PP励磁控制器单元,专卖工控设备

CPU出现于大规模集成电路时代，处理器架构设计的迭代更新以及集成电路工艺的不断提升促使其不断发展完善。从初于数学计算到广泛应用于通用计算，从4位到8位、16位、32位处理器，后到64位处理器，从各厂商互不兼容到不同指令集架构规范的出现，CPU 自诞生以来一直在飞速发展。 [1]
CPU发展已经有40多年的历史了。我们通常将其分成六个阶段。 [3]
(1)阶段(1971年-1973年)。这是4位和8位低档微处理器时代，代表产品是Intel 4004处理器。 [3]
1971年，Intel生产的4004微处理器将运算器和控制器集成在一个芯片上，标志着CPU的诞生； 1978年，8086处理器的出现奠定了X86指令集架构， 随后8086系列处理器被广泛应用于个人计算机终端、服务器以及云服务器中。 [1]
(2)第二阶段(1974年-1977年)。这是8位中微处理器时代，代表产品是Intel 8080。此时指令系统已经比较完善了。 [3]
(3)第三阶段(1978年-1984年)。这是16位微处理器的时代，代表产品是Intel 8086。相对而言已经比较成熟了。 [3]
(4)第四阶段(1985年-1992年)。这是32位微处理器时代，代表产品是Intel 80386。已经可以胜任多任务、多用户的作业。 [3]
1989 年发布的80486处理器实现了5级标量流水线，标志着CPU的初步成熟，也标志着传统处理器发展阶段的结束。 [1]
(5)第五阶段(1993年-2005年)。这是奔腾系列微处理器的时代。 [3]
1995 年11 月，Intel发布了Pentium处理器，该处理器采用超标量指令流水结构，引入了指令的乱序执行和分支预测技术，大大提高了处理器的性能， 因此，超标量指令流水线结构一直被后续出现的现代处理器，如AMD（Advanced Micro devices）的锐龙、Intel的酷睿系列等所采用。 [1]
(6)第六阶段(2005年后)。处理器逐渐向更多核心，更高并行度发展。典型的代表有英特尔的酷睿系列处理器和AMD的锐龙系列处理器。 [3]
为了满足操作系统的上层工作需求，现代处理器进一步引入了诸如并行化、多核化、虚拟化以及远程管理系统等功能，不断推动着上层信息系统向前发展。

传统计算机存储容量较小，面对大规模数据集的操作效率偏低。新一代计算机采用高配置处理器作为控制中心，CPU在结构功能方面有了很大的提升空间。中央处理器以运算器、控制器为主要装置，逐渐扩散为逻辑运算、寄存控制、程序编码、信号收发等多项功能。这些都加快了CPU调控性能的优化升级。 [5]
CPU总线
CPU总线是在计算机系统中快的总线，同时也是芯片组与主板的核心。人们通常把和CPU直接相连的局部总线叫做CPU总线或者称之为内部总线，将那些和各种通用的扩展槽相接的局部总线叫做系统总线或者是外部总线。在内部结构比较单一的CPU中，往往只设置一组数据传送的总线即CPU内部总线，用来将CPU内部的寄存器和算数逻辑运算部件等连接起来，因此也可以将这一类的总线称之为ALU总线。而部件内的总线，通过使用一组总线将各个芯片连接到一起，因此可以将其称为部件内总线，一般会包含地址线以及数据线这两组线路。系统总线指的是将系统内部的各个组成部分连接在一起的线路，是将系统的整体连接到一起的基础；而系统外的总线，是将计算机和其他的设备连接到一起的基础线路。

指令集的方式
CPU的分类还可以按照指令集的方式将其分为精简指令集计算机(RISC)和复杂指令集计算机(CISC)。RISC指令长度和执行时间恒定，CISC指令长度和执行时间不一定。 RISC 指令的并行的执行程度更好，并且编译器的效率也较高。CISC指令则对不同的任务有着更好的优化，代价是电路复杂且较难提高并行度。典型的CISC指令集有x86微架构，典型的RISC指令集有ARM微架构。但在现代处理器架构中RISC和CISC指令均会在译码环节进行转换，拆分成CPU内部的类RISC指令 [4]
嵌入式系统CPU
传统的嵌入式领域所指范畴非常广泛，是处理器除了服务器和PC领域之外的主要应用领域。所谓“嵌入式”是指在很多芯片中，其所包含的处理器就像嵌入在里面不为人知一样。 [8]
近年来随着各种新技术新领域的进一步发展，嵌入式领域本身也被发展成了几个不同的子领域而产生了分化。 [8]
是随着智能手机(Mobile Smart Phone)和手持设备(Mobile Device)的发展，移动(Mobile)领域逐渐发展成了规模匹敌甚至超过PC领域的一个立领域。由于Mobile领域的处理器需要加载Linux操作系统，同时涉及复杂的软件生态，因此，其具有和PC领域一样对软件生态的严重依赖。 [8]
其次是实时(Real Time)嵌入式领域。该领域相对而言没有那么严重的软件依赖性，因此没有形成的垄断，但是由于ARM处理器IP商业推广的成功，目前仍然以ARM的处理器架构占大多数市场份额，其他处理器架构譬如Synopsys ARC等也有不错的市场成绩。 [8]
后是深嵌入式领域。该领域更像前面所指的传统嵌入式领域。该领域的需求量非常之大，但往往注重低功耗、低成本和高能效比，无须加载像Linux这样的大型应用操作系统，软件大多是需要定制的裸机程序或者简单的实时操作系统，因此对软件生态的依赖性相对比较低。 [8]
大型机CPU
大型机，或者称大型主机。大型机使用的处理器指令集、操作系统和应用软件。大型机一词，初是指装在非常大的带框铁盒子里的大型计算机系统，以用来同小一些的小型机和微型机有所区别。 [9]
减少大型机CPU消耗是个重要工作。节约每个CPU周期，不仅可以延缓硬件升级，还可以降低基于使用规模的软件授权费。
大型机体系结构主要包括以下两点：高度虚拟化，系统资源全部共享。大型机可以整合大量的负载于一体，并实现资源利用率的大化；异步I/O操作。即当执行I/O操作时CPU将I/O指令交给I/O子系统来完成，CPU自己被释放执行其它指令。因此主机在执行繁重的I/O任务的同时，还可以同时执行其它工作。

中央处理器强大的数据处理功有效提升了计算机的工作效率，在数据加工操作时，并不仅仅只是一项简单的操作，中央处理器的操作是建立在计算机使用人员下达的指令任务基础上，在执行指令任务过程中，实现用户输入的控制指令与CPU的相对应。随着我国信息技术的快速发展，计算机在人们生活、工作 以及企业办公自动化中得到广泛应用，其作为一种主控设备，为促进电子商务网络的发展起着促进作用，使 CPU 控制性能的升级进程得到很大提高。指令控制、实际控制、操作控制等就是计算机 CPU 技术应用作用表现。 [2]
（1）选择控制。集中处理模式的操作，是建立在具体程序指令的基础上实施，以此满足计算机使用者的需求，CPU 在操作过程中可以根据实际情况进行选择，满足用户的数据流程需求。 指令控制技术发挥的重要作用。根据用户的需求来拟定运算方式，使数据指令动作的有序制定得到良好维持。CPU在执行当中，程序各指令的实施是按照顺利完成，只有使其遵循一定顺序，才能计算机使用效果。CPU 主要是展开数据集自动化处理，其 是实现集中控制的关键，其核心就是指令控制操作。 [2]
（2）插入控制。CPU 对于操作控制信号的产生，主要是通过指令的功能来实现的，通过将指令发给相应部件，达到控制这些部件的目的。实现一条指令功能，主要是通过计算机中的部件执行一序列的操作来完成。较多的小控制元件是构建集中处理模式的关键，目的是为了更好的完成CPU数据处理操作。 [2]
（3）时间控制。将时间定时应用于各种操作中，就是所谓的时间控制。在执行某一指令时，应当在规定的时间内完成，CPU的指令是从高速缓冲存储器或存储器中取出，之后再进行指令译码操作，主要是在指令寄存器中实施，在这个过程中，需要注意严格控制程序时间。

虽然PLC所使用之阶梯图程式中往往使用到许多继电器、计时器与计数器等名称，但PLC内部并非实体上具有这些硬件，而是以内存与程式编程方式做逻辑控制编辑，并借由输出元件连接外部机械装置做实体控制。因此能大大减少控制器所需之硬件空间。实际上PLC执行阶梯图程式的运作方式是逐行的先将阶梯图程式码以扫描方式读入CPU 中并后执行控制运作。在整个的扫描过程包括三大步骤，“输入状态检查”、“程式执行”、“输出状态更新”说明如下：
步骤一“输入状态检查”：PLC检查输入端元件所连接之各点开关或传感器状态（1 或0 代表开或关），并将其状态写入内存中对应之位置Xn。步骤二“程式执行”：将阶梯图程式逐行取入CPU 中运算，若程式执行中需要输入接点状态，CPU直接自内存中查询取出。输出线圈之运算结果则存入内存中对应之位置，暂不反应至输出端Yn。步骤三“输出状态更新”：将步骤二中之输出状态更新至PLC输出部接点，并且重回步骤一。 此三步骤称为PLC之扫描周期，而完成所需的时间称为PLC 之反应时间，PLC 输入讯号之时间若小于此反应时间，则有误读的可能性。每次程式执行后与下一次程式执行前，输出与输入状态会被更新一次，因此称此种运作方式为输出输入端“程式结束再生”。

(3)线性优励磁控制LOEC。为了进一步改善电力系统小干扰稳定及动态品质， 70年代初，国际上一些学者提出了线性优控制方式LOEC。80年代清华大学对此进 行了研究，研制成功工业样机，经由天津电气传动研究所、武汉洪山电工研究所制造生产的产品，已在碧口、刘家峡、白山、红石等水电站的机组上投入运行。有资料说明， 结合实际计算，这种励磁调节方式，可将系统动态稳定极限角δm提高到127°。但是， 它是基于系统全状态量的优线性反馈的，要求状态量能实际测量，从而给实际应用带来了困难。而且将其应用于多机电力系统励磁控制设计时，不能得到分散的优控制规 律，只能得到次优的控制方案，这不能不是一种缺陷，在非线性系统中，一旦偏离了设计工况，优控制就不存在了。
(4)零动态多变量励磁控制ZDEOC。ZDEOC的设计原则是仅仅输出状态量的 动态品质在任何时刻都是优的，即系统输出状态量的动态偏差Y (t)在任何时候都 趋于零，即，当t≥0时，Y (t) =0。而对其发电机的其他状态，即内部状态，无须 苛求，只求稳定即可。这种调节规律系由清华大学提出，在电力自动化研究院电气控制 技术所生产SJ800微机励磁调节器上配置，已在动模上作了单机无穷大系统试验，证明 能有效改善远距离输电系统稳定性，现已在岩滩水电站300MW机组上投入运行。
非线性多变量励磁控制NEC
NEC在设计中，对于小干扰和大干扰，都采用电力系统的非线性模型。应用微 分几何方法对电力模型(可表示为一个标准的仿射非线性系统)进行线性化，寻找适 当的坐标变换及非线性状态反馈，使系统转化为一个完全可控的线性系统，由此求出线性 优控制，从而求得非线性控制。经变量代换，终得出非线性优控制规律NOEC。
清华大学用这种NEC的理论和方法设计并研究成功GEC-1型微机非线性励磁控 制器，它一举解决了电力系统小干扰与大干扰控制的统一性、控制对电网参数的鲁棒 性、分散优控制等三个关键问题，有利于提高输电系统的安全稳定水平。
GEC-1型微机非线性励磁控制器，从1994年11月起已经在丰满水电站一台容量为 85MW的水轮发电机组和10台容量为100～200MW的汽轮发电机上成功地运行。西北电网的稳定仿真计算表明，依靠这种控制器不仅抑制了西电东送所出现的弱阻尼振荡，而且还 提高了东电西送动态稳定极限。对三峡工程机组励磁方式的研究表明，采用NEC方式，在 各种运行方式下，都能提供很强的人工阻尼，在提高系统暂态和静态稳定方面，均优于目前 的所有PSS和LOEC。以单机对无穷大系统的为例，静态稳定极限比采用PID方式提高 35.7%，比采用PSS方式提高7.1%，比采用LOEC方式提高15.7%;暂态稳定极限比采用 PID方式提高38%，比采用PSS方式提高4.7%，比采用LOEC方式提高14.2%。

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