專利名稱：抑制開(kāi)關(guān)電路裝置中反饋控制電路失穩(wěn)的電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域,適用于控制開(kāi)關(guān)電路裝置的負(fù)反饋電路。
背景技術(shù)：
負(fù)反饋控制系統(tǒng)是自動(dòng)控制中的重要環(huán)節(jié)，其作用是通過(guò)環(huán)路的自身調(diào) 節(jié)，使輸入輸出保持某種特定的關(guān)系，被廣泛用于電子設(shè)備或控制系統(tǒng)中， 用于提高設(shè)備或系統(tǒng)的技術(shù)性能或?qū)崿F(xiàn)某種特定的功能。開(kāi)關(guān)電路裝置是指 含有半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的，具有能量轉(zhuǎn)換或具有控制功能的裝置，如開(kāi)關(guān)電源 或用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通和關(guān)斷控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)，如用開(kāi)關(guān)器件 控制的溫度、壓力、速度、位移等裝置?？梢杂庙憫?yīng)速度，靜態(tài)誤差及穩(wěn)定 性評(píng)價(jià)一個(gè)反饋控制系統(tǒng)的品質(zhì)。其中穩(wěn)定性是反饋系統(tǒng)能夠使用的先決條 件， 一個(gè)失穩(wěn)的控制系統(tǒng)是無(wú)法使用的。從理論設(shè)計(jì)反饋控制系統(tǒng)的角度講， 如欲避免控制系統(tǒng)失穩(wěn)，需要建立被控系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，才有可能用現(xiàn)有的 控制理論判斷失穩(wěn)、抑制失穩(wěn)。但是當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握， 或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，反饋系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和
現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，此時(shí)只能預(yù)先設(shè)計(jì)一個(gè)調(diào)節(jié)器，如最常使用的PID調(diào)節(jié)器， 通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)確定調(diào)節(jié)器的參數(shù)。由于被控對(duì)象的復(fù)雜性，有些應(yīng)用即使花 費(fèi)大量工作，控制系統(tǒng)也難以穩(wěn)定運(yùn)行。
眾所周知，反饋控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性由其自身結(jié)構(gòu)決定。當(dāng)一個(gè)控制系統(tǒng) 失穩(wěn)時(shí)，可以采用增加校正環(huán)節(jié)的方法抑制失穩(wěn)，如對(duì)一個(gè)失穩(wěn)的比例調(diào)節(jié) 器可以串聯(lián)積分校正環(huán)節(jié)或微分校正環(huán)節(jié)。現(xiàn)有調(diào)節(jié)器的特點(diǎn)是，只對(duì)誤差 信號(hào)進(jìn)行運(yùn)算。如調(diào)節(jié)器只運(yùn)算與誤差信號(hào)成比例的信號(hào)出現(xiàn)失穩(wěn)時(shí)，就增 加運(yùn)算誤差信號(hào)的微分信號(hào)與積分信號(hào)，誤差信號(hào)是參考信號(hào)與反饋信號(hào)的 差值。由于要從被控對(duì)象中提取反饋信號(hào)，這種方法對(duì)被控對(duì)象的特性依賴 性很強(qiáng)，如被控對(duì)象是一個(gè)無(wú)法用數(shù)學(xué)模型描述的，同時(shí)又具有較大慣性且 頻繁受到外界干擾的物理量，現(xiàn)有的校正方法很難達(dá)到滿意的效果。發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種電路，即在現(xiàn)有負(fù)反饋電路中增加一個(gè)校
正環(huán)節(jié)3，該校正環(huán)節(jié)3連接在調(diào)節(jié)器及開(kāi)關(guān)信號(hào)之間，開(kāi)關(guān)信號(hào)是指驅(qū)動(dòng)開(kāi) 關(guān)電路裝置中的開(kāi)關(guān)器件的信號(hào)，讓調(diào)節(jié)器不僅運(yùn)算誤差信號(hào)，也運(yùn)算開(kāi)關(guān) 信號(hào)，從而利用開(kāi)關(guān)信號(hào)對(duì)調(diào)節(jié)器的輸出運(yùn)動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以抑制反饋控制 系統(tǒng)的失穩(wěn)。
本實(shí)用新型的解決方案是電路由調(diào)節(jié)器l，開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)2及被控
對(duì)象4構(gòu)成。調(diào)節(jié)器1的輸入端接參考信號(hào)及反饋信號(hào)，調(diào)節(jié)器1的輸出端 接開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)2，開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)2將調(diào)節(jié)器1的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū) 動(dòng)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)信號(hào)，開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)2接被控對(duì)象4中的半導(dǎo) 體開(kāi)關(guān)器件，被控對(duì)象4是含有半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)電路裝置，被控對(duì)象4輸 出反饋信號(hào)，反饋信號(hào)與調(diào)節(jié)器1的輸入端連接。其特征是開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換 環(huán)節(jié)2還連接一個(gè)能夠?yàn)V除開(kāi)關(guān)信號(hào)中的低頻分量的校正環(huán)節(jié)3，校正環(huán)節(jié)3 的輸出端連接至調(diào)節(jié)器1的輸入端。
所述的校正環(huán)節(jié)3可以是一階高通濾波器。 一階高通濾波器由電阻和電 容串聯(lián)的電路組成。
所述的校正環(huán)節(jié)3可以應(yīng)用在比例積分調(diào)節(jié)負(fù)反饋控制回路中，這時(shí)的 調(diào)節(jié)器1為比例積分調(diào)節(jié)電路，開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)2為將調(diào)節(jié)器1的輸出信 號(hào)通過(guò)與鋸齒波比較轉(zhuǎn)化成開(kāi)關(guān)信號(hào)的電路。
所述的校正環(huán)節(jié)3也可以應(yīng)用在比例調(diào)節(jié)負(fù)反饋控制回路中，這時(shí)的調(diào) 節(jié)器1為比例調(diào)節(jié)電路，開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)2為將調(diào)節(jié)器1的輸出信號(hào)通過(guò) 與鋸齒波比較轉(zhuǎn)化成開(kāi)關(guān)信號(hào)的電路。
這時(shí)的調(diào)節(jié)器1為由比例積分;節(jié)電路和電流型集成^制芯片UC;56口內(nèi)部?jī)?個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成的雙閉環(huán)比例積分調(diào)節(jié)電路，開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)2由電流 型集成控制芯片UC3856的內(nèi)部比較器和內(nèi)部邏輯電路及其兩路輸出構(gòu)成。 本實(shí)用新型的有益效果是釆用上述方案后，無(wú)須知道被控對(duì)象4的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)增加一個(gè)校正環(huán)節(jié)3的簡(jiǎn)單方法就可以抑制開(kāi)關(guān)電路裝置的反
饋控制系統(tǒng)的失穩(wěn)。


圖l為本實(shí)用新型的原理框圖。
圖2為比例積分調(diào)節(jié)回路中使用校正環(huán)節(jié)的閉環(huán)負(fù)反饋控制原理圖。 圖3為比例調(diào)節(jié)回路中使用校正環(huán)節(jié)的閉環(huán)負(fù)反饋控制原理圖。 圖4為一種使用校正環(huán)節(jié)的雙閉環(huán)負(fù)反饋控制原理圖
圖中1、調(diào)節(jié)器，2、開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，3、校正環(huán)節(jié)，4、被控對(duì)象。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施方案，本實(shí)用新型的技術(shù)方 案主要應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電路裝置。
圖l是本實(shí)用新型的原理框圖，Vref是參考信號(hào)，Vf是反饋信號(hào)，Vm 是校正環(huán)節(jié)3的輸出信號(hào)。調(diào)節(jié)器1輸出受誤差信號(hào)及校正環(huán)節(jié)3的輸出信 號(hào)Vm控制，誤差信號(hào)是指參考信號(hào)與反饋信號(hào)的差值信號(hào)。與一般的控制回 路相比，本實(shí)用新型的特征是多用一個(gè)校正環(huán)節(jié)3，其從控制開(kāi)關(guān)器件的開(kāi) 關(guān)信號(hào)中提取信息，由于開(kāi)關(guān)信號(hào)含蓋了調(diào)節(jié)器l輸出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的信息，可 以利用該信號(hào)對(duì)調(diào)節(jié)器l的輸出運(yùn)動(dòng)變化起到阻尼作用，因此可以抑制反饋 控制系統(tǒng)的失穩(wěn)。Vm信號(hào)對(duì)調(diào)節(jié)器運(yùn)動(dòng)變化的阻尼作用，是指當(dāng)誤差信號(hào)使 調(diào)節(jié)器的輸出變化時(shí)，Vm信號(hào)阻礙調(diào)節(jié)器的輸出變化。欲使Vm達(dá)到這種阻 尼作用，將本實(shí)用新型應(yīng)用到不同個(gè)例時(shí)注意Vm的極性。如果誤差信號(hào) (Vref-Vf)增加時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸出值增加，Vm采用與Vf相同的極性，即-Vm， 如圖1中所標(biāo)出的極性；但如果誤差信號(hào)(Vref-Vf)增加，調(diào)節(jié)器的輸出值 減小，Vm則應(yīng)采用與Vf相反的極性。改變一個(gè)信號(hào)進(jìn)入調(diào)節(jié)器時(shí)的運(yùn)算極 性是公知的知識(shí)，如可以改變Vm進(jìn)入調(diào)節(jié)器不同的極性輸入端，調(diào)節(jié)器的極 性輸入端是指調(diào)節(jié)器的同相輸入端或反相輸入端；或者將開(kāi)關(guān)信號(hào)用反相器 倒相后再連接到校正環(huán)節(jié)的輸入端。圖2的原理說(shuō)明接有校正環(huán)節(jié)3的比例積分調(diào)節(jié)回路的實(shí)施方案，其中 比例積分調(diào)節(jié)器1由放大器、電容、電阻按公知技術(shù)構(gòu)成。開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換環(huán) 節(jié)2的電路也是按公知技術(shù)構(gòu)成(如圖所示)，其功能是將調(diào)節(jié)器1輸出信號(hào) 與鋸齒波比較轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)控制信號(hào)。圖中Vref是參考信號(hào)，Vf是反饋信號(hào)， Vm是校正環(huán)節(jié)3的輸出信號(hào)，Rl.l、 R1.2、 Rl. 3、 R3. 1是電阻，Cl. 1是積 分電容，Cl. 2是低通濾波電容，C3.1是高通濾波電容，Opl. 1是運(yùn)算放大器， Cp2.1是比較器。采用此方案的一個(gè)具體實(shí)施例是被控對(duì)象4是開(kāi)關(guān)電源， 電源輸出采用電感電容濾波電感10毫亨，電容100微法；積分調(diào)節(jié)器l 中Rl. l:40kQ， R1.2:40kQ， R1.3=400kQ， Cl. l二0.47uF， C1.2二0.01uF; 電源開(kāi)關(guān)頻率3000Hz時(shí)電源輸出出現(xiàn)失穩(wěn)現(xiàn)象；在加入校正環(huán)節(jié)3后，輸出 穩(wěn)定；校正環(huán)節(jié)3中R3. 1=20 kQ ， C3. 1=0. 22uF。經(jīng)過(guò)高通濾波器后的開(kāi)關(guān) 信號(hào)對(duì)調(diào)節(jié)器1輸出變化的阻尼強(qiáng)弱取決于高通濾波器中的電阻值及電容 值，比如減少電阻值，增加電容值就增強(qiáng)阻尼，反之亦然。阻尼大利于控制 系統(tǒng)的穩(wěn)定性，但增大響應(yīng)時(shí)間。在此例中如繼續(xù)減小R3.1的電阻值，增大 C3.1的電容值，仍能保持輸出穩(wěn)定，但響應(yīng)時(shí)間要延長(zhǎng)。
圖3是接有校正環(huán)節(jié)3的比例調(diào)節(jié)回路的實(shí)施方案，圖中Vref是參考信 號(hào)，Vf是反饋信號(hào)，Vm是校正環(huán)節(jié)3的輸出信號(hào)，Rl. 1、 Rl. 2、 Rl. 3、 R3. 1 是電阻，Cl. 2是低通濾波電容，C3. 1是高通濾波電容，Opl. 1是運(yùn)算放大器， Cp2.1是比較器。與圖2的區(qū)別是調(diào)節(jié)器l采用比例調(diào)節(jié)器。對(duì)于上面實(shí) 施例中同樣的被控對(duì)象4，在此方案中Rl. l=20k Q ， Rl. 2=20k Q ， Rl. 3=1000k Q， C1.2:0.01uF， R3. l=60kQ; C3.1=0. luF，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制。
圖4是另一種應(yīng)用校正環(huán)節(jié)3的比例積分調(diào)節(jié)回路的實(shí)施方案，為雙閉 環(huán)控制。圖中，Vfl及Vf2是被控對(duì)象4提供給調(diào)節(jié)器l的兩路反饋信號(hào)，Rl. 1、 R1.2、 R1.3、 R1.4是電阻，C1.2是電容，Opl. 1是運(yùn)算放大器。本例采用了 電流型集成控制芯片UC3856,其內(nèi)部的運(yùn)算放大器Opl. 2、Opl. 3、 二極管Dl. 1 加上比例積分調(diào)節(jié)電路構(gòu)成雙閉環(huán)比例積分調(diào)節(jié)電路；圖中C/S+、C/S-、EA+、EA-意義等參見(jiàn)廠家提供的使用說(shuō)明。開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)2中的比較器CP2. 1 也是UC3856內(nèi)部的比較器；UC3856內(nèi)部的集成邏輯電路用實(shí)線框Log2. 1表 示；Aout，Bout是UC3856的兩路輸出，詳情參見(jiàn)UC3856使用說(shuō)明書(shū)。校正環(huán) 節(jié)3中，R3.1是電阻，C3.1是電容，Vm是校正環(huán)節(jié)3的輸出信號(hào)。采用雙閉 環(huán)控制的一個(gè)實(shí)施例是被控對(duì)象4是電機(jī)作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位移系統(tǒng)。被控 對(duì)象4提供調(diào)節(jié)器1兩路反饋信號(hào)，其中Vf2是電機(jī)電樞電流信號(hào)，Vf 1是與 位移量成比例的信號(hào)。電機(jī)的雙閉環(huán)控制是公知技術(shù),可以參看相關(guān)資料。在 此例中，調(diào)節(jié)器l參數(shù)Rl. l=20kQ， R1.2=20kQ， R1.3= 200kQ， R1.4=24 Q， CI. l=0.47uF， C1.2=0.01uF;開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)2參數(shù)R2. l=2kQ; 此例在未加校正裝置之前失穩(wěn)，加入校正環(huán)節(jié)3后穩(wěn)定；校正環(huán)節(jié)3參數(shù)-R3. l=40kQ; C3. 1=0. 47uF。
上述幾例中校正環(huán)節(jié)3均使用模擬量高通濾波器，如欲使用數(shù)字高通濾 波器，將設(shè)計(jì)好的模擬量高通濾波器利用公知的方法映射成數(shù)字高通濾波器， 可以得到同樣效果。
權(quán)利要求1. 抑制開(kāi)關(guān)電路裝置中反饋控制電路失穩(wěn)的電路，該反饋控制電路為控制開(kāi)關(guān)電路裝置的負(fù)反饋電路，包括調(diào)節(jié)器(1)，開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)(2)及被控對(duì)象(4)，調(diào)節(jié)器(1)的輸入端接參考信號(hào)及反饋信號(hào)，調(diào)節(jié)器(1)的輸出端接開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)(2)，開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)(2)將調(diào)節(jié)器(1)的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件的開(kāi)關(guān)信號(hào)，開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)(2)接被控對(duì)象(4)中的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件，被控對(duì)象(4)是含有半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)電路裝置，被控對(duì)象(4)輸出反饋信號(hào)，反饋信號(hào)與調(diào)節(jié)器(1)的輸入端連接。其特征在于開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)(2)還連接一個(gè)能夠?yàn)V除開(kāi)關(guān)信號(hào)中的低頻分量的校正環(huán)節(jié)(3)，校正環(huán)節(jié)(3)的輸出端連接至調(diào)節(jié)器(1)的輸入端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抑制開(kāi)關(guān)電路裝置中反饋控制電路失穩(wěn)的電路， 其特征在于所述的校正環(huán)節(jié)(3)是一階高通濾波器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的抑制開(kāi)關(guān)電路裝置中反饋控制電路失穩(wěn)的電路， 其特征在于所述的一階高通濾波器由電阻和電容串聯(lián)的電路組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的抑制開(kāi)關(guān)電路裝置中反饋控制電路失穩(wěn)的電路， 其特征在于所述的調(diào)節(jié)器(1)為比例積分調(diào)節(jié)電路；所述的開(kāi)關(guān)信號(hào) 轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)(2)為將調(diào)節(jié)器(1)的輸出信號(hào)通過(guò)與鋸齒波比較轉(zhuǎn)化成開(kāi) 關(guān)信號(hào)的電路。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的抑制開(kāi)關(guān)電路裝置中反饋控制電路失穩(wěn)的電路， 其特征在于所述的調(diào)節(jié)器(1)為比例調(diào)節(jié)電路；所述的開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換 環(huán)節(jié)(2)為將調(diào)節(jié)器(1)的輸出信號(hào)通過(guò)與鋸齒波比較轉(zhuǎn)化成開(kāi)關(guān)信 號(hào)的電路。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的抑制開(kāi)關(guān)電路裝置中反饋控制電路失穩(wěn)的電路， 其特征在于采用含有兩個(gè)運(yùn)算放大器、 一個(gè)比較器、集成邏輯電路、 兩路輸出的電流型集成控制芯片UC3856，所述的調(diào)節(jié)器(1)為由比例積 分調(diào)節(jié)電路和電流型集成控制芯片UC3856內(nèi)部?jī)蓚€(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成的雙 閉環(huán)比例積分調(diào)節(jié)電路；所述的開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)(2)由電流型集成控制芯片UC3856的內(nèi)部比較器和內(nèi)部邏輯電路及與其兩路輸出連接的外圍元件構(gòu)成兩路輸出接被控對(duì)象(4)的兩個(gè)控制點(diǎn)，并分別通過(guò)二極管后相接至校正環(huán)節(jié)(3)。
專利摘要抑制開(kāi)關(guān)電路裝置中反饋控制電路失穩(wěn)的電路，屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域，適用于控制開(kāi)關(guān)電路裝置的負(fù)反饋電路。該電路是在由調(diào)節(jié)器1，開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)2，被控對(duì)象4構(gòu)成的一般閉合控制回路中加入一個(gè)校正環(huán)節(jié)3，校正環(huán)節(jié)3連接在開(kāi)關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)2和調(diào)節(jié)器1之間。校正環(huán)節(jié)3的功能是濾除開(kāi)關(guān)信號(hào)中的低頻分量，調(diào)節(jié)器1不僅運(yùn)算誤差信號(hào)，還運(yùn)算校正環(huán)節(jié)3提供的信號(hào)，調(diào)節(jié)器1的運(yùn)算結(jié)果由誤差信號(hào)及校正環(huán)節(jié)3提供的信號(hào)共同確定。本方法的優(yōu)點(diǎn)是不要求被控對(duì)象提供數(shù)學(xué)模型，用簡(jiǎn)單的電路就可以抑制開(kāi)關(guān)電路裝置中負(fù)反饋電路的失穩(wěn)。
文檔編號(hào)G05B11/32GK201251697SQ20082010987
公開(kāi)日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月22日
發(fā)明者李攀峰, 李西恭, 趙小舟, 郭麗娟 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)