一种用于提高电镀电源输出电流频率的前馈控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电镀电源的控制领域，具体为一种用于提高电镀电源输出电流频率的 前馈控制方法。
【背景技术】
[0002] 电镀是非常重要且历史悠久的传统工业，高频电源是一个非常有前景的研究领 域。由于电镀是将金属离子在被镀材料表面均匀的覆盖，因而只有电源频率越高的电源才 可能电镀的更加均匀。考虑到电镀的厚度、部位、密度的不同，所以需要随时改变电镀电流 大小。
[0003] 电镀电源输出电流的研究对于电化学工业的发展有着重要的意义。通常，采用模 拟芯片控制的电镀电源，只能输出频率极低并且波形较为简单的电流。采用数字控制的电 镀电源则是在脉冲换向电源的基础上改进了电源输出特性，它不仅能够和脉冲换向电源一 样调节电流的方向、大小、占空比，还可以按照一定的规律输出连续的电流。电化学工业需 求电流大，且输出电流频率高，而电流频率的提升是电镀电源需要解决的一个难题。目前在 该领域用到的控制方法里，使用前馈控制方法的较少，而且大多对资源的开销较大，成本较 尚，实用性不尚。
[0004] 现有技术中的前馈控制为了满足其控制需求，通常采用如下方案，第一种是，采用 两个不同的前馈通路，因此其需要预先做判定控制系统由哪个控制环路组成。当判定大于 某一值时采用第一组前馈系数，当判定小于某一值时采用第二组前馈系数。其控制的复杂 性高，开销大。第二种是，需要通过设置的电流归一化模块对不一致的负载电流和电感电流 进行处理，需要进行匹配并且需要进行归一化处理，前馈控制方法的运算时间长。第三种 是，需要对负载变化进行预判，并进行编程处理。第四种是，需要计算出误差信号从而相关 生成原边和副边的前馈控制信号，其控制方法的复杂，计算的延时长。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种成本低，资源开销小，用于提高电镀 电源输出电流频率的前馈控制方法。
[0006] 本发明是通过以下技术方案来实现：
[0007] -种用于提高电镀电源输出电流频率的前馈控制方法，包括如下步骤，
[0008] (1)初始化，在无反馈工况下计算出前馈调节器Dn(s);
[0009] (2)电镀电源中定时器中断后，输入参考信号I"f，通过前馈调节器队⑷得到前馈 输出信号df;
[0010] (3)通过采集输出电流L经反馈通道传递函数Gf(s)和反馈调节器传递函数 Gjs)后得到反馈调节器输出信号db;
[0011] (4)将前馈输出信号df与反馈调节器输出信号db相加得到PWM环节输入信号d， 并由此得到占空比D(t);
[0012] (5)通过占空比D(t)控制主回路传递函数Gd(s)，完成电镀电源输出电流的前馈 控制。
[0013] 优选的，步骤⑴中，前馈调节器Dn(s)满足以下关系式，，其 中，Gp(s)为PWM环节的传递函数。
[0014] 优选的，步骤⑵中，前馈输出信号df满足如下关系，
[0015]df=Dn(s)XIref〇
[0016] 优选的，步骤（3)具体包括如下步骤，
[0017] 3. 1采集输出电流L通过反馈通道传递函数Gf(s)得到反馈电流信号Ifb;
[0018] 3. 2将参考信号Iraf和输出电流u相减得到误差信号I
[0019] 3. 3将误差信号L经反馈调节器传递函数Gjs)后得到反馈调节器输出信号db。
[0020] 进一步，步骤3. 1中，反馈电流信号Ifb满足如下关系式，
[0021]Ifb=iLXGf (s)〇
[0022] 进一步，步骤3. 3中，反馈调节器输出信号db满足如下关系式，db=IgXGjs)= (Iref-Ifb)XGc(s)〇
[0023] 与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
[0024] 本发明将给定的参考电流信号通过前馈通道与反馈信号相加得到控制信号，发送 至PWM环节输入端，通过前馈通道将参考电流信号提前发送到PWM环节输入端，以抵消反馈 信号的延迟。具体的，在无反馈工况的情况下就能够得到前馈调节器，因此不需要对负载的 变化进行预判，增加了系统的稳定性，使系统更不容易引起震荡；只通过一个前馈控制通路 完成对前馈输出信号的产生，从而节省了系统生成判定参数所需要的时间，降低了程序的 复杂性，提高了可靠性；最后通过得到的用占空比控制功率主电路功率器件，完成了简单， 可靠，快速，低成本的前馈控制，更加适合用于提高电镀电源为一阶电流源输出电流频率。
[0025] 进一步的，通过只控制负载电流一个变量得到反馈调节器输出信号，从而不需要 进行匹配，降低了控制方法的实现难度，提高了响应速度和控制精度。
【附图说明】
[0026] 图1是本发明实例中所述的控制方法的流程图。
[0027] 图2是本发明实例中所述的控制方法的控制框图。
[0028]图3是本发明实例中所述的控制方法应用于电镀电源的系统拓扑图。
[0029] 图4是未采用本发明所述方法控制的输出电流波形。
[0030] 图5是采用本发明所述方法控制的输出电流波形。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而 不是限定。
[0032] 本发明提供一种用于提高电镀电源输出电流频率的前馈控制方法，该方法将给定 的参考电流信号通过前馈通道与反馈信号相加，提前将参考电流信号发送至PWM环节输入 端，以抵消反馈信号的延迟。这样，系统大大提高电镀电源装置的响应速度，从而提高了电 镀电源的输出电流频率。该方法对输出为脉宽可调的脉冲波形具有较好的控制效果。如图 1和图2所示，其包括如下步骤，
[0033] (1)在无反馈工况下计算出前馈调节器Dn(s);进行初始化
[0034] (2)系统定时器中断则输入参考信号Iraf，通过前馈调节器Dn(s)输出前馈输出信 号df;
[0035] (3)采集输出电流L通过反馈通道传递函数Gf(s)得到反馈电流信号Ifb;
[0036] (4)将步骤⑵中的Iraf和步骤⑶中的i^相减得到误差信号I^
[0037] (5)将步骤（4)中的误差信号L与反馈调节器传递函数Gjs)相乘得到反馈调节 器输出信号db;
[0038] (6)将步骤⑵中的df与步骤（5)中的db相加得到PWM环节输入信号d;
[0039] (7)将步骤（6)中的d乘以PWM环节的传递函数Gp(s)，得到占空比D(t);通过占 空比D(t)控制主回路传递函数Gd(s)，完成电镀电源输出电流的前馈控制。
[0040] 本优选实施例中电镀电源的拓扑结构如图3所示。该变换器主要由两级拓扑组 成，前级是移相全桥拓扑，四个开关管分别是Ql、Q2、Q3、Q4;后级是四象限斩波器拓扑，四 个开关管分别是Ml、M2、M3、M4。
[0041]其中输出电感Lf为20μH，辅助电感k为5μH，变压器变比为16:1，输出电压幅 值24V，负载&为0. 048Ω。Ql、Q2、Q3、Q4的开关频率为20kHz。
[0042] 根据实施例电镀电源系统参数，可确定图2中的Gd(s)、Gp(s)、Gf (s)和Gjs)传递 函数表达式，分别为：
[0043]
Ο
[0044] 根据Gp(s)和6士），可得
·。忽略微分环节，可以得出：Dn(s) =0.2。其中，s为系统传递函数的频域自变量；根据输入参考信号Iraf和前馈调节 器Dn(s)，可以得出：df=Dn(s)XIraf= 0. 21 。根据输出电流:^和反馈通道传递函
数Gf(s)，可以得出 根据输入参考信号1^和输出电 ：〇· 流L可以得出山=根据误差信号IJPGjs)传递函数表达式，可以得出：
[0045] 根据步骤⑵中的df和步骤（5)中的db，可以得出Φ+如邮)A+=0U偷
[0046] 根据步骤(6)中的(1和(^)传递函数表达式，可以得出：P(f) =Jxfi(.；)^.4?"，fl08.S/.x15yU)45 + 1 ?-y "
[0047] 未采用前馈控制方法的输出电流波形如图4所示。图5为采用前馈控制方法的输 出电流波形。通过比较图4和图5可得，采用前馈控制方法后，电镀电源输出电流响应速度 较快，波形更加平滑稳定。
【主权项】
1. 一种用于提高电镀电源输出电流频率的前馈控制方法，其特征在于，包括如下步骤， (1) 初始化，在无反馈工况下计算出前馈调节器〇"(8); (2) 电镀电源中定时器中断后，输入参考信号I"f，通过前馈调节器队(8)得到前馈输出 信号df; (3) 通过采集输出电流L经反馈通道传递函数Gf(s)和反馈调节器传递函数Gjs)后 得到反馈调节器输出信号db; (4) 将前馈输出信号df与反馈调节器输出信号db相加得到PWM环节输入信号d，并由 此得到占空比D(t); (5) 通过占空比D(t)控制主回路传递函数Gd(s)，完成电镀电源输出电流的前馈控制。2. 根据权利要求1所述一种用于提高电镀电源输出电流频率的前馈控制方法，其特征在于：步骤（1)中，前馈调节器Dn(s)满足以下关系式， 1其中，Gp(s)为 PWM环节的传递函数。3. 根据权利要求1所述一种用于提高电镀电源输出电流频率的前馈控制方法，其特征 在于，步骤（2)中，前馈输出信号df满足如下关系，4. 根据权利要求1所述一种用于提高电镀电源输出电流频率的前馈控制方法，其特征 在于，步骤（3)具体包括如下步骤， 3. 1采集输出电流L通过反馈通道传递函数Gf(s)得到反馈电流信号Ifb; 3. 2将参考信号Iraf和输出电流u相减得到误差信号I 3. 3将误差信号L经反馈调节器传递函数G。(幻后得到反馈调节器输出信号db。5. 根据权利要求4所述一种用于提高电镀电源输出电流频率的前馈控制方法，其特征 在于：步骤3. 1中，反馈电流信号Ifb满足如下关系式， Ifb= i LXGf(s) 〇6. 根据权利要求4所述一种用于提高电镀电源输出电流频率的前馈控制方法， 其特征在于：步骤3.3中，反馈调节器输出信号4满足如下关系式，1=1\6。(8)=
【专利摘要】本发明一种用于提高电镀电源输出电流频率的前馈控制方法，其包括如下步骤，(1)初始化，在无反馈工况下计算出前馈调节器；(2)电镀电源中定时器中断后，输入参考信号，通过前馈调节器得到前馈输出信号；(3)通过采集输出电流，经反馈通道传递函数和反馈调节器传递函数Gc(s)后得到反馈调节器输出信号；(4)将前馈输出信号df与反馈调节器输出信号db相加得到PWM环节输入信号，并由此得到占空比；(5)通过占空比控制主回路传递函数，完成电镀电源输出电流的前馈控制。将给定的参考电流信号通过前馈通道与反馈信号相加得到控制信号，发送至PWM环节输入端，通过前馈通道将参考电流信号提前发送到PWM环节输入端，以抵消反馈信号的延迟。
【IPC分类】H02M1/00
【公开号】CN105281548
【申请号】CN201510816977
【发明人】贺俊, 李侠, 王弋飞, 裴云庆
【申请人】中国西电电气股份有限公司
【公开日】2016年1月27日
【申请日】2015年11月20日