[發明專利]一種多路輸出的磁軸承開關功放數字單周期控制方法

有效

• 申請號: 201410064335.X
• 申請日: 2014-02-25
• 公開（公告）號: CN103825480A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 劉程子;鄧智泉;李克翔;周杰
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H02M7/483
• 分類號: H02M7/483;H02N15/00;F16C32/04
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

技術領域

本發明屬于功率放大器領域，特別涉及了一種多路輸出的磁軸承開關功放數字單周期控制方法。

背景技術

應用于五自由度磁懸浮軸承系統的開關功放系統，普遍都需要五路獨立的開關功放，其控制系統的復雜、龐大和成本較高成為制約磁懸浮軸承發展的關鍵因素。將六橋臂五路輸出開關功放電路拓撲作為五自由度的磁懸浮軸承的開關功放主要電路，不僅可實現五路獨立的輸出，驅動五個自由度所有控制繞組，而且與五個獨立的全橋功放相比，只需要其3/5的開關管就能實現對五自由度的控制，成本得以降低。

現有的六橋臂五路輸出開關功放的控制方法，例如傳統的PWM調節，電流滯環控制，采樣-保持控制以及最小脈寬調制的方法等，都是需要對各路負載橋臂和公共橋臂分別進行的算法控制，才能實現五路電流的輸出。由于負載橋臂和公共橋臂需要兩套獨立的控制算法，因此這些方法都十分的復雜，實現困難，在運算處理中占用大量的DSP芯片資源。其中公共橋臂的控制受到五路輸出電流不同極性的制約，現有的控制方法都無法實現五路電流的完全解耦控制，特別當系統出現突變的時候，出現的瞬時過沖，需要幾個開關周期才能建立新的穩態，抗擾動的能力差。

單周期控制技術是由美國學者Keyue?M.Smedley?和Slobodan?Cuk提出的，它的基本思想是在每個開關周期內控制開關管的占空比，使開關變量的穩態平均值或瞬態平均值等于參考量或與參考量成比例。單周期控制可以消除每個周期內的誤差，使得輸出有效地跟蹤參考信號，具有響應速度快，魯棒性好的特點，目前單周控制的應用已經涉及到各種領域，如功率因素校正，濾波器，不間斷電源，逆變器等。近年來，學者對單周期控制的理論應用等方面都進行了深入的研究，但是對多橋臂開關功放的應用還未見相關的文獻。

發明內容

本發明的目的是針對現有N+1橋臂N路輸出開關功放(例如六橋臂五路輸出開關功放)控制方法存在的缺陷，結合單周期控制的特點和數字控制的優勢，將單周期控制算法應用于開關功放控制中，提供了一種多路輸出的磁軸承開關功放數字單周期控制方法，它具有動態響應快，抗擾動能力強，控制方法簡單等優點。

為了實現上述的技術目的，本發明的技術方案為：

一種多路輸出的磁軸承開關功放數字單周期控制方法，該方法適用于任何N+1橋臂N路輸出的磁軸承開關功率放大器，N為大于等于2的自然數，包括如下步驟：

第一步：將N+1橋臂N路輸出開關功率放大器輸出的N路電感電流：第1電感電流、第2電感電流、…、第N電感電流分別采樣調理后轉換為N路模擬信號：第1模擬信號、第2模擬信號、…、第N模擬信號，再將N路模擬信號分別經模數轉換轉變為N路數字信號：第1數字信號、第2數字信號、…、第N數字信號；

第二步：將給定的N路電流:第1給定電流、第2給定電流、…、第N給定電流分別經采樣調理后轉換為N路模擬給定信號：第1給定模擬信號、第2給定模擬信號、…、第N給定模擬信號，再將N路給定模擬信號分別經模數轉換轉變為N路給定數字信號：第1給定數字信號、第2給定數字信號、…、第N給定數字信號；

第三步：將N+1橋臂N路輸出開關功率放大器的直流母線電壓經采樣調理后轉換為直流母線電壓模擬信號，再將直流母線模擬信號經過模數轉換轉變為直流母線電壓數字信號；

第四步：確定公共橋臂上管占空比與下管占空比的取值，公共橋臂上管占空比與下管占空比為互補信號，均為固定值，取值范圍是大于等于0，小于等于1；

第五步：將第一步所述N路數字信號、第二步所述N路給定數字信號以及第三步所述直流母線電壓數字信號經單周期核心算法得到N+1橋臂N路輸出開關功率放大器的N路負載橋臂的上管占空比信號：第1上管占空比信號、第2上管占空比信號、…、第N上管占空比信號，以及分別與之互補的下管占空比信號：第1下管占空比信號、第2下管占空比信號、…、第N下管占空比信號，所述單周期核心算法計算公式為：

第六步：?將第五步所述N路負載橋臂上管占空比信號與下管占空比信號以及第四步所述公共橋臂上管占空比信號與下管占空比信號經DSP控制器輸出脈寬調制信號至驅動電路控制N+1橋臂N路輸出開關功率放大器開關管的通斷，調節開關功放的電流輸出。

采用上述技術方案帶來的有益效果是：