风板控制系统
风电控制系统
2012-5-6
风力发电控制系统介绍 风电机组的基本运行过程（一）
开机自检： 开机自检：对于第一次上电需要该过程。机组自动检测电网、风况、环
境温度、机组本身状态（如：各种温度、压力油位、控制电源、安全链、维 护开关位置等在正常状态）；
待机：自检通过后，开始执行“制动解除”即松闸和“机舱对风”（当风 待机：
保定科诺伟业控制设备有限公司
内容简介
风力发电控制系统介绍 科诺KN-WTCS系列产品
风力发电控制系统介绍 风电机组类型-并网型
失速型（恒速恒频）
– 单速型 – 双速型
变速恒频
– 双馈式 – 直驱式 – 混合式
2012-5-6
风力发电控制系统介绍 失速型（恒速恒频）机组结构
2012-5-6
风力发电控制系统介绍 失速型（恒速恒频）机组特点
2012-5-6
科诺KN-WTCS系列产品 机组运行状态监测与显示
电网参数： 电网参数：电网的电压、频率 环境参数：风速，风向，环境温度 环境参数： 发电机： 发电机：三相电流，有功功率，无功功率，功率因数，发电机转速，发电机 绕组温度，发电机前/后轴承温度 叶轮： 叶轮：叶轮转速，叶轮过速 液压系统： 液压系统：液压泵工作状态，液压油位，液压系统压力 偏航系统： 偏航系统：偏航电机工作状态，左/右偏航角度，偏航闸状态（刹车/释放） 齿轮箱： 齿轮箱：齿轮油位，齿轮油压力，齿轮油过滤，齿轮油温度，齿轮油轴承温 度 制动系统： 制动系统：高速闸状态（刹车/释放）、闸磨损 机舱： 机舱：机舱温度
适配机组功率（kW） 850
额定电压(V) 电网频率 (Hz) 中心控制器 控制方式 远程控制接口
人机界面 HMI
低温防护措施 防雷保护 冷却方式 防护等级 绝缘隔离 工作温度（℃） 海拔高度（m）
永磁同步风力发电系统的组成、工作原理及控制机理
永磁同步风⼒发电系统的组成、⼯作原理及控制机理永磁同步风⼒发电系统的系统基本组成、⼯作原理、控制模式论述1.系统的基本组成：直驱式同步风⼒发电系统主要采⽤如下结构组成：风⼒机（这⾥概括为：叶⽚、轮毂、导航罩）、变桨机构、机舱、塔筒、偏航机构、永磁同步发电机、风速仪、风向标、变流器、风机总控系统等组成。
其中全功率变流器⼜可分为发电机侧整流器、直流环节和电⽹侧逆变器。
就空间位置⽽⾔，变流器和风机总控系统⼀般放在塔筒底部，其余主要部件均位于塔顶。
2.⼯作原理：系统中能量传递和转换路径为：风⼒机把捕获的流动空⽓的动能转换为机械能，直驱系统中的永磁同步发电机把风⼒机传递的机械能转换为频率和电压随风速变化⽽变化的不控电能，变流器把不控的电能转换为频率和电压与电⽹同步的可控电能并馈⼊电⽹，从⽽最终实现直驱系统的发电并⽹控制。
3.控制模式：风⼒发电机组的控制系统是综合性控制系统。
它不仅要监视电⽹、风况和机组运⾏参数，对机组运⾏进⾏控制。
⽽且还要根据风速与风向的变化，对机组进⾏优化控制，以提⾼机组的运⾏效率和发电量。
风⼒发电控制系统的基本⽬标分为三个层次：分别为保证风⼒发电机组安全可靠运⾏，获取最⼤能量，提供良好的电⼒质量。
控制系统主要包括各种传感器、变距系统、运⾏主控制器、功率输出单元、⽆功补偿单元、并⽹控制单元、安全保护单元、通讯接⼝电路、监控单元。
具体控制内容有：信号的数据采集、处理，变桨控制、转速控制、⾃动最⼤功率点跟踪控制、功率因数控制、偏航控制、⾃动解缆、并⽹和解列控制、停机制动控制、安全保护系统、就地监控、远程监控。
⼀、系统运⾏时控制：1、偏航系统控制：偏航系统的控制包括三个⽅⾯：⾃动对风、⾃动解缆和风轮保护。
1)⾃动对风正常运⾏时偏航控制系统⾃动对风，即当机舱偏离风向⼀定⾓度时，控制系统发出向左或向右调向的指令，机舱开始对风，当达到允许的误差范围内时，⾃动对风停⽌。
2)⾃动解缆当机舱向同⼀⽅向累计偏转2~3圈后，若此时风速⼩于风电机组启动风速且⽆功率输出，则停机，控制系统使机舱反⽅向旋转2~3圈解绕；若此时机组有功率输出，则暂不⾃动解绕；若机舱继续向同⼀⽅向偏转累计达3圈时，则控制停机，解绕；若因故障⾃动解绕未成功，在扭缆达4圈时，扭缆机械开关将动作，此时报告扭缆故障，⾃动停机，等待⼈⼯解缆操作。
通风方法及通风系统的组成
通风方法及通风系统的组成通风是指通过自然或人工的方法，使室内和室外之间的空气进行交流，以调节室内温度、湿度和空气质量，提供舒适的室内环境。
通风系统则是指通过设备和管道，将新鲜空气引入室内，排除废弃空气及室内各种污染物，以实现有效的通风效果。
以下将分别介绍通风方法和通风系统的组成。
一、通风方法：1.自然通风：利用自然气流的作用，通过门窗、甲板、屋顶和墙壁上的开口，使新鲜空气进入室内，同时使废弃空气和污染物排出室外。
自然通风的好处是省能源、运行成本低，但对外界环境条件和建筑物自身结构有一定要求。
2.机械通风：利用机械设备，通过风机、排风机等将室内外空气进行交换。
机械通风的特点是通风效果稳定可控，能适应不同的外界环境。
3.混合通风：将自然通风和机械通风结合起来，使新鲜空气和废弃空气进行充分混合，提高室内空气质量。
混合通风方式适用范围广，可根据具体需要进行调整。
二、通风系统的组成：通风系统是由多个组件组成，这些组件相互配合，以实现室内外空气交换和空气净化的功能。
1.送风系统：主要由送风管道、风机和送风口组成。
送风系统的作用是将新鲜空气从室外引入室内，通过风机产生的风压将空气压入送风管道，再通过送风口进入室内。
2.排风系统：主要由排风管道、排风机和排风口组成。
排风系统的作用是将废弃空气和污染物排出室外，通过排风机产生的负压将室内空气抽出，经过排风管道排放到室外。
3.空调系统：空调系统包括供冷和供热两个部分，其主要作用是调节室内温度和湿度。
在通风系统中，空调系统可用来冷却或加热送入室内的新鲜空气，以满足舒适度要求。
4.过滤器和净化装置：通风系统中的过滤器和净化装置用来清洁空气，去除空气中的微尘、细菌、病毒等有害物质。
不同的通风系统可能采用不同级别和类型的过滤器和净化装置，以适应不同的需要。
5.控制系统：控制系统是通风系统的核心，用来监测和控制室内外空气的流动和质量。
控制系统可以根据室内、室外的温度、湿度、污染物浓度等参数，自动调节送风和排风量，实现良好的通风效果。
风力发电机组控制系统
昝润鹏双馈机运行原理图•控制系统利用DSP或单片机，在正常运行状态下，主要通过对运行过程中对输入信号的采集、传输、分析，来控制风电机组的转速和功率；如发生故障或其它异常情况能自动地检测并分析确定原因，自动调整排除故障或进入保护状态•DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量信息的器件。
其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号。
再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。
它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。
它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。
•控制系统主要任务就是能自动控制风电机组依照其特性运行、故障的自动检测并根据情况采取相应的措施。
•控制系统包括控制和检测两部分，控制部分又分为手动和自动。
运行维护人员可在现场根据需要进行手动控制，自动控制应该在无人值守的条件下实施运行人员设置的控制策略，保证机组正常安全运行。
•检测部分将各种传感器采集到的数据送到控制器，经过处理作为控制参数或作为原始记录储存起来，在机组控制器的显示屏上可以查询，也要送到风电场中央控制室的电脑系统，通过网络或电信系统现场数据还能传输到业主所在城市的办公室。
•第一：低于切入风速区域。
一旦满足切入条件，控制启动风机。
•第二：切入风速到额定风速区域。
控制目标是最大风能捕获，通常将桨距角保持在某个优化值不变，通过发电机转矩控制叶轮转速，实现最佳叶尖速比。
•第三：超过额定风速区域。
通过变桨控制保持输出功率和叶轮转速恒定。
叶尖速比：叶轮的叶尖线速度与风速之比。
叶尖速比在5-15时，具有较高的风能利用系数Cp（最大值是0.593）。
通常可取6-8。
•风传感器：风速、风向；•温度传感器：空气、润滑油、发电机线圈等；•位置传感器：润滑油、刹车片厚度、偏航等；•转速传感器：叶轮、发电机等；•压力传感器：液压油压力，润滑油压力等；•特殊传感器：叶片角度、电量变送器等；•⑴控制系统保持风力发电机组安全可靠运行，同时高质量地将不断变化的风能转化为频率、电压恒定的交流电送入电网。
变风量(VAV)通风柜控制系统工作原理
通风柜面风速控制系统工作原理：1、面风速控制系统持续的监测通风柜实际排风量，根据视窗高度计算出视窗开口面积的平均面风速，当排风管道压力变化或视窗高度发生变化时，系统在≤1S的时间做出反应，及时调整风阀开度保持视窗开口面积的平均面风速稳定（符合并优于国家标准：JG/T 222-2007）。
2、不同实验状况时，可在面板上设置不同的参数。
3、系统装有人体感应器，当通风柜前有操作人员工作时面风速控制在某一设定值（0.5m/s），当通风柜前无人操作时，系统自动转换到另一设定值（如0.3m/s），延时后自动将视窗下降到最低位置，最大限度的节省运行费用。
（自适应控制）4、当通风柜门关闭后，风量阀要维持通风柜的最小排风量，1500MM通风柜为300CMH。
5、通风柜门位过高时声光报警。
6、通风柜内温度超过设定值时声光报警。
7、由于故障面使风速过高或过低时声光报警。
8、当出现异常情况时，开启紧急排放模式控制，系统将排风阀开到最大，以最大风量排风，不受面风速值的控制。
9、通风柜配有视窗自动升降功能，当通风柜前有人时，视窗自动升到设定安全高度，可设定安全高度锁定功能，此功能生效时，当视窗被人为升高超过安全高度时，自动将视窗高度降到安全高度，当通风柜前无人时，视窗自动下降到最低位置，使能耗最低，并降低噪音。
视窗自动下降时，如遇到阻碍，会自动停止，防止夹伤。
视窗控制为自动时，视窗升降可设为随动状态。
装卸大型设备需将视窗升至最上方时，应解除锁定方可执行。
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高层建筑的风振控制研究
高层建筑的风振控制研究摘要：高层建筑在风振作用下可能产生显著的振动，引起居住者或使用人员的不舒适感，降低生活质量或生产效率，因此结构抗风设计还必须满足舒适度的要求。
文中分析了高层建筑的外部风环境、内部风环，以及风振控制中的被动控制、主动控制和混合控制系统，这一研究对于高层建筑安全设计具有一定意义。
关键词：风振控制；建筑风环境；控制系统0 引言高层建筑和高耸结构正向着日益增高和高强轻质的方向发展，使得结构的刚度和阻尼不断下降，直接影响了高层建筑和高耸结构的正常使用。
建筑在风振作用下可能产生显著的振动，引起居住者或使用人员的不舒适感，降低生活质量或生产效率，因此结构抗风设计还必须满足舒适度的要求。
本文基于人员不舒适感分析了高层建筑风振控制，这一研究对于高层建筑安全设计具有一定意义。
1 高层建筑的风环境1.1 外部风环境根据高层建筑物的外形，相互布局情况及风的相对方向，有可能测得的建筑物外部环境的不舒适参数Ψ值，在风振舒适感控制中都是基于下述效应为基础。
（1）压力连通效应：当风垂直吹向错开排列的高层建筑物时，若建筑物间的距离小于建筑物的高度，则有部分压力较高的风流向背面压力较低的区域，形成街道风，在街道上形成不舒适区域。
（2）间隙效应：如图2所示，当风吹过突然变窄的剖面时（如底层拱廊），在该处形成不舒适区域。
图2 间隙效应（3）拐角效应：如图3所示，当风垂直吹向建筑物时，在拐角处由于迎面风的正压与背面风的负压连通形成一个不舒适的拐角区域；有时，当两幢并排建筑物的间距L≤2d（d为建筑物沿风向的长度）时，两幢间也形成不舒适区域。
图3 拐角效应（4）尾流效应：如图4所示，在高层建筑物尾流区里，自气流分离点的下游处，形成不舒适的涡流区。
图4 尾流效应（5）下洗涡流效应：如图5所示，当风吹向高层建筑物时，自驻点向下冲向地面形成涡流。
图5下洗涡流效应2.2内部风环境高层建筑的内部风环境是指，由于风荷载的作用，高层建筑受到脉动风影响而发生振动现象，这种振动会给生活或者工作在高层建筑内部人带来不舒适感，对高层建筑物的正常使用造成影响。
风机盘管空调风系统监控系统
风机盘管空调风系统监控系统 ............................................... 错误!未定义书签。
第一章新风机组 ............................................................................. 错误!未定义书签。
第二章风机盘管 ............................................................................. 错误!未定义书签。
第一节分类 ............................................................................. 错误!未定义书签。
第二节主要特点...................................................................... 错误!未定义书签。
第三节工作原理...................................................................... 错误!未定义书签。
第三章风机盘管加新风空调系统.................................................. 错误!未定义书签。
第一节风机盘管系统的新风供给方式.................................. 错误!未定义书签。
第二节风机盘管加新风空调系统的特点.............................. 错误!未定义书签。
第四章新风机组工作原理.............................................................. 错误!未定义书签。
第五章新风机组监控系统.............................................................. 错误!未定义书签。
新风系统的工作原理
新风系统的工作原理
新风系统的工作原理是通过室内外换气的方式，将新鲜的空气引入室内并排出室内污浊的空气，从而改善室内空气质量和环境舒适度。
具体而言，新风系统由以下几个部分组成：空气处理装置、风管系统、调节控制系统和送风口。
首先是空气处理装置，通常包括过滤器、换热器和除湿器。
过滤器可以过滤掉空气中的灰尘、花粉、细菌等微小颗粒物，提供清洁的空气。
换热器利用过去的室内空气和即将进入的新鲜空气之间的热交换，将室内热量传递给新鲜空气，提高能源利用效率。
除湿器可以去除空气中的湿度，以维持室内的舒适和健康。
接下来是风管系统，用于将新鲜空气引入室内并排出污浊空气。
通常包括进风口、排风口、风管和风机。
进风口通常位于房屋外墙或室外场地，将新鲜空气引入风管系统。
排风口位于室内污染源附近，将污浊空气排出室外。
风管系统将新鲜空气从进风口送入室内，并将污染空气从室内排出室外。
风机则提供驱动力，促使空气循环运动。
最后是调节控制系统，负责监测和控制新风系统的运行。
传感器可以检测室内空气质量指标，如温度、湿度、二氧化碳浓度等，并根据设定的参数调整新风系统的运行状态。
控制面板通常位于室内，用户可以根据自身需求调节新风系统的运行模式和参数。
通过以上几个部分的共同作用，新风系统能够实现室内外空气的交换与净化，保持室内空气的清洁和新鲜，提高室内空气质量，促进居住者的健康和生活质量。
基于DCS的风电场AGC与AVC系统开发与利用
第30卷 第12期2023年12月仪器仪表用户INSTRUMENTATIONVol.302023 No.12基于DCS的风电场AGC与AVC系统开发与利用刘友宽1，佘盛超2，张 君2（1.云南电力试验研究院（集团）有限公司，昆明 650000；2.南京工程学院，南京 211167）摘 要：现有的风电场AGC 与AVC 系统大多采用专用装置的编程语句开发，难以应对电网后续的升级需求或者电站自身的改造需求。
因此，本文提出了一个基于DCS 的风电场AGC 与AVC 系统，其采用模块化设计思路，控制逻辑可通过可视化的组态软件实现。
本文所提的系统灵活性高，可以应对风电场复杂多变的状况。
关键词：风电场；有功自动控制；无功自动控制中图分类号：TP29 文献标志码：ADevelopment and Utilization of Wind Farm AGC and AVCSystems Based on DCSLiu Youkuan 1，She Shengchao 2，Zhang Jun 2（1.Y unnan Electric Power Test & Research Institute, Y unnan, Kunming, 650000,China ；2.Nanjing Institute of Engineering, Nanjing,211167,China ）Abstract：The existing AGC and AVC systems in wind farms are mostly developed by specialized programming language. The specialized programming language makes it difficult to meet the subsequent upgrade needs of the power grid or the transformation needs of the power station itself. In response to this, this article proposes a DCS based wind farm AGC and AVC system, which adopts a modular design approach and control logic can be achieved through visual configuration software. The system proposed in this article has high flexibility and can cope with the complex and ever-changing conditions of wind farms.Key words：wind farm ；AGC ；AVC收稿日期：2023-09-26作者简介：刘友宽（1973-），男，云南昭通人，硕士，教授级高级工程师，新能源所所长，主要从事新能源发电系统工程与管理工作。
帆板角度控制系统的设计与实现
数 码管显 示
存储 器
电机 驱动
为２ 。 ， 绝对误差 ≤５ 。 ； 当间距 ｄ： ７～ １ ５ ｃ ｍ时， 通过操 作 键 盘控 制风 力 大小 ， 控 制 帆板 转 角 ０ ， ０在 ０ 。 ～６ ０ 。 ， 要 求 控制 过程 在 ５ Ｓ 内完 成 ， 并 实时 显 示 ， 且 有 声光 提
ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ ｅ ｎ ｃ ｏ ｄ ｅ ｒ ｉ ｎ ｒ ｅ ａ ｌ ｔ ｉ ｍｅ， ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｃ ｏ ｄ ｅ ｒ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｏ ｆ ＨＥＤＳ ９ ７ ０１ ｇ ｒ ｏ ｏ ｖ ｅ ｃ ｏ ｕ ｐ ｌ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ ｇ ｒ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｃ ｈ ｉ ｐ ｔ ｏ ｏ ｂ ｔ ａ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ ｉ ｎ ｆ ｏ ｍａ ｒ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｗｉ ｎ ｄ ｓ ｕ ｒ ｆ ｉ ｎ ｇ， ｔ ｈ ｕ ｓ ｔ ｈ ｅ ａ ｃ ｔ ｕ ｌ ａ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ ． Ａｃ ｃ ｏ ｒ ｄ ｉ ｎ ｇ ｔ ｏ ｔ ｈｅ ａ ｃ ｔ ｕ ｌ ａ ａ ｎ ｄ ｔ ａ ｒ ｇ ｅ ｔ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ Ｖ ｌｕ ａ ｅ ｓ ，ｔ ｈ ｅ
图 １ 帆 板 控 制 系统 示 意 图
号， 无 需通过 Ａ ／ Ｄ采用模 块输人单 片机 系统 ， 稳 定 可靠。 （ ２ ） 电机驱 动模 块 ： 选 用 直 流 电机 风扇 ， 工 作 电 流 １ ． ２ Ａ， 工 作 电压 １ ２ Ｖ。经 测 试 ， 风力 能 将 帆板 吹至 约 ８ ０ 。 。采用 单 片机 Ｓ Ｔ Ｃ ８ ９ Ｃ ５ ４作 为 主控 芯片 ， 通 过 编 码 器 输 出 的正 交 信 号 可 以实 现 直 流 电机 的正 反 转控 制 ， 通过 Ｐ ＷＭ 方 式 控 制 风 扇 转 速 ， 从 而 实 现 对 帆 板 的 角
风电控制系统及SCADA系统
风机运行状态划分
►停机状态 1）机械刹车松开 2）偏航系统停止工作 3）叶片收回至90°变桨系统停止工作 4）发电机出口开关闭合,其余开关均断开
风机运行状态划分
► 紧急停机状态 1）机械刹车与空气动力刹车同时快速动作 2）计算机输出信号被旁路,使计算机没有可能去激
DIO数字量输入输出模块
► 16/48/64/80个数字通道 ► 16个通道克设置成输入或
输出I/O点 ► 配置中断输入量 ► 每个通道带有状态指示
LED ► 供电电源18-34V DC,电源
具有极性反接保护
数字输入输出模块TTL264
►48个数字输入通道 ►16个数字输出通道 ►状态指示：黄色LED表正
4.AIO模块 .处理各种外部模拟量信号如：变频器冷却装置的入口、 出口水压、变压器温度等
5.空模块
机舱控制柜
►机舱控制柜组成
1.机舱PLC站 电源模块 FASTBUS从站模块 CANBUS主站模块 以太网模块（本地PC维护接口） DIO AIO模块
2.塔基X-Y振动传感器单元PCH 3.紧急故障继电器 4.各种断路器、继电器、开关等
风电机组工作状态及控制方法
►V ≤V ≤V 切入风速
风速
转子最大转速下的风速
最佳Cp值控制：虽然最大Cp值在不同风速下是不相同的,但在风速1定的 情况下,需要使它达到最大.由上面的公式知道,只需要控制发电机的转速 ω ,使叶尖速比值为λ opt即可实现该风速下的最佳风能利用.发电机的转速控制
是通过风电变频器对发电机的控制来实现的.
风力发电机组 控制系统及SCADA系统
风力发电机组的控制系统
► 风力机的运行及保护需要1个全自动控制系统,它必 须能控制风机自动启动,控制叶片桨距的机械调节装 置及在正常和非正常情况下停机.除了控制功能,系 统用于监测以提供运行状态、风速、风向等信息.该 系统是以计算机为基础,1般具备远程控制及监测功 能.控制系统具有以下主要功能：
遮风板角度控制系统设计及优化
遮 风 板 控 制 系 统 ． 过 对 风 扇 转 速 的控 制 ， 节 风 力 大 通 调 小 ， 变 遮 风 板 转 角 ０ 显 示 范 围 为 ０ ６ 。 分 辨 力 为 ２ ， 对 改 ， －０ ， 。绝 误 差 不 大 于 ５ ； 间距 ｄ ｌ ｍ 时 ， 过 操 作 键 盘 控 制 风 力 。当 ＝ Ｏｃ 通 大 小 ， 制 遮 风 板 转 角 ０ 要 求 控 制 过 程 在 １ 控 ， ０Ｓ内完 成 ， 图 如
元， ＭＭＡ ２ ０ ７ ６ Ｑ加 速 传 感 器 采 集 的模 拟 信 号 经 １ ２位 Ｄ 转 换 器 Ｔ Ｃ ５ ３ Ｎ转 换 为数 字 角度 信 号 ，通 过 单 片机 处 理 Ｌ ２４Ｃ
信 号 ， 示屏 显 示 实 时 角 度 和 ＰＤ 调 节 ， 制 遮 风 板 转 角 的 设 计 方 案 。 显 Ｉ 控 实验 结果 表 明 ， 系统 精 度 较 高 ， 能 够进 行 自 该 并
Ｄｅ ｉ ｎ ａ ｐｔｍ ｉ ａ ｉ ｎ ｏ ａ ｇ ｅ ｃ ｎｔ ｏ ｙ ｔ ｍ ｆｗｉ ａ ｄ ｃ ｖ ｒ ｓｇ ｎｄ ｏ ｉ ｚ ｔｏ ｎ ｎ ｌ ｏ ｒ ｌｓ ｓｅ ｏ ｎｄ ｂｏ ｒ ｏ ｅ
ＺＨＡＮＧ ｎ — ｏ ｇ ，Ｇ Ｙｏ ｇ ｈ ｎ ＡＯ Ｘｉ ｏ ｍｅ ａ－ ｉ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｅｎ ａ ｃ ｄ ｃ ｉ Ｔ ２ ５ ０ ２ ｉ ｕ ｅ ｓ ｈ ｙ ｔ ｍ ｉ ｏ ｔ ｌ ｉ ｕ ｔ ａ ３ｉ ｃ ＇ ｃ ｅ ｎ ｉ ｕ ｅ ８ ｉｐ ａ ． ｓ ｒ ｃ ： ｈ ｎ ｅ ｈ ｐ Ｓ Ｃ１ Ｃ Ａ６ Ｓ ｓ ｄａ ｅ ｓ ｓｅ ｍａｎ ｃ ｎ ｒ ｒ ｉ． ｈＴ兀 ｓ ｒ ｅ ｓ ｄ ａ ｄ ｓ ｌ ｙ ｓ ｔ ｏｃｃ ｎ ｓ ａ
１所 示 。
速 传 感 器 具 有 低 功 耗 、 噪 音 、 辨 率 高 精 度 高 且 能 多 角 度 低 分
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附件 1：原理图
图 1 5110 显示模块示意图
图 2 声光提示模块示意图
图 3 按键模块示意图
图 4 PWM、AD 采集模块示意图
图 5 C8T6 最小系统板接口示意图
图 6 MOS 驱动电路模块示意图
10
图 7 STM32F103C8T6 原理图
11
K
D
：微分系数，
K
D
T
T
D
反映系统偏差信号的变化率，具有预见性
U K 1
K P EK 1
T T1
K 1
Ej
j0
TD T
(EK 1
EK2 )
U0
两式相减并整理得出：
U K AEK BEK 1 CEK 2
AKPTT1T TD 1 B(KP2TTD) C TD
T
程序每隔一段时间采样一次，更新一次Uk 值，电机的转速将恒定在给定的
45
45
0
8.27
4.92
60
59
1
7.79
5.28
70
73
3
7.84
4.86
80
81
1
8.73
5.04
90
88
2
8.77
4.85
120
120
0
7.86
5.16
135
134
1
8.31
5.23
（2） 预置两个角度测试：
预置角 度 1（度）
45 50 55 90 115 120
预置角 度 2（度）
120 105 85 125 130 135
I
一、系统方案比较与论证
根据题目要求，系统分为以下几个部分，各个部分的实现方案选择如下：
1．主控器件比较与选择
方案一：采用 ST 公司的 STM32（STM32F103C8T6）作为控制核心。它内 部集成 AD、DA、PWM 等丰富的外设，并且运行速度非常快，具有较高的性价 比，功耗低，资源丰富，既可以满足作品要求，同时也简化了外部电路。
不大于 5S，误差不大于 5 度，起点平稳停下
实现
8
参考文献
[1]李建忠. 单片机原理及应用. 西安：西安电子科技大学出版社，2008.2 [2]康华光. 模拟电子技术基础第五版. 北京：高等教育出版社，2006.1 [3]江晓安董秀峰杨公华. 数字电路技术.西安：西安电子科技大学出版社， 2008.6 [4]谭浩强. C 语言程序设计(第三版). 北京：清华大学出版社，2000 [5]潘永雄沙河. 电子线路 CAD 实用教程. 西安：西安电子科技大学出版社， 2007.7 [6]王静霞，单片机应用技术（C 语言版），北京：电子工业出版社，2009，2
2．电机转速控制的算法
根据题意要求，在要求中，采用开环控制。在发挥部分，采用闭环控制。为 使系统能够快速的响应并调整误差量，减小系统的抖动，提高控制精度，闭环控 制回路采用增量式 PID 控制算法。增量式 PID 控制算法原理：
No(t)+
E(t) PID
控制器
U(直t) 流电机
—N(t)
上图是直流电机的调速系统，给定的转速 No(t)与实际的转速 N(t)相比较，得 出的偏差值 E(t)=No(t)-N(t)，经过 PID 控制器计算后输出控制电压 U(t)，驱动电 机改变其转速。
风板控制装置
摘要 以 STM32 单片机为控制核心设计帆板控制系统，该系统主要由 STM32 单片 机控制模块、按键切换模块、5110 液晶显示模块、导电塑料电位器模块、MOS 驱动电机模块和直流稳压电源组成。STM32 系列单片机内部自带 12 位精度 AD 和 PWM，运算速度较快，适用于抗干扰和要求速度较高的场合。以 PWM 开环 和 PID 闭环实现对该系统的控制，减小了系统误差和抖动。经测试，各项功能 指标均达到要求，且稳定。 关键词： STM32 单片机 PID PWM
dt
T
T
；
整理可以得到：
k
U
K
K
p
Ek
K
i
E
j
K
D
(EK
E) k 1
U
0
j0
K:采样序号，k=0,1,........
Uk :第 k 次采样时刻的输出数值
Ek ：第 k 次采样时刻输入的偏差值
Ek 1:第 k-1 次采样时刻输入的偏差值
K p ：比例系数，减少系统偏差
K
i
：积分系数，
Ki
T Ti
，消除系统的稳态
STM32F103C8T6
键盘控制
电机驱动
角度传感器
图 1 系统方框图
1．电路设计
(1) 驱动风机电路设计
风机的驱动部分利用 MOS 管驱动电路，可以带动较大电流的风机，单片机 IO 口产生 PWM，经过驱动电路，调控转速。
图 2 MOS 驱动电路模块示意图
4
(2) 声光报警电路设计
报警电路采用最简单的三极管驱动蜂鸣器电路还有 LED 电路。
方案二：采用加速度传感器 ADXL345，可以通过计算求出帆板的倾斜角度， 但是需要复杂的算法去计算，还有大量的浮点型数据，占用大量的 CPU。
考虑到要尽量控制好风板的角度，要把 CPU 省出来，所以我们选择方案一。
二、理论分析与计算
1.PWM 占空比的算法
1、求出 PWM 波形周期 T = CPU Frequency / 波形频率。 2、求出每等份 N 的计数 T/N。 3、根据 PWM 的百分比得出 PWM 的占空比。
方案二：采用 STC12C5A60S2 作为主控器件，自带两路 PWM 调制和 10 位 精度的 AD,但是运行速度相对 STM32 来说比较慢，数据处理的能力远远比不上 STM32 单片机。
综上所述，为简化外围电路设计，提高运行速度，我们选择方案一。
2．风机的比较与选取
方案一：采用轴流风机。轴流风机的风速比较稳定，均匀，在控制时，要好 控制一些。但是轴流风机的风力较弱，风板挂上砝码之后，风板不容易吹动。
方案二：采用纸板，硬度不好，加上砝码后，很容易弯曲。而且纸板太轻， 很难稳定控制。
根据以上的方案对比，我们选择方案一。
1
4．角度测量方案比较与确定
方案一：采用导电塑料电位器，电阻的范围是 0-5K,灵敏度很高，风板轴与 该电位器轴连接时，轴的摩擦阻力很小，不会影响到风板的运动。与 AD 配合实 现 360 度角的采集转换，精度很高，且价格便宜，所需硬件电路很少，编程简单。
测量角度 （度）
46 60 81 92 100 121 130
误差范围 （度）
1 0 1 2 0 1 0
过渡时间 （秒） 13.70 13.68 14.12 13.75 13.83 13.79 14.04
停留时间 （秒）
4.79 5.19 4.81 5.09 5.07 4.85 4.97
（2）加重物预置两个角度测试：
图 3 声光报警电路模块示意图
（3）键盘电路设计
只要按键的程序写得好，就不需要用矩阵按键，所以我们采用 5 个独立式按 键，用 5 个 I/O 口控制 5 个按键。通过单片机来检测按键的闭合和弹起，该电路 简单实用。
图 4 键盘电路模块示意图
2．程序设计
STM32 系列单片机采用 C 语言进行程序设计，开发调试环境为 Kile MDK， 软件总体设计流程图如下图所示。
预置角 度 1（度）
45 50 55 90 95 115 120
预置角 度 2（度）
135 70 85 110 120 130 135
第一次到预置 角时间（秒）
14.24 13.53 12.93 13.97 14.31 13.78 14.27
摆动周期 （秒）
5.68 5.53 4.39 4.34 5.32 4.48 4.83
开始 初始化
获取ADC通道 的值
Y 键值处理
按键是否按下
N 显示
N
声光提示
Y
N
是否声光提示
PID调节 Y
是否需要PID调节
N
Y
是否允许PID调节
5
四、系统测试
1．测试仪器
秒表；量角器。
2．测量数据
基本要求：
(1) 预置一个角度测试：
预置角度（度） 测量角度（度） 误差范围（度） 过渡时间（秒） 停留时间（秒）
Abstract With STM32 list slice machine is control core design the Fan plank control system, the system mainly from STM32 list slice machine control the mold piece, key cut over mold piece, 5110 LCDs to show a mold piece and conduct electricity the plastics electric potential machine mold piece, MOS to drive mold piece and direct current steady press the power to constitute. The STM32 series list slice machine inner part from take 12 accuracy ADs and PWM, operate speed more quick, be applicable to strong interference and request the speed higher situation. The control that opens wreath and PID to shut a wreath realization to the system by PWM lets up a system error margin and trembles. Through test, each function index sign all attains a request, and stabilizes.