高压恒流电源的PID调试系统

高压恒流电源的PID调试系统摘要：本文结合实例从硬件配置及软件设计两方面介绍了一种高压恒流电源的PID调试系统，该系统具有硬件要求相对简单，数据准确，软件开发周期短的特点。该系统以LabVIEW为开发平台，利用微型计算机PCI-X16接口总线控制数据采集卡，实现对高压恒流电源信号的采集及监测，并把采集的数据经滤波，用图形的形式输出到用户界面及用Txt文件记录存储数据，准确分析PID调节结果，方便调试。关键词：虚拟仪器；LabVIEW；高压恒流；PCI；数据存储Summary：ThispaperfromtwoaspectsofhardwareconfigurationandsoftwaredesignofahighvoltageconstantcurrentsourcePIDdebuggingsystem，thesystemhardwarerequirementsarerelativelysimple，accuratedata，thesoftwaredevelopmentcycleshort.SystemLabVIEWdevelopmentplatform，theuseofmicrocomputerPCI-X16interfacebuscontroldataacquisitioncard，signalacquisitionandmonitoringofhigh-voltageconstant-currentpowersupply，anddatacollectedbyfiltering，graphicalformoutputtotheuserinterfaceTxtfilerecordsthestoreddata， anaccurateanalysisofthethePIDadjustmentresultsfacilitatedebugging.Keyword:virtualinstrument；LabVIEW；highvoltageandconstantcurrent；thePCI；datastorage1.引言高压恒流电源可以应用在等离子裂解领域，等离子技术高速发展的今天，已经有冷等离子，介质阻挡放电等离子，双潘宁等离子，热等离子等等。等离子化工，冶炼，焚烧行业都用到功率在1MW以上的高压恒流等离子电源。该电源具有高压、恒流，产生的等离子弧稳定性高，热转化高的特点。这种等离子电源多由品闸管、电阻R、续流二极管、电抗器、控制回路、采样系统组成（图1）。其原理是，利用品闸管串联分压原理和用数字信号处理器控制品闸管的导通截止时间和PID调节运算器形成负反馈来控制电流，在等离子体负载发生突变时可控制电流在土10%以内。PID的调节参数作为恒流闭环控制的核心，其控制参数受品闸管的导通特性影响很大，相同的规格的电源系统，因其品闸管导通特性的不同，PID参数大不一样，控制系数需要多次甚至百次实验才能得到。为便于探索合理的PID控制参数，利用计算机仿真LabviEW平台搭建了数据采集，数据存储的程序，方便应用。2.系统设计2.1硬件平台（参见图2）采用下位机结构运行LabVIEW配套卡键PCI1716采集卡，主要实现与试验人员的直接交互，试验人员通过软件解析采集卡采集的信号，进行数据解析，滤波，显示，存储，分析调试效果。霍尔电流、电压传感器：测量等离子电源的电流及电压。电量隔离传感器：信号放大。研华8716L端子：接口转换，抗干扰。PCI-1716采集卡：电量数字信号。计算机：LabViEW软件载体，数据处理及存储。2.2软件平台测试测量也就是现在LABVIEW最广泛的应用领域。经过多年的发展，LABVIEW在测试测量领域获得了广泛的承认。至今，大多数主流的测试仪器、数据采集设备都拥有专门的LabVIEW驱动程序，使用LabVIEW可以非常便捷的控制这些硬件设备。在软件平台中，采集部分采用了研华的ActiveDAQ和ActiveDAQPro模块，以满足数据采集频率和对数据处理要求。具体应用原理如下：（1） 计算机平台（host）。采用普通工业控制计算机，内设PCI-X16接口，工控机中安装LabVIEW、AdhntechDeviceManager、ActiveDAQ、ActiveDAQPro的插件，硬件驱动设置如图3。（2） 利用WaitFastAIEvent完成采集频率控制的设计，并设定采集的运行频率，如3000Hz，同时通过Split1Darray对数据整合成数组，用SavitzkyGolcayFilter进行滤波处理，根据实际情况调整SavitzkyGolcay的参数，将数组转化成波形显示在波形图里，WriteToSpreadsheet.vi是个很好用的数据记录函数，可以做适当的处理把数据记录为.txt文件（参见图4）。（3）程序流程运行程序，首先检查硬件是否准备好，开始采集一边进行数据处理，滤波、波形显示，同时判断是否进行数据存储，如果需要则创建文件，创建好文件写入处理好的数据，当停止时清空内存，退出程序（参见图5）。通过上述步骤，即可实现基于LabviEW等离子电源调试系统。该系统充分利用了Split1Darray函数，实现了系统数据量大的处理过程，利用WaitFastAIEvent的控制归律设计采集时间，实现了数据采样密度的要求。3.系统实现结果系统设计的目的是为直流高压恒流系统调试，其功能能监视品闸管组的运行状态，电压和电流的变化关系，从而起到调节电源PID的目的，方便远程在任何地方都能对等离子电源的工作状况进行监控，系统面板如图5所示。图中可以看到等离子电源单个品闸管整流桥、电源输出频率、幅值和相位。图5显示了一组电压和电流在等离子体剧烈变化下的调节情况，这个是已经调节较理想的PID参数下采集的波形。4.结语高压恒流电源的PID调试系统的实现也可以作为后续电源运行状态的实时监测。利用先进的虚拟仪器技术和SavitzkyGolcayFilter滤波技术，提高了数据采集的准确性，直观的表达了在不同PID状态下，电源电压和电流的调节状况，便于调整不够优化的PID参数，进一步缩短了等离子电源的调试时间。参考文献美国JeffreyTravis等《Labview大