[發明專利]一種基于自適應預測控制的梯度功率放大器及其設計方法

有效

• 申請號: 202110419600.1
• 申請日: 2021-04-19
• 公開（公告）號: CN113114136B
• 公開（公告）日: 2022-11-25
• 發明（設計）人: 王平;田訓;柳學功;李錫濤;王慧悅;梁家祺;武超;閻鑫龍;李倩文;陳靖翰
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H03F3/20
• 分類號: H03F3/20
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.一種基于自適應預測控制的梯度功率放大器的設計方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

S1：微處理器閉合K1，打開K2，將快速預測電路與PID電路斷開，微處理器根據反饋誤差信號，調節PID電路中的數字電位器，實現對PID電路相關參數的自動調節，得到最優PID控制下的梯度功率放大器輸出響應時間參數τ；

S2：微處理器打開K1，閉合K2，將快速預測電路與PID電路串聯，根據梯度功率放大器的輸出響應時間參數τ，計算得到快速預測電路中的數字電位器的電阻值，微處理器調節快速預測電路第二級放大電路和第三級微分電路中的數字電位器電阻值，使快速預測電路中的預測時間常數與梯度功率放大器的輸出響應時間參數τ相匹配，從而實現對反饋誤差信號的快速預測輸出；

S3：通過手動方式對可調電位器進行調節，經ADC轉換器后，微處理器能夠實時感知可調電位器的參數設置，從而控制PID和快速預測電路中的數字電位器，實現梯度功率放大器輸出控制參數的人工干預。

2.根據權利要求1所述的一種基于自適應預測控制的梯度功率放大器的設計方法，其特征在于：所述S1具體包括：

S11：微處理器根據設定值V_SET計算直流母線電壓V_DC，兩者之間的關系表達式為：

式(1)中K_CONVERT為設定值與輸出電流之間的轉換系數，R_coil為負載電阻，D為占空比，取60％；

根據輸出電流大小，微處理器通過DAC和放大器輸出信號給可編程直流電源的輸出電壓調整端，動態調整直流母線電壓到期望值V_DC；

S12：微處理器根據反饋誤差信號V_ERROR，自動調節PID電路的數字電位器，從而實時改變PID電路中的比例系數K_p、積分系數K_i、微分系數K_d；

PID電路輸出V_OUT與V_ERROR關系表達式為：

S13：PID電路輸出V_OUT與四路移相90°的鋸齒波進行比較，產生四路移相90°的PWM波送入FPGA，經處理后產生八路加死區互補的PWM波，送入四橋臂驅動電路，通過調整PWM占空比控制梯度功率放大器的輸出電流，FPGA通過對設定值信號的正負極性判斷，控制H橋電路開關的選通，從而實現對輸出電流的方向控制；

S14：根據不同PID控制參數下輸出電流上升下降時間、超調量及震蕩時間，調試整定得到系統最優PID控制時的輸出響應時間參數τ。