fā)電機的輸入電壓整流成穩(wěn)定的直流電壓提供給IGBT逆變橋B，三相整流電路A連接的尖峰吸收電路0負責吸收整流輸入端的尖峰脈沖。整流電路F將負載電流轉換成全波電流波形，電壓采樣電路E將輸出交流電壓降壓并轉換成全波電壓波形，第二單片機6在一個正弦周期內對全波電壓進行均勻間隔的多次AD采樣， 并對采樣結果進行累加，得到采樣電壓累加值；同一個正弦周期內對全波電流進行均勻間隔的多次AD采樣并平均，得到全波周期平均值采樣電流。第二單片機6根據全波周期平均值采樣電流查表得到目標電壓累加值，把目標累加值與采樣電壓累加值相減，其結果用來確定PWM調制度。在正弦波的下一周期執(zhí)行新的調制度，改變脈沖占空比后的PWM信號經 IGBT驅動電路C后驅動IGBT逆變橋B，最后經過LC濾波器8得到需要的正弦交流電壓輸出。第二單片機6還在正弦輸出波形零度時檢查位于PCB板上的溫度檢測電路I是否有超溫信號，在180度時通過過/欠壓檢測電路J去檢查三相整流電路A的輸出直流電壓(也是 IGBT逆變橋B的輸入直流電壓)是否超過上限和下限，在任何時候都監(jiān)視IGBT驅動電路C 是否輸出過流檢測信號H，在有以上超溫、過壓、欠壓、過流異常信號時關閉PWM信號使IGBT 逆變橋停止工作。第二單片機6還通過工作指示燈G指示其工作狀態(tài)。
權利要求
1. 一種便攜式燃油發(fā)電機控制方法，其特征在于包括原動機(1)、永磁發(fā)電機(2)、步進電機(3)、第一單片機(5)、第二單片機(6)、PWM逆變模塊(7)、LC濾波器(8);第一單片機 (5)內預置有電流 轉速對應表，第二單片機(6)內預置有電流 目標電壓累加值表；裝置運行過程為原動機(1)驅動永磁發(fā)電機(2 )轉動，永磁發(fā)電機(2 )輸出的電能經整流后傳輸到PWM逆變模塊(7)進行PWM逆變，然后經LC濾波器(8)還原成正弦交流電壓后輸出到負載；由第一單片機(5)完成的操作有1)對LC濾波器(8)的輸出電流全波整流后進行周期平均值采樣，得到采樣電流A；2)將采樣電流A與電流 轉速對應表進行比對，得到發(fā)電機(2)在采樣電流A條件下應達到的目標轉速；3)對發(fā)電機(2 )的當前轉速進行采樣，得到實際轉速；4)計算目標轉速與實際轉速的差值，進行PID計算，根據PID計算結果，向步進電機(3) 輸出控制信號，步進電機(3)根據控制信號調整原動機(1)的化油器開度；在化油器開度作用下，原動機(1)轉速發(fā)生變化，發(fā)電機(2 )轉速也發(fā)生相應的變化；5)重復步驟1)至5);由第二單片機(6)完成的操作有a.對LC濾波器(8)的輸出電壓在一個正弦周期內的全波整流電壓進行均勻間隔的多次AD采樣，將一個正弦周期內的采樣結果進行累加，得到采樣電壓累加值；對LC濾波器 (8)的輸出電流全波整流后進行全波周期平均值采樣，得到采樣電流B ；b.根據采樣電流B查電流 目標電壓累加值表得出對應的目標電壓累加值，計算采樣電壓累加值與目標電壓累加值的差值，根據差值計算下一周期的PWM調制度，得到新的PWM 調制度；c.在下一正弦周期，根據新的PWM調制度向PWM逆變模塊(7)輸出PWM控制信號；d.在LC濾波器(8)的正弦輸出波形為零度時，檢查PCB板上檢測PCB板溫度的IC是否有超溫信號輸入，在LC濾波器(8)的正弦輸出波形為180度時，檢查PWM逆變模塊(7)的輸入直流電壓是否過壓或欠壓，當出現前述的超溫、過壓或欠壓的情況時，關閉PWM逆變模塊⑴；e.重復步驟a至e；第一單片機(5)和第二單片機(6)均為8位單片機。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種便攜式燃油發(fā)電機控制方法，包括原動機、永磁發(fā)電機、步進電機、第一單片機、第二單片機、PWM逆變模塊、LC濾波器；第一單片機內預置有電流~轉速對應表，第二單片機內預置有電流~目標電壓累加值表，本發(fā)明將需要單片機進行復雜計算的計算操作轉化為簡單的查表操作，使低性能的8位單片機就能負擔現有技術需要16位以上的單片機才能完成的工作。
文檔編號H02P9/04GK102324886SQ201110232000
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月15日 優(yōu)先權日2011年8月15日
發(fā)明者龔治俊 申請人:重慶瑜欣平瑞電子有限公司