一种气体击穿放电实验电极多自由度控制方法及系统与流程

本发明涉及高压设备及电力电子技术领域，特别涉及一种气体击穿放电实验电极多自由度控制方法及系统。

背景技术：

气体是一种实用的绝缘介质，不管是中压领域的环网柜还是高压领域的气体绝缘组合电器,都需要气体绝缘介质。气体放电特性基于以下三种典型的电场：均匀电场、稍不均匀电场和极不均匀电场。三种电场模型可通过一定条件下的板-板、球-球、针-板电极来实现，而气体放电不仅包括气体本体放电还包括沿着绝缘结构表面的放电。

气体击穿放电实验中在进行过程中繁琐的操作越来越影响实验过程，有些装置的电极不可以移动，有些装置的电极切换复杂，实验每次调节电极距离时必须要先把罐盖打开，更换不同形状的电极，然后从内部测量电极间的间隙。因此，导致在气体击穿放电实验中操作繁琐、消耗的时间成本很高，实验效率低。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于提供一种气体击穿放电实验电极多自由度控制方法及系统，以解现有技术存在的技术问题。

本申请实施例第一方面示出一种气体击穿放电实验电极多自由度控制系统，所述系统包括：

电极支架横向调节电机，电极支架纵向调节电机，电极横向调节电机，电极纵向调节电机，电机支架，以及，控制模块；

电极支架横向调节电机与所述电机支架相连接，电极支架纵向调节电机与所述电机支架相连接；

电极横向调节电机与电极相连接，电极纵向调节电机与电极相连接；

所述电极支架横向调节电机，电极支架纵向调节电机，电极横向调节电机，电极纵向调节电机均与所述控制模块电连接。

可选择的，电极支架横向调节电机的输出轴设置有等距螺纹轴，所述等距螺纹轴与电机支架相连接，固定放电装置的横向位置。

可选择的，电极支架纵向调节电机的输出轴设置有等距螺纹轴，所述等距螺纹轴与电机支架相连接，固定放电装置的纵向位置。

可选择的，所述控制模块包括：

dsp核心控制模块、模拟量采样模块，通信模块、基于fpga的pwm脉冲发生模块、电源模块、基于fpga的多路编码器处理模块，光电编码器：

电源模块与外部电源相连接；

光电编码器安装于电极横向调节电机的调节轴、电极纵向调节电机的调节轴、电极支架横向调节电机的调节轴、电极支架纵向调节电机的调节轴；

通信模块分别与基于fpga的多路编码器处理模块，以及，模拟量采样模块相连接；

dsp核心控制模块与基于fpga的pwm脉冲发生模块相连接。

本申请实施例第二方面示出一种气体击穿放电实验电极多自由度控制方法，所述方法包括：

采集电极信息；

通信模块将所述电极信息发送至dsp核心控制模块；

dsp核心控制模块通过预置程序，输出开关频率、占空比、相位和死区时间信息给控制电路，控制电极横向调节电机、电极纵向调节电机、电极支架横向调节电机、电极支架纵向调节电机的转动角度、转向和位置。

可选择的，所述采集电极信息包括：

采集电极的原始位置，速度，以及，转向：

采集电极的实时位置，速度，以及，电流。

可选择的，所述dsp核心控制模块通过预置程序，输出开关频率、占空比、相位和死区时间信息的步骤包括：

根据所述电极的原始位置，速度，转向，与预设位置，位置调节器调整电极的位置；

位置传感器实时的获取电极的实时位置；根据所述实时位置与预设位置之间的微分关系，速度调节器实时的调整电极移动的速率；

实时采集电极的电流，根据所述电极的电流，电流调节器控制运算电路，输出控制数据，所述控制数据包括：开关频率，占空比，调节相位点，以及，死区时间；

根据所述控制数据调节电机，所述电机包括：电极支架横向调节电机，电极支架纵向调节电机，电极横向调节电机，电极纵向调节电机。

可选择的，所述根据控制数据调节电机的步骤具体为：

控制数据输给基于fpga的pwm脉冲发生模块，综合控制电极横向调节电机、电极纵向调节电机、电极支架横向调节电机、电极支架纵向调节电机的转动角度、转向和位置，控制气体放电击穿实验电极的多自由度移动。

由以上技术方案可知，本申请实施例示出一种气体击穿放电实验电极多自由度控制方法及系统，。本申请实施例示出的技术方案基于fpga的多路编码器处理模块完成多路光电编码器信息的采集与计算，模拟量采样模块采集电压传感器、电流传感器，采集到的速度、位置、转向信号及电压、电流传输给基于dsp核心控制模块，dsp核心控制模块通过核心控制模块输出开关频率、占空比、相位和死区时间信息给基于fpga的pwm脉冲发生模块，用于综合控制电极横向调节电机、电极纵向调节电机、电极支架横向调节电机、电极支架纵向调节电机的转动角度、转向和位置，实现气体放电击穿实验电极的多自由度控制。本发明可以实现气体击穿放电实验电极的多自由度精确控制，且其控制系统具有采集数据速度快、精确度高和兼容性好的特点，作为模块容易实现与气体放电实验系统的配合。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据一优选实施例示出的一种气体击穿放电实验电极多自由度控制系统的示意图；

图2为根据一优选实施例示出的一种气体击穿放电实验电极多自由度控制方法的流程图；

图3为根据一优选实施例示出的dsp核心控制模块的结构框图；

图4为根据一优选实施例示出的基于fpga的pwm脉冲发生模块结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例第一方面示出一种气体击穿放电实验电极多自由度控制系统，所述系统包括：

电极支架横向调节电机，电极支架纵向调节电机，电极横向调节电机，电极纵向调节电机，电机支架，以及，控制模块；

电极支架横向调节电机与所述电机支架相连接，电极支架纵向调节电机与所述电机支架相连接；

电极横向调节电机与电极相连接，电极纵向调节电机与电极相连接；

所述电极支架横向调节电机，电极支架纵向调节电机，电极横向调节电机，电极纵向调节电机均与所述控制模块电连接。

可选择的，电极支架横向调节电机的输出轴设置有等距螺纹轴，所述等距螺纹轴与电机支架相连接，固定放电装置的横向位置。

可选择的，电极支架纵向调节电机的输出轴设置有等距螺纹轴，所述等距螺纹轴与电机支架相连接，固定放电装置的纵向位置。

如图1所示，本发明所述一种气体击穿放电实验电极多自由度控制系统，本发明可有效实现气体放电击穿实验电极的多自由度控制，并为气体放电试验装置的设计提供参考，具有较高的工程实用价值。

本发明采用横向电极支架与纵向电极支架，支架上设有连接元件，固定气体击穿放电实验装置；电极支架的横向位置与纵向位置调节采用电极支架横向调节电机、电极支架纵向调节电机，电极的横向位置与纵向位置调节采用电极横向调节电机与电极纵向调节电机；

更具体而言，电极支架横向调节电机的输出轴连接等距螺纹轴，与电极支架横向调节电机的调节轴相连接，固定放电装置的横向位置；电极支架纵向调节电机的输出轴连接等距螺纹轴，与电极支架纵向调节电机的调节轴相连接，固定放电装置的纵向位置；

更具体而言，电极横向调节电机通过电极横向调节轴与电极连接，固定放电电极的横向位置；电极纵向调节电机通过电极纵向调节轴与电极连接，固定放电电极的纵向位置。

可选择的，所述控制模块包括：

dsp核心控制模块、模拟量采样模块，通信模块、基于fpga的pwm脉冲发生模块、电源模块、基于fpga的多路编码器处理模块，光电编码器：

电源模块与外部电源相连接；

光电编码器安装于电极横向调节电机的调节轴、电极纵向调节电机的调节轴、电极支架横向调节电机的调节轴、电极支架纵向调节电机的调节轴；

通信模块分别与基于fpga的多路编码器处理模块，以及，模拟量采样模块相连接；

dsp核心控制模块与基于fpga的pwm脉冲发生模块相连接。

本申请实施例第二方面示出一种气体击穿放电实验电极多自由度控制方法，所述方法包括：

采集电极信息；

通信模块将所述电极信息发送至dsp核心控制模块；

dsp核心控制模块通过预置程序，输出开关频率、占空比、相位和死区时间信息给控制电路，控制电极横向调节电机、电极纵向调节电机、电极支架横向调节电机、电极支架纵向调节电机的转动角度、转向和位置。

可选择的，所述采集电极信息包括：

采集电极的原始位置，速度，以及，转向：

采集电极的实时位置，速度，以及，电流。

如附图2附图3所示，通信模块将采集到的速度、位置、转向信号及电压、电流信号传输给基于dsp的核心控制模块；dsp的核心控制模块执行系统内部程序，输出开关频率、占空比、相位和死区时间信息传输给基于fpga的pwm脉冲发生模块，综合控制电极横向调节电机、电极纵向调节电机、电极支架横向调节电机、电极支架纵向调节电机的转动角度、转向和位置，实现气体放电击穿实验电极的多自由度控制。

可选择的，所述dsp核心控制模块通过预置程序，输出开关频率、占空比、相位和死区时间信息的步骤包括：

根据所述电极的原始位置，速度，转向，与预设位置，位置调节器调整电极的位置；

位置传感器实时的获取电极的实时位置；根据所述实时位置与预设位置之间的微分关系，速度调节器实时的调整电极移动的速率；

实时采集电极的电流，根据所述电极的电流，电流调节器控制运算电路，输出控制数据，所述控制数据包括：开关频率，占空比，调节相位点，以及，死区时间；

根据所述控制数据调节电机，所述电机包括：电极支架横向调节电机，电极支架纵向调节电机，电极横向调节电机，电极纵向调节电机。

如图4所示，所述根据控制数据调节电机的步骤具体为：

控制数据输给基于fpga的pwm脉冲发生模块，综合控制电极横向调节电机、电极纵向调节电机、电极支架横向调节电机、电极支架纵向调节电机的转动角度、转向和位置，控制气体放电击穿实验电极的多自由度移动。

由以上技术方案可知，本申请实施例示出一种气体击穿放电实验电极多自由度控制方法及系统，。本申请实施例示出的技术方案基于fpga的多路编码器处理模块完成多路光电编码器信息的采集与计算，模拟量采样模块采集电压传感器、电流传感器，采集到的速度、位置、转向信号及电压、电流传输给基于dsp核心控制模块，dsp核心控制模块通过核心控制模块输出开关频率、占空比、相位和死区时间信息给基于fpga的pwm脉冲发生模块，用于综合控制电极横向调节电机、电极纵向调节电机、电极支架横向调节电机、电极支架纵向调节电机的转动角度、转向和位置，实现气体放电击穿实验电极的多自由度控制。本发明可以实现气体击穿放电实验电极的多自由度精确控制，且其控制系统具有采集数据速度快、精确度高和兼容性好的特点，作为模块容易实现与气体放电实验系统的配合。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。