1 推理控制的CVCF电源的硬件构成

推理控制的CVCF电源系统构成如图1所示,控制电路见图2。

系统采用8031作为CPU,外扩8K的EPROM2764,用于存放监控程序、推理控制、键控及显示程序。扩展一片DAC0832,以便输出阶梯正弦波,其片选信号CS接74LS138的Y0口,选通地址为＃1FFFH。DAC0832按单缓冲工作方式,使输入寄存器处于锁存状态,ILE接＋5V,WR1接CPU的写信号WR,DAC寄存器处于不锁存状态,所以将WR2和XFER直接接地,DAC0832接成单极性输出,参考电压为＋5V,输出0～5V的电压。

扩展一片ADC0809,实现对整流后的直流电压进行采样的功能,8031的WR和74LS138的Y1口经一个或非门接ADC0809的STAR和ALE端,来控制ADC0809的启动和地址锁存。8031的RD和74LS138的1口经或非门接ADC0809的OE端,控制信号的输出。ADC0809的CLK由8031的ALE上信号经过2分频以后提供,EOC经反向器作8031的INT1中断请求输入线,要求CPU从P0上读取A/D转换后的数字量。ADC0809的IN0和采样保持器LF198的输出端相连,故IN0上输入的0～15V范围的模拟电压经A/D转换后,可由8031通过程序从P0口输入到内部RAM单元。

扩展一片8279,作为扩展的I/O口,接8个LED,以完成显示目标频率、目标电压和反馈电压的功能。8个LED接成共阳极。8279和8031的连接无特殊要求,除数据线P0口、WR、RD可直接连接外,CS由74LS138的Y2口进行片选。时钟由ALE提供,A0接8031的P2.0口,中断请求IRQ经反向器与8031的INT0相连。

8279同时扩展键盘的接口,实现运行、停止、清零、复位功能键的控制。规定扫描线（SL0－SL1）为列线,在此以连接74LS138的输出T0和T1为列线,实现2＊8的键盘功能。回复线（RL0－RL7）为行线。

由8031的P2.5、P2.6、P2.7口经74LS138进行地址译码,各扩展芯片的地址由此确定。

2 系统软件设计

应用软件分为四大部分：振荡部分、采样部分、调幅部分、通信部分。为了防止严重干扰时“飞”程序,在每个程序之间安放软陷阱,即在各个子程序之间放入几条NOP指令。这样,发现异常时,可强制从头执行。

在软件设计中采用模块化子程序结构,其主程序和推理控制子程序的流程结构见图3。

（1）振荡器子程序

该程序模块要求得到一个频率可调的高频率稳定度的阶梯正弦波。要求频率可调范围为45Hz～65Hz,精度要求为0.1Hz。

在振荡程序中,采用8031的T1定时方法,因为T1工作方式不占用CPU时间。在整个单片机运行期间,振荡部分的定时是自始至终的,故采用T1定时方式2（可以自动重新装入的8位定时器/计数器）进行定时,在不占用CPU的时间里,CPU可以处理其它程序和任务。

将一个正弦波周期分为正半周和负半周两部分,半波时间为1/（2f）,将这半波时间分成90份,则定时时间为t=1/（180f）,代入T=28－t·fo/12的T1初值计算公式(式中fo为晶振频率),得出定时时间常数,可将45Hz～65Hz的定时时间都算出来并列成表格（如表1所示）,设置一个查表程序,在输出不同频率时从表上调取不同的T值。

表1 定时时间常数表频率时间常数频率时间常数

DAC0832输出正弦波,正弦波的产生也是通过查表得到,将半波分成90份,即每2度为一个阶梯,用MATLAB编一小程序将所需数列成表格,每隔时间t查表一次,当查表90次后,通过DAC0832的输出可得出一个半波,再通过反向器叠加后得一正弦波。各阶梯值对应的角度、输出电压及输入数字量如表2所示。

表2 正弦波数据表

此表所得阶梯正弦波如图4所示。这样可得到频率稳定度高的阶梯正弦波。

（2）推理控制子程序及算法

离散化推理控制的基本思想是,当系统的采样频率足够高时,采样系统的特性接近于连续变化的模拟系统,因而可以忽略采样开关和保持器,将整个系统看成是连续变化的模拟系统,从而用s域的方法校正装置D（s）。再使用s域到z域的离散化方法求得离散传递函数D（z）。设计的实质是将一个模拟调节器离散化,用数字控制器取代模拟调节器。设计的基本步骤是,根据已有的连续模型,按连续系统理论设计模拟调节器,然后按照一定的对应关系将模拟调节器离散化,得到等价的数字控制器,从而确定计算机的算法。

首先将250 / (0.015s+1)离散化 令K1=250,

T1=0.015

（Ua(s) / Uk(s)）=(250 / 0.015s+1)=(K1 / T1s+1)→(dua(t) / dt)+(ua(t))=K1Uk(k-1)

T1(Ua(k)-Ua(k-1) / T)+Ua(k)=K1Uk(k-1) T=T1

→2Ua(k-1)=Ua(k-1)+250Uk(k-1)

再将Gi(s)=(30(s+1/0.015) / (s+1/0.01) 2)离散化

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)

当根据（1）、（2）、（3）可得推理控制的输出

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抗扰性能分析

推理控制的CVCF是一个输出可测、而扰动不可测的系统,设电源的输出为Y（s）,输入为R（s）,扰动为D（s）,此时的电源不需要二次输出和估计器,只需一个估计模型,推理控制的CVCF系统结构如图5所示。

此时的系统输出为

推理控制器Gi(s)=Gf(s)/Gp(s),当Gp(s)=Gp(s)时,系统输出为

Y（s）=(Gp(s)Gf(s)/Gp(s) / 1-Gf(s)[Gp(s)-Gp(s)]/Gp(s))R(s)

+(1-Gf(s) / 1-Gf(s)[Gp(s)-Gp(s)]/Gp(s))B(s)D(s)

当Gp(s)≠Gp(s）时,系统的输出为当滤波器的稳态增益为1时,在给定的阶跃扰动下,系统的主要输出Y（s）=R（s）;在阶跃扰动不可测的情况下,系统的主要输出稳态偏差为Y（0）=0。

可见,系统具有非常好的性能,不管模型有何种误差,系统的主要输出总是稳态无偏差的,而且控制系统的可调参数很少。