[發(fā)明專利]基于前饋補(bǔ)償模糊PID的功率放大器控制方法及裝置

在審

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• 申請日: 2022-06-30
• 公開（公告）號(hào): CN114942586A
• 公開（公告）日: 2022-08-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃海宏;何晨;王海欣
• 申請（專利權(quán)）人: 合肥工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05B11/42
• 分類號(hào): G05B11/42
• 代理公司: 合肥市浩智運(yùn)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 34124
• 代理人: 丁瑞瑞

本發(fā)明公開了基于前饋補(bǔ)償模糊PID的功率放大器控制方法及裝置，所述方法包括：根據(jù)給定電流值計(jì)算上一時(shí)刻電壓輸出理論值；建立模糊控制規(guī)則并計(jì)算論域，迭代更新，得出最終的積分系數(shù)K_i和比例系數(shù)K_p；利用最終的積分系數(shù)K_i和比例系數(shù)K_p計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻電壓輸出值；根據(jù)上一時(shí)刻電壓輸出理論值和當(dāng)前時(shí)刻電壓輸出值獲得下一時(shí)刻最優(yōu)的電壓輸出值；將下一時(shí)刻最優(yōu)的電壓輸出值與最大輸出電壓相比得到下一時(shí)刻的電壓調(diào)制系數(shù)，利用該電壓調(diào)制系數(shù)控制功率放大器；本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：功率放大器輸出跟隨給定電流值，輸出電流的紋波和超調(diào)減少，另外，不需要多次選取比例積分參數(shù)，過程簡單，減少了前期工程量和計(jì)算量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及功率放大器運(yùn)行技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及基于前饋補(bǔ)償模糊PID的功率放大器控制方法及裝置。

背景技術(shù)

功率放大器廣泛應(yīng)用在人造太陽中的粒子加速器、醫(yī)療方面的核磁共振的梯度電源、高精度的絕緣檢測裝置中。其中粒子加速器中高速運(yùn)行的粒子會(huì)發(fā)生一定的位置偏移，這時(shí)候需要外加磁場進(jìn)行位置矯正，這種外加的磁場要求能夠及時(shí)響應(yīng)匹配粒子位置的偏移量并對其進(jìn)行快速矯正。核磁共振裝置則是根據(jù)人體不同的部位，產(chǎn)生不同的磁場進(jìn)行掃描成像，然后提供給醫(yī)生做醫(yī)學(xué)判斷。核磁共振的磁場可達(dá)3T，且轉(zhuǎn)換頻繁，穩(wěn)態(tài)精度要求高，故需要在短時(shí)間內(nèi)建立穩(wěn)定快速的電流。

在功率放大器控制系統(tǒng)中，快速輸出電流是一項(xiàng)重要的指標(biāo)性能，但是受限于大功率器件的開關(guān)損耗，電源的開關(guān)頻率難以提升，而輸出電流的快速性能受到限制。為了實(shí)現(xiàn)電壓和電流的快速輸出，電路中的開關(guān)器件控制占空比會(huì)突變，但是在電流建立初期，可能會(huì)產(chǎn)生超調(diào)，使得輸出電流超過額定電流值，不利于功率器件的長久運(yùn)行。同時(shí)為了快速建立磁場，輸出端電壓可能在相鄰的工作周期突變巨大，使得輸出電流的紋波也增大，對電路的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生影響。因此，在快速輸出電壓和電流的過程中，可能伴隨著輸出電流產(chǎn)生超調(diào)和紋波過大的問題，給功率器件的運(yùn)行帶來巨大的挑戰(zhàn)，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)暫時(shí)過流現(xiàn)象燒毀功率器件。

中國專利公開號(hào)CN113114136A，公開了一種基于自適應(yīng)預(yù)測控制的梯度功率放大器及其設(shè)計(jì)方法，屬于電子電路領(lǐng)域。一種基于自適應(yīng)預(yù)測控制的梯度功率放大器裝置主要包括四橋臂功率電路和快速反饋預(yù)測電路；微處理器根據(jù)梯度功率放大器輸出的響應(yīng)曲線，通過調(diào)節(jié)PID電路中的數(shù)字電位器將PID控制參數(shù)調(diào)至最優(yōu)，并計(jì)算出系統(tǒng)輸出響應(yīng)時(shí)間常數(shù)τ；微處理器通過調(diào)整快速預(yù)測電路中的數(shù)字電位器阻值實(shí)現(xiàn)預(yù)測系數(shù)與系統(tǒng)輸出響應(yīng)時(shí)間常數(shù)τ相匹配；然后將快速預(yù)測電路與PID電路進(jìn)行級聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)在不同應(yīng)用場景下梯度功率放大器的自適應(yīng)參數(shù)匹配，以及對控制電路輸出信號(hào)的快速預(yù)測控制，從而提高梯度功率放大器的輸出響應(yīng)速度和精度。但是其采用傳統(tǒng)的PID控制方法，需要多次選取比例積分參數(shù)，過程繁瑣，前期工程量和計(jì)算量較大，同時(shí)在快速輸出電壓和電流的過程中，可能伴隨著輸出電流產(chǎn)生超調(diào)和紋波過大的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于傳統(tǒng)PID控制方法應(yīng)用于功率放大器，需要多次選取比例積分參數(shù)，過程繁瑣，前期工程量和計(jì)算量較大，同時(shí)在快速輸出電壓和電流的過程中，可能伴隨著輸出電流產(chǎn)生超調(diào)和紋波過大的問題。

本發(fā)明通過以下技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)解決上述技術(shù)問題的：基于前饋補(bǔ)償模糊PID的功率放大器控制方法，所述方法包括：

步驟一：根據(jù)給定電流值計(jì)算上一時(shí)刻電壓輸出理論值；

步驟二：建立模糊控制規(guī)則并計(jì)算論域，迭代更新，得出最終的積分系數(shù)K_i和比例系數(shù)K_p；

步驟三：利用最終的積分系數(shù)K_i和比例系數(shù)K_p計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻電壓輸出值；

步驟四：根據(jù)上一時(shí)刻電壓輸出理論值和當(dāng)前時(shí)刻電壓輸出值獲得下一時(shí)刻最優(yōu)的電壓輸出值；