[發明專利]基于組合控制器的超聲電源相位差檢測裝置和方法

有效

• 申請號: 201710872505.0
• 申請日: 2017-09-25
• 公開（公告）號: CN107727931B
• 公開（公告）日: 2020-04-03
• 發明（設計）人: 程鑫;陳強;胡業發;吳華春;王曉光;張林;王博
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G01R25/00
• 分類號: G01R25/00
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 潘杰;胡藝

1.一種基于組合控制器的超聲電源相位差檢測方法，其特征在于，包括：

步驟1，將電流傳感器(1)的輸入端和電壓傳感器(2)的輸入端并聯在受控電壓源或信號發生器的輸出端，使定幅值的掃頻電壓信號以及電流信號輸入所述電流傳感器(1)和所述電壓傳感器(2)，獲取輸入電壓信號與輸出電壓信號的相頻特性曲線，以及輸入電壓與相位檢測電路輸出電壓相位信號的相位差其中k_U為頻率與相位滯后關系的比例系數，b_U為關系式中的常數項；以及輸入電流信號與輸出電流相位信號的相位差其中k_I為頻率與相位滯后關系的比例系數，b_I為關系式中的常數項；

步驟2，通過受控電壓源以及電流源分別在電壓相位檢測電路分別輸入不同幅值的定頻正弦的電壓信號以及電流信號，分別檢測輸入電壓信號與輸出電壓相位信號的相位滯后，以及檢測輸入電流信號與輸出電流相位信號的相位滯后；先通過信號發生器在電壓傳感器(2)的輸入端輸入不同幅值的正弦電壓信號，記錄對應的電壓幅值和電壓相位值得到第一組數據

通過電流放大器在電流傳感器(1)的輸入端輸入正弦電流信號，記錄對應的電流幅值和電流相位滯后，得到第二組數據

其中U₀至U_m為輸入電壓信號的幅值，至為電壓相位檢測電流的滯后，I₀至I_m為輸入電流信號的幅值，至為電流相位檢測電路的滯后值，m為·第m次測量的到的數據；

對第一組數據和第二組數據進行描點，并擬合，分別得到電壓相位反饋支路以及電流相位反饋支路的相位滯后與輸入信號幅值的表達式如下：

其中U為電壓信號的幅值，I為電流信號的幅值，n為任意的正整數，k_Un為電壓相位滯后表達式中對應n次項的系數，k_In為電流相位滯后表達式中對應n次項的系數，b_U0，b_I0分別為電壓和電流相位滯后表達式的常數項，得到換能器(13)工作中相位滯后誤差的表達式

步驟3，DSP(4)分別采樣電壓傳感器(2)以及電流傳感器(1)的輸出端，得到電壓U以及電流I的幅值，代入換能器(13)工作中相位滯后誤差的表達式得到要補償的相位差的值，檢測實際相位差則真實電壓電流相位差

2.根據權利要求1所述的基于組合控制器的超聲電源相位差檢測方法，其特征在于，還包括對檢測結果進行補償的步驟，具體包括：

判斷所述步驟3所得結果真實電壓電流相位差是否等于0，若是，則保持PWM頻率輸出，若否，

則進一步判斷真實電壓電流相位差是否超出相位差控制的有效范圍，若是，則重新掃頻鎖定頻率，若否，則進行PID運算精確調整PWM的輸出頻率。

3.一種利用如權利要求1或2所述方法進行基于組合控制器的超聲電源相位差檢測的裝置，其特征在于：包括電流傳感器電路和電壓傳感器電路，電流傳感器電路包括電流傳感器(1)，所述電流傳感器(1)的輸出端通過采樣電阻R3接地，電壓傳感器電路包括電壓傳感器(2)和差分放大電路；還包括相位檢測電路，所述相位檢測電路的第一輸入端連接所述電流傳感器(1)的輸出端，所述相位檢測電路的第一輸出端連接FPGA(3)芯片的一個輸入端；所述相位檢測電路的第二輸入端連接所述電壓傳感器電路的輸出端，所述相位檢測電路的第二輸出端連接所述FPGA(3)芯片的另一個輸入端；所述電流傳感器(1)的輸出端和所述電壓傳感器(2)的輸出端還連接DSP(4)芯片的兩個輸入端，所述FPGA(3)芯片和所述DSP(4)芯片相互連接。

4.根據權利要求3所述的基于組合控制器的超聲電源相位差檢測裝置，其特征在于：所述電流傳感器(1)的輸入端用于連接電流放大器，所述電壓傳感器(2)的輸入端用于連接受控電壓源或信號發生器。

5.根據權利要求3所述的基于組合控制器的超聲電源相位差檢測裝置，其特征在于：

所述相位檢測電路包括在所述第一輸入端和所述第一輸出端之間順次設置的第一阻抗隔離電路(5)、第一偏置電路(6)、第一電壓比較器電路(7)和第一電平轉換電路(8)；

還包括在所述第二輸入端和所述第二輸出端之間順次設置的第二阻抗隔離電路(9)、第二偏置電路(10)、第二電壓比較器電路(11)和第二電平轉換電路(12)。