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1、(10)申请公布号 CN 103729008 A (43)申请公布日 2014.04.16 CN 103729008 A (21)申请号 201210385567.6 (22)申请日 2012.10.12 G05F 1/565(2006.01) G05B 11/42(2006.01) (71)申请人 沈阳君印科技有限公司 地址 110024 辽宁省沈阳市铁西区卫工南街 8-1 号 1114 (72)发明人 丁印福 周凤兰 (54) 发明名称 宽电流范围交流恒流源补偿型控制策略 (57) 摘要 一种宽电流范围交流恒流源补偿型控制策 略。该恒流源分别从变压器二次边多个电流传 感器中选通一路作为外环。
2、电流输入， 从变压器一 次边多个电流传感器中选通一路作为内环电流输 入， 将 1 号 PID 计算的输出信号作为输入， 经过补 偿电路计算后， 输出信号作为2号PID计算的输入 信号。控制电路经过补偿后， 能够完全消除 1 号 PID 计算中的直流分量， 消除变压器饱和问题， 增 加系统动态响应， 适应极宽负载阻值。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 2 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书2页 附图2页 (10)申请公布号 CN 103729008 A CN 103729008 A 1/1 页 2 1. 一种宽。
3、电流范围交流恒流源补偿型控制策略， 其电路特征是 ： 变压器二次边和一次 边分别采用 1 个或多个电流传感器采集变压器二次边电流及变压器一次边电流， 控制开关 器件分别选通一个变压器一次边电流和一个变压器二次边电流进入控制系统。 将变压器二 次边电流和电流参考给定分别接入1号PID电路去掉的输入端， 将1号PID的输出信号1接 入补偿函数的输入端。当控制系统满足增益要求时， 补偿函数的输出信号 2 直接接到 2 号 PID 的输入端， 当控制系统不满足增益要求时， 将补偿函数的输出信号 2 经过比例运算放大 器运算后接到 2 号 PID 的输入端， 同时将变压器一次边电流也接入 2 号 PID。
4、 的输入端。最 终通过 2 号 PID 的输出信号 3 产生单极性或者双极性的 SPWM 信号。2 号 PID 的输出信号 3 接入 SPWM 发生电路， SPWM 发生电路输出单极性或双极性 SPWM 信号。 2. 如权利要求 1 所述的宽电流范围交流恒流源补偿型控制策略， 其等效模拟电路特征 是 ： 将电阻 R1 和电容 C1 串联， 接入运算放大器 U1 的反相输入端， 另一端接 1 号 PID 输出信 号 1 ； 电阻 R2 接入运算放大器 U1 的同向输入端， 另一端接地 ； 将电阻 R3 和电容 C2 并联， 串 接在运算放大器 U1 的反相输入端和输出端之间 ； 运算放大器的输出。
5、端作为补偿控制电路 的输出信号 2。 3. 如权利要求 1 所述的宽电流范围交流恒流源补偿型控制策略， 其数字控制程序特征 是 ： 补偿函数的采样周期为 T， e(k) 为 1 号 PID 输出信号 1 的当前值， e(k-1) 为 1 号 PID 输 出信号 1 的前一次采样值， K 为补偿参数 ( 由图 2 中 R1、 R3、 C1 和 C2 共同决定 )。每一个 采样周期到来时， 将当前值 e(k) 传给 e(k-1)， 将 1 号 PID 的输出信号 1 传给 e(k)， 并且将 e(k) 与 e(k-1) 的差值乘以 K 作为补偿函数的输出信号 2。 4. 如权利要求 1 所述的宽电。
6、流范围交流恒流源补偿型控制策略， 其波特图特征是 ： 补 偿函数的增益波形整体呈现抛物线形， 有两个过零点(数据点2和数据点4)， 一个最大值点 ( 数据点 3)， 峰值处波形大于 0， 其余波形小于 0。 5. 如权利要求 1 所述的宽电流范围交流恒流源补偿型控制策略， 其阶跃特征是 ： 补偿 函数在输入幅度为 1 的阶跃响应下， 呈现出一个过冲后， 逐渐归零。当阶跃响应输入为 -1 时， 整个波形沿时间 Time 轴对称。 6. 如权利要求 1 所述的开关器件使用继电器接触器等机械开关， 或使用光继电器， 或 其他电子元件组合成的开关。 权 利 要 求 书 CN 103729008 A 2。
7、 1/2 页 3 宽电流范围交流恒流源补偿型控制策略 技术领域 0001 本发明涉及一种宽电流范围交流恒流源控制策略， 能够适应极宽阻值范围负载， 尤其是能够消除直流误差分量， 提升恒流源的动态响应性能。 背景技术 0002 目前， 交流电流源行业普遍使用电力电子技术的 SPWM 逆变结构， 其中控制策略多 采用单电流环 PID 控制策略， 或者双电流环 PID 控制策略。对于单电流环 PID 控制策略， 存在动态响应慢， 变压器易饱和的缺点 ； 对于双电流环 PID 控制策略， 第一级 PID 容易产生 直流误差分量， 造成变压器饱和， 而且恒流源的响应性能无法进一步提升， 适应负载范围较 。
8、窄。 0003 为了克服现有交流恒流源的响应慢， 变压器易饱和， 输出存在直流分量， 适应负载 范围较窄的缺点， 本发明提供一种宽电流范围恒流源补偿型控制策略， 该控制策略不仅能 够使电源输出的交流电流精度高， 动态响应快， 而且能够消除 PID 控制中的直流分量， 消除 变压器饱和问题， 使恒流源可以适应极宽阻值范围的负载。 0004 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是 ： 变压器二次边和一次边分别采用 1 个或多个电流传感器采集变压器二次边电流及变压器一次边电流， 控制开关器件分别选通 一个变压器一次边电流和一个变压器二次边电流进入控制系统。 将变压器二次边电流和电 流参考给定分别接入。
9、 1 号 PID 的输入端， 将 1 号 PID 的输出信号 1 接入补偿函数的输入端。 当控制系统满足增益要求时， 补偿函数的输出信号 2 直接接到 2 号 PID 的输入端， 当控制系 统不满足增益要求时， 将补偿函数的输出信号 2 经过比例运算放大器运算后接到 2 号 PID 的输入端， 同时将变压器一次边电流也接入 2 号 PID 的输入端。2 号 PID 的输出信号 3 接入 SPWM 发生电路， SPWM 发生电路输出单极性或双极性 SPWM 信号。 0005 该控制策略效益是 ： 当第一级 PID 输出存在直流误差分量时， 补偿函数能够消除 其中的直流误差分量， 从而消除最终 S。
10、PWM 驱动波形频谱中的直流分量， 消除变压器饱和问 题。同时补偿函数调整了恒流源的传递函数， 提升了系统的响应速度， 动态性能， 适应宽范 围负载的能力。 附图说明 0006 下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 0007 图 1 是本发明的控制原理图。 0008 图 2 是补偿型控制策略第一个实施例的等效模拟电路图。 0009 图 3 是补偿型控制策略第一个实施例的数字算法流程图。 0010 图 4 是图 2 电路在特定阻值和容值下的波特图。 0011 图 5 是图 2 传递函数在特定阻值和容值下的阶跃响应。 具体实施方式 说 明 书 CN 103729008 A 3 2/2 页 4 。
11、0012 在图 1 中， 变压器二次边和一次边分别采用 1 个或多个电流传感器采集变压器二 次边电流及变压器一次边电流， 控制开关器件分别选通一个变压器一次边电流和一个变压 器二次边电流进入控制系统。将变压器二次边电流和电流参考给定分别接入 1 号 PID 的输 入端， 将 1 号 PID 的输出信号 1 接入补偿函数的输入端。当控制系统满足增益要求时， 补偿 函数的输出信号 2 直接接到 2 号 PID 的输入端， 当控制系统不满足增益要求时， 将补偿函数 的输出信号 2 经过比例运算放大器运算后接到 2 号 PID 的输入端， 同时将变压器一次边电 流也接入 2 号 PID 的输入端。2 。
12、号 PID 的输出信号 3 接入 SPWM 发生电路， SPWM 发生电路输 出单极性或双极性 SPWM 信号。 0013 在图2所示实施例中， 补偿函数的等效模拟电路表达主要由运算放大器U1及补偿 电阻电容构成。将电阻 R1 和电容 C1 串联， 接入运算放大器 U1 的反相输入端， 另一端接 1 号 PID 输出信号 1 ； 电阻 R2 接入运算放大器 U1 的同向输入端， 另一端接地 ； 将电阻 R3 和电 容C2并联， 串接在运算放大器U1的反相输入端和输出端之间 ； 运算放大器的输出端作为补 偿控制电路的输出信号 2。 0014 在图 3 所示的补偿函数数字实现方案中， 整个补偿函数。
13、的采样周期为 T， e(k) 为 1 号 PID 输出信号 1 的当前值， e(k-1) 为 1 号 PID 输出信号 1 的前一次采样值， K 为补偿参 数 ( 由图 2 中 R1、 R3、 C1 和 C2 共同决定 )。每一个采样周期到来时， 将当前值 e(k) 传给 e(k-1)， 将 1 号 PID 的输出信号 1 传给 e(k)， 并且将 e(k) 与 e(k-1) 的差值乘以 K 作为补偿 函数的输出信号 2。 0015 在图 4 中， 补偿函数的波特图受所选则的电阻电容参数的影响会发生改变， 但是 基本波形均呈现出抛物线形。本发明的第一个实施例中数据点 1 体现了补偿函数对直流分。
14、 量的衰减作用， 第一个实施例的衰减作用大与 -50dB。数据点 2 是剪切频率点， 数据点 3 是 最大增益点， 数据点 4 是第二个过零点， 补偿函数的增益波形整体呈现抛物线形， 有两个过 零点 ( 数据点 2 和数据点 4)， 一个最大值点 ( 数据点 3)， 峰值处波形大于 0， 其余波形小于 0。 0016 在图 5 中， 补偿函数的阶跃响应受所选的电阻电容参数的影响会发生该改变， 但 是基本波形均呈现出一个过冲后， 逐渐归零的特性。本发明的第一个实施例中补偿函数的 阶跃响应在输入幅度为 1 的阶跃响应下， 系统在 3.31ms 达到最大增益 10.7 倍。当阶跃响 应输入为 -1 时， 整个波形沿时间 Time 轴对称。 说 明 书 CN 103729008 A 4 1/2 页 5 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103729008 A 5 2/2 页 6 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103729008 A 6 。