[發明專利]一種EAST快控電源給定信號預測方法及其應用

有效

• 申請號: 201510018555.3
• 申請日: 2015-01-14
• 公開（公告）號: CN104518649B
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 黃海宏;常越萌;王海欣;汪鳳鳳
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H02M1/08
• 分類號: H02M1/08
• 代理公司: 安徽省合肥新安專利代理有限責任公司 34101
• 代理人: 何梅生

本發明公開了一種EAST快控電源給定信號預測方法及其應用，其特征是采用預測控制算法，對EAST快控電源給定信號進行預測，得到等離子體控制系統PCS的預測給定信號，利用預測給定信號和反饋信號的差值進行比例調節計算，獲得功率管的PWM波的占空比，實現超前調節。本發明有效提高了主動反饋電源的快速響應能力，提升主動反饋的控制效果。

技術領域

本發明涉及一種EAST快控電源給定信號預測方法及其應用。

背景技術

超導托卡馬克裝置是一種利用磁約束和真空絕熱來實現受控核聚變的環形容器，它使得磁約束位形的連續穩態運行成為現實。等離子體在高拉長比位形下的垂直不穩定位移是托卡馬克裝置必須要克服的問題。

Tokamak等離子體垂直位移主動反饋控制器通過對等離子體垂直位移進行檢測，計算快速控制電源的給定信號，由快速控制電源(簡稱快控電源)對主動反饋線圈勵磁，產生快速變化的磁場來維持等離子體在垂直方向上的穩定性。其給定電壓信號與快控電源輸出電流成線性對應關系，±10V對應±9000A。即給定信號為10V時，要求快控電源輸出9000A；若給定信號為-5V，則要求快控電源輸出-4500A。若等離子體發生很小位移，而等離子體的控制系統(Plasma Control System，簡稱為PCS)能準確、快速地為電源發出指令，電源能快速建立所需要的磁場，這時只要很小的電流就可將等離子體拉回到平衡位置；反之電源系統要輸出很大電流，通過強大的磁場促使等離子體回到平衡位置。對電源系統來說，主動反饋線圈是一個近似于電阻很小的純感性負載，為提高線圈的電流變化率，則要求電源能夠輸出足夠高的電壓，故在主動反饋線圈耐壓耐流的允許范圍內，對于快控電源的輸出電壓和電流的能力要求不斷提高。而對于應用于電源系統的功率器件而言，隨著電壓和電流的提高，受制于開關損耗的影響，器件所允許的開關頻率急劇下降。快控電源的工作方式為電源控制器按開關頻率實時采集PCS的給定信號，經計算后發出功率器件所需的脈寬控制信號，功率器件根據控制信號導通和關斷，建立線圈所需的電流，即從給定信號到來到電流建立需要一定的時間，該時間包含控制器的采樣延遲時間、計算時間和電流建立時間，其中電流建立時間與電源輸出電壓能力相關，而控制器的采樣延遲時間和計算時間屬于電源的響應速度，而開關頻率會影響到電源的響應速度。考慮到采樣時刻和給定信號到來時刻的最大差異，電源系統對于給定信號響應的最長時間是1.5倍的開關周期，設電源的器件開關頻率為5kHz，則對于給定信號響應的最長時間是0.3ms，即從給定信號到來到電源輸出電壓最長的延時時間是0.3ms。由于快控電源目前采用的是上述的滯后控制方式，控制器的采樣延遲時間和計算時間受制于功率器件的開關頻率，為能夠迅速的建立主動反饋線圈的電流，對電源輸出電壓的能力不斷提高；為在等離子體發生較大偏移時能夠建立足夠的將等離子體拉回到平衡位置的磁場，對電源輸出電流的能力不斷提高。即要求電源中所采用的功率器件耐電壓和通電流能力不斷提高，而受制于開關損耗，功率器件的允許開關頻率則持續下降，造成電源響應速度持續下降，形成一個矛盾，故只能在開關頻率與器件容量之間尋求平衡。

發明內容

本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種EAST快控電源給定信號預測方法及其應用，使得針對EAST裝置等離子體垂直不穩定的復雜情況，采用預測控制算法，對PCS向主動反饋快速電源發出的指令進行預測控制，縮短電源控制器的采樣延遲時間和計算時間，實現超前調節，以提高主動反饋電源的快速響應能力，進而提升主動反饋控制效果。

本發明為解決技術問題采用如下技術方案：

本發明EAST快控電源給定信號預測方法的特點是按如下步驟進行：

對于由等離子體控制系統PCS發送給EAST快控電源的電壓信號進行提升，獲得非負信號，對于所述非負信號按照0.2ms的采樣周期進行實時采集，獲得由四個采集數據組成的采集數據序列X⁽⁰⁾，X⁽⁰⁾＝{x⁽⁰⁾(1),x⁽⁰⁾(2),x⁽⁰⁾(3),x⁽⁰⁾(4)}；