[發明專利]寬電流范圍交流恒流源補償型控制方法

有效

• 申請號: 201210385567.6
• 申請日: 2012-10-12
• 公開（公告）號: CN103729008B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 丁印福;周鳳蘭
• 申請（專利權）人: 沈陽君印科技有限公司
• 主分類號: G05F1/565
• 分類號: G05F1/565;G05B11/42
• 代理公司: 沈陽科威專利代理有限責任公司21101
• 代理人: 楊濱

技術領域

本發明涉及一種寬電流范圍交流恒流源控制方法，能夠適應極寬阻值范圍負載，尤其是能夠消除直流誤差分量，提升恒流源的動態響應性能。

背景技術

目前，交流電流源行業普遍使用電力電子技術的SPWM逆變結構，其中控制方法多采用單電流環PID控制方法，或者雙電流環PID控制方法。對于單電流環PID控制方法，存在動態響應慢，變壓器易飽和的缺點；對于雙電流環PID控制方法，第一級PID容易產生直流誤差分量，造成變壓器飽和，而且恒流源的響應性能無法進一步提升，適應負載范圍較窄。

為了克服現有交流恒流源的響應慢，變壓器易飽和，輸出存在直流分量，適應負載范圍較窄的缺點，本發明提供一種寬電流范圍恒流源補償型控制方法，該控制方法不僅能夠使電源輸出的交流電流精度高，動態響應快，而且能夠消除PID控制中的直流分量，消除變壓器飽和問題，使恒流源可以適應極寬阻值范圍的負載。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：變壓器二次邊和一次邊分別采用1個或多個電流傳感器采集變壓器二次邊電流及變壓器一次邊電流，控制開關器件分別選通一個變壓器一次邊電流和一個變壓器二次邊電流進入控制系統。將變壓器二次邊電流和電流參考給定分別接入1號PID的輸入端，將1號PID的輸出信號1接入補償函數的輸入端。當控制系統滿足增益要求時，補償函數的輸出信號2直接接到2號PID的輸入端，當控制系統不滿足增益要求時，將補償函數的輸出信號2經過比例運算放大器運算后接到2號PID的輸入端，同時將變壓器一次邊電流也接入2號PID的輸入端。2號PID的輸出信號3接入SPWM發生電路，SPWM發生電路輸出單極性或雙極性SPWM信號。

該控制方法效益是：當第一級PID輸出存在直流誤差分量時，補償函數能夠消除其中的直流誤差分量，從而消除最終SPWM驅動波形頻譜中的直流分量，消除變壓器飽和問題。同時補償函數調整了恒流源的傳遞函數，提升了系統的響應速度，動態性能，適應寬范圍負載的能力。

附圖說明

下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。

圖1是本發明的控制原理圖。

圖2是補償型控制方法第一個實施例的等效模擬電路圖。

圖3是補償型控制方法第一個實施例的數字算法流程圖。

圖4是圖2電路在特定阻值和容值下的波特圖。

圖5是圖2傳遞函數在特定阻值和容值下的階躍響應。

具體實施方式

在圖1中，變壓器二次邊和一次邊分別采用1個或多個電流傳感器采集變壓器二次邊電流及變壓器一次邊電流，控制開關器件分別選通一個變壓器一次邊電流和一個變壓器二次邊電流進入控制系統。將變壓器二次邊電流和電流參考給定分別接入1號PID的輸入端，將1號PID的輸出信號1接入補償函數的輸入端。當控制系統滿足增益要求時，補償函數的輸出信號2直接接到2號PID的輸入端，當控制系統不滿足增益要求時，將補償函數的輸出信號2經過比例運算放大器運算后接到2號PID的輸入端，同時將變壓器一次邊電流也接入2號PID的輸入端。2號PID的輸出信號3接入SPWM發生電路，SPWM發生電路輸出單極性或雙極性SPWM信號。

在圖2所示實施例中，補償函數的等效模擬電路表達主要由運算放大器U1及補償電阻電容構成。將電阻R1和電容C1串聯，接入運算放大器U1的反相輸入端，另一端接1號PID輸出信號1；電阻R2接入運算放大器U1的同向輸入端，另一端接地；將電阻R3和電容C2并聯，串接在運算放大器U1的反相輸入端和輸出端之間；運算放大器的輸出端作為補償控制電路的輸出信號2。

在圖3所示的補償函數數字實現方案中，整個補償函數的采樣周期為T，e(k)為1號PID輸出信號1的當前值，e(k-1)為1號PID輸出信號1的前一次采樣值,K為補償參數(由圖2中R1、R3、C1和C2共同決定)。每一個采樣周期到來時，將當前值e(k)傳給e(k-1)，將1號PID的輸出信號1傳給e(k)，并且將e(k)與e(k-1)的差值乘以K作為補償函數的輸出信號2。

在圖4中，補償函數的波特圖受所選則的電阻電容參數的影響會發生改變，但是基本波形均呈現出拋物線形。本發明的第一個實施例中數據點1體現了補償函數對直流分量的衰減作用，第一個實施例的衰減作用大與-50dB。數據點2是剪切頻率點，數據點3是最大增益點，數據點4是第二個過零點，補償函數的增益波形整體呈現拋物線形，有兩個過零點(數據點2和數據點4)，一個最大值點(數據點3)，峰值處波形大于0，其余波形小于0。

在圖5中，補償函數的階躍響應受所選的電阻電容參數的影響會發生該改變，但是基本波形均呈現出一個過沖后，逐漸歸零的特性。本發明的第一個實施例中補償函數的階躍響應在輸入幅度為1的階躍響應下，系統在3.31ms達到最大增益10.7倍。當階躍響應輸入為-1時，整個波形沿時間Time軸對稱。