[發明專利]基于數字式delta-sigma與PID的雙環控制方法及高精度交流電流源

有效

• 申請號: 202110322841.4
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113098523B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 張宇;魯博
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H03M3/00
• 分類號: H03M3/00;H02M7/5387
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 胡秋萍

1.一種基于數字式delta-sigma與PID的雙環控制方法，其特征在于，包括：

S1′，對待調節電路目標采樣點處的信號依次進行采樣、解碼及數字PID調節后輸出；

S2′，對所述待調節電路目標采樣點處的信號進行delta-sigma型AD采樣以得到單比特的數據流，當所述數據流的位數達到M位時，對所述M位數據流進行濾波解碼以得到一有效數據點，之后每采樣得到一數據流時，對當前最新采樣得到的M位數據流進行濾波解碼，得到相應的有效數據點，M為解碼所需數據流的位數；

S3′，對各所述有效數據點與數字PID調節后輸出的信號之間的差值進行積分、量化以轉化為控制信號；

S4′，根據所述控制信號控制所述待調節電路，使得所述目標采樣點處的信號等于預期信號；

其中，所述S1′之前還包括：

將數字式delta-sigma控制模型中的注入噪聲源替換為0到+∞范圍內變化的可變增益λ，并基于替換后的模型建立所述待調節電路的傳遞函數；

計算所述傳遞函數對應的特征方程，并根據所述特征方程中可變增益λ的變化計算繪制所述特征方程的根軌跡；

調節PID控制模型中的比例參數、積分參數和微分參數，直至所述特征方程的根軌跡中僅有一條非對稱的根軌跡沿著可變增益λ減小的方向穿越虛軸一次；

所述S1′中基于最后一次調節得到的比例參數、積分參數和微分參數進行數字PID調節。

2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述特征方程為：

其中，L為所述待調節電路中濾波電感的電感值，C為所述待調節電路中濾波電容的電容值，r為所述待調節電路中的綜合阻尼，K為所述待調節電路與積分器的等效增益，T₁為積分量化與逆變環節的時延，T₂為反饋通道的時延，k_fb為反饋通道的增益，k_p、k_i和k_d分別為所述比例參數、積分參數和微分參數。

3.一種基于數字式delta-sigma與PID雙環控制的電流源，其特征在于，包括：

逆變電路(1)，輸出端依次連接有LC濾波器和負載，所述負載通過采樣電阻連接至地，所述LC濾波器用于對所述逆變電路(1)輸出端的電流信號進行LC濾波，所述采樣電阻用于將LC濾波后所述負載上的電流信號轉化為電壓信號；

PID外環控制模塊(2)，連接所述采樣電阻與負載的連接點，用于對所述電壓信號依次進行采樣、隔離解碼和數字PID調節后輸出；

數字式delta-sigma內環控制模塊(3)，連接所述逆變電路(1)的橋臂中點和所述PID外環控制模塊(2)的輸出端，用于對所述橋臂中點的電壓信號進行delta-sigma型AD采樣以得到單比特的數據流，當所述數據流的位數達到M位時，對所述M位數據流進行濾波解碼以得到一有效數據點，之后每采樣得到一數據流時，對當前最新采樣得到的M位數據流進行濾波解碼，得到相應的有效數據點，M為解碼所需數據流的位數，以及用于對所述PID外環控制模塊(2)輸出的信號與各所述有效數據點之間的差值進行積分、量化以轉化為驅動信號，以驅動所述逆變電路(1)中的開關管，使得所述逆變電路(1)輸出的交流電流等于目標交流電流；

其中，所述PID外環控制模塊(2)還用于將數字式delta-sigma控制模型中的注入噪聲源替換為0到+∞范圍內變化的可變增益λ，并基于替換后的模型建立待調節電路的傳遞函數；計算所述傳遞函數對應的特征方程，并根據所述特征方程中可變增益λ的變化計算繪制所述特征方程的根軌跡；調節PID控制模型中的比例參數、積分參數和微分參數，直至所述特征方程的根軌跡中僅有一條非對稱的根軌跡沿著可變增益λ減小的方向穿越虛軸一次；并基于最后一次調節得到的比例參數、積分參數和微分參數進行數字PID調節。

4.如權利要求3所述的電流源，其特征在于，還包括RC濾波器，所述橋臂中點通過所述RC濾波器連接至地；所述數字式delta-sigma內環控制模塊(3)用于對經過分壓與RC濾波后的橋臂中點電壓信號進行delta-sigma型AD采樣。

5.如權利要求3所述的電流源，其特征在于，所述采樣電阻并聯設置有陶瓷電容。