宽电流范围交流恒流源补偿型控制策略的制作方法
【专利摘要】一种宽电流范围交流恒流源补偿型控制策略。该恒流源分别从变压器二次边多个电流传感器中选通一路作为外环电流输入，从变压器一次边多个电流传感器中选通一路作为内环电流输入，将1号PID计算的输出信号作为输入，经过补偿电路计算后，输出信号作为2号PID计算的输入信号。控制电路经过补偿后，能够完全消除1号PID计算中的直流分量，消除变压器饱和问题，增加系统动态响应，适应极宽负载阻值。
【专利说明】宽电流范围交流恒流源补偿型控制策略
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种宽电流范围交流恒流源控制策略，能够适应极宽阻值范围负载，尤其是能够消除直流误差分量，提升恒流源的动态响应性能。
【背景技术】
[0002]目前，交流电流源行业普遍使用电力电子技术的SPWM逆变结构，其中控制策略多采用单电流环PID控制策略，或者双电流环PID控制策略。对于单电流环PID控制策略，存在动态响应慢，变压器易饱和的缺点；对于双电流环PID控制策略，第一级PID容易产生直流误差分量，造成变压器饱和，而且恒流源的响应性能无法进一步提升，适应负载范围较窄。
[0003]为了克服现有交流恒流源的响应慢，变压器易饱和，输出存在直流分量，适应负载范围较窄的缺点，本发明提供一种宽电流范围恒流源补偿型控制策略，该控制策略不仅能够使电源输出的交流电流精度高，动态响应快，而且能够消除PID控制中的直流分量，消除变压器饱和问题，使恒流源可以适应极宽阻值范围的负载。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:变压器二次边和一次边分别采用I个或多个电流传感器采集变压器二次边电流及变压器一次边电流，控制开关器件分别选通一个变压器一次边电流和一个变压器二次边电流进入控制系统。将变压器二次边电流和电流参考给定分别接入I号PID的输入端，将I号PID的输出信号I接入补偿函数的输入端。当控制系统满足增益要求时，补偿函数的输出信号2直接接到2号PID的输入端，当控制系统不满足增益要求时，将补偿函数的输出信号2经过比例运算放大器运算后接到2号PID的输入端，同时将变压器一次边电流也接入2号PID的输入端。2号PID的输出信号3接入SPWM发生电路，SPWM发生电路输出单极性或双极性SPWM信号。
[0005]该控制策略效益是:当第一级PID输出存在直流误差分量时，补偿函数能够消除其中的直流误差分量，从而消除最终SPWM驱动波形频谱中的直流分量，消除变压器饱和问题。同时补偿函数调整了恒流源的传递函数，提升了系统的响应速度，动态性能，适应宽范围负载的能力。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0007]图1是本发明的控制原理图。
[0008]图2是补偿型控制策略第一个实施例的等效模拟电路图。
[0009]图3是补偿型控制策略第一个实施例的数字算法流程图。
[0010]图4是图2电路在特定阻值和容值下的波特图。
[0011]图5是图2传递函数在特定阻值和容值下的阶跃响应。
【具体实施方式】[0012]在图1中，变压器二次边和一次边分别采用I个或多个电流传感器采集变压器二次边电流及变压器一次边电流，控制开关器件分别选通一个变压器一次边电流和一个变压器二次边电流进入控制系统。将变压器二次边电流和电流参考给定分别接入I号PID的输入端，将I号PID的输出信号I接入补偿函数的输入端。当控制系统满足增益要求时，补偿函数的输出信号2直接接到2号PID的输入端，当控制系统不满足增益要求时，将补偿函数的输出信号2经过比例运算放大器运算后接到2号PID的输入端，同时将变压器一次边电流也接入2号PID的输入端。2号PID的输出信号3接入SPWM发生电路，SPWM发生电路输出单极性或双极性SPWM信号。
[0013]在图2所示实施例中，补偿函数的等效模拟电路表达主要由运算放大器Ul及补偿电阻电容构成。将电阻Rl和电容Cl串联，接入运算放大器Ul的反相输入端，另一端接I号PID输出信号I ;电阻R2接入运算放大器Ul的同向输入端，另一端接地；将电阻R3和电容C2并联，串接在运算放大器Ul的反相输入端和输出端之间；运算放大器的输出端作为补偿控制电路的输出信号2。
[0014]在图3所示的补偿函数数字实现方案中，整个补偿函数的采样周期为T，e(k)为I号PID输出信号I的当前值，e (k-Ι)为I号PID输出信号I的前一次采样值，K为补偿参数(由图2中Rl、R3、Cl和C2共同决定)。每一个采样周期到来时，将当前值e (k)传给e (k-Ι)，将I号PID的输出信号I传给e (k)，并且将e (k)与e (k_l)的差值乘以K作为补偿函数的输出信号2。
[0015]在图4中，补偿函数的波特图受所选则的电阻电容参数的影响会发生改变，但是基本波形均呈现出抛物线形。本发明的第一个实施例中数据点I体现了补偿函数对直流分量的衰减作用，第一个实施例的衰减作用大与_50dB。数据点2是剪切频率点，数据点3是最大增益点，数据点4是第二个过零点，补偿函数的增益波形整体呈现抛物线形，有两个过零点(数据点2和数据点4)，一个最大值点(数据点3)，峰值处波形大于0，其余波形小于
O0
[0016]在图5中，补偿函数的阶跃响应受所选的电阻电容参数的影响会发生该改变，但是基本波形均呈现出一个过冲后，逐渐归零的特性。本发明的第一个实施例中补偿函数的阶跃响应在输入幅度为I的阶跃响应下，系统在3.31ms达到最大增益10.7倍。当阶跃响应输入为-1时，整个波形沿时间Time轴对称。
【权利要求】
1.一种宽电流范围交流恒流源补偿型控制策略，其电路特征是:变压器二次边和一次边分别采用I个或多个电流传感器采集变压器二次边电流及变压器一次边电流，控制开关器件分别选通一个变压器一次边电流和一个变压器二次边电流进入控制系统。将变压器二次边电流和电流参考给定分别接入I号PID电路去掉的输入端，将I号PID的输出信号I接入补偿函数的输入端。当控制系统满足增益要求时，补偿函数的输出信号2直接接到2号PID的输入端，当控制系统不满足增益要求时，将补偿函数的输出信号2经过比例运算放大器运算后接到2号PID的输入端，同时将变压器一次边电流也接入2号PID的输入端。最终通过2号PID的输出信号3产生单极性或者双极性的SPWM信号。2号PID的输出信号3接入SPWM发生电路，SPWM发生电路输出单极性或双极性SPWM信号。
2.如权利要求1所述的宽电流范围交流恒流源补偿型控制策略，其等效模拟电路特征是:将电阻Rl和电容Cl串联，接入运算放大器Ul的反相输入端，另一端接I号PID输出信号I ;电阻R2接入运算放大器Ul的同向输入端，另一端接地；将电阻R3和电容C2并联，串接在运算放大器Ul的反相输入端和输出端之间；运算放大器的输出端作为补偿控制电路的输出信号2。
3.如权利要求1所述的宽电流范围交流恒流源补偿型控制策略，其数字控制程序特征是:补偿函数的采样周期为T，e (k)为I号PID输出信号I的当前值，e (k_l)为I号PID输出信号I的前一次采样值，K为补偿参数(由图2中Rl、R3、Cl和C2共同决定)。每一个采样周期到来时，将当前值e (k)传给e (k-Ι)，将I号PID的输出信号I传给e (k)，并且将e(k)与e(k-l)的差值乘以K作为补偿函数的输出信号2。
4.如权利要求1所述的宽电流范围交流恒流源补偿型控制策略，其波特图特征是:补偿函数的增益波形整体呈现抛物线形，有两个过零点(数据点2和数据点4)，一个最大值点(数据点3)，峰值处波形大于O，其余波形小于O。
5.如权利要求1所述的宽电流范围交流恒流源补偿型控制策略，其阶跃特征是:补偿函数在输入幅度为I的阶跃响应下，呈现出一个过冲后，逐渐归零。当阶跃响应输入为-1时，整个波形沿时间Time轴对称。
6.如权利要求1所述的开关器件使用继电器接触器等机械开关，或使用光继电器，或其他电子元件组合成的开关。
【文档编号】G05B11/42GK103729008SQ201210385567
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2012年10月12日 优先权日:2012年10月12日
【发明者】丁印福, 周凤兰 申请人:沈阳君印科技有限公司