一種靜電除塵電源分數階pid控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種靜電除塵電源的分數階PID控制方法，結合高頻靜電除塵電源傳遞函數和分數階PID控制方法傳遞函數得到開環(huán)系統(tǒng)相角和增益；利用裕量關系得出分數階PID控制系統(tǒng)的KP,KI,KD。進一步依據不同微分積分階次得出多組KP,KI,KD；根據時域表達式計算分數階PID控制器輸出量；根據ITAE衡量準則得到不同組數據的系統(tǒng)輸出誤差值；采用ITAE值最小時的一組數據作為整定參數；結合PID控制器輸出量和IGBT驅動頻率的線性關系，得到合理控制IGBT的驅動頻率。本發(fā)明可精確整定分數階PID參數，實現(xiàn)對高頻靜電除塵系統(tǒng)的理想控制；采用浮點型DSP高效處理分數階微積分運算；具有上升時間短，穩(wěn)態(tài)誤差小、魯棒性強、應用范圍廣等優(yōu)點。
【專利說明】—種靜電除塵電源分數階PID控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于靜電除塵的高頻高壓大功率電源的控制系統(tǒng)的研制，屬于大功率高壓電源【技術領域】。
【背景技術】
[0002]近些年來，我國的工業(yè)水平和規(guī)模不斷發(fā)展和擴大，廢氣的排放量也逐漸增大，這些煙塵攜帶大量有害物質進入大氣，嚴重影響生態(tài)環(huán)境和人類健康。為了加強環(huán)境污染的治理，許多國家己經將粉塵排放列入國家標準加以控制，排放標準逐步趨于嚴格。
[0003]現(xiàn)在國內外廣泛采用的靜電除塵方案主要是基于工頻的電源。這類電源構造簡單、容量大、技術較為簡單成熟。但是存在以下缺點:電源效率低，功率因數小；輸出電壓脈動大導致除塵效率相對較低。高頻靜電除塵器電源能很好地改善上述缺點，提高電源效率，增大功率因數，實現(xiàn)節(jié)能。目前高頻靜電除塵電源的控制系統(tǒng)一般采用采用整數階PID方法，整數階PID方法由于控制算法簡單、魯棒性強、參數易于整定等特點被廣泛應用在工業(yè)控制的各個領域。但是由于研究對象或被控對象一般不是理想的整數階系統(tǒng)，而是由任意階的微分方程和積分方程構成，因此整數階PID的局限性不能滿足被控對象的性能要求。

【發(fā)明內容】

[0004]發(fā)明目的:由于高頻靜電除塵電源結構復雜，其傳遞函數為分數階系統(tǒng)，而分數階PID控制方法的響應能力和抗干擾能力以及調節(jié)能力都優(yōu)于整數階PID控制方法，因此為了克服現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供一種靜電除塵電源的分數階PID控制方法，能夠有效的控制和調節(jié)除塵電源系統(tǒng)。
[0005]技術方案:
[0006]本發(fā)明所述高頻靜電除塵電源,其主體結構包括三相整流電路、高頻逆變電路、高頻升壓變壓器、高壓整流電路，驅動絕緣柵雙極型晶體管IGBT方式采用變頻控制技術即PFM?；诜謹惦APID方法的靜電除塵控制系統(tǒng)主要包括:模擬量采集電路、分數階PID控制器、IGBT驅動電路。
[0007]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供的靜電除塵電源的分數階PID控制方法主要是對IGBT進行變頻控制，進而對高頻逆變電路的諧振過程進行控制。所述靜電除塵電源分數階PID控制方法包括以下步驟:
[0008]步驟1，根據分數階PID控制方法的傳遞函數，計算得出分數階PID控制器的頻率響應、相角和增益:
[0009]分數階PID控制方法的傳遞函數為:
【權利要求】
1.一種靜電除塵電源分數階PID控制方法，其特征在于:包括以下步驟， 步驟1，根據分數階PID控制方法的傳遞函數，計算得出分數階PID控制器的頻率響應、相角和增益； 步驟2，基于高頻靜電除塵電源系統(tǒng)的分數階PID控制系統(tǒng)，結合電源結構中高頻變壓器電路參數已知參量，依據基波近似原理計算得出高頻靜電除塵電源傳遞函數，計算得出該系統(tǒng)的相角和增益； 步驟3，結合高頻靜電除塵電源的傳遞函數和分數階PID控制方法的傳遞函數求出系統(tǒng)開環(huán)的相角和增益； 步驟4，設定分數階PID控制系統(tǒng)的微分階次和積分階次，根據開環(huán)系統(tǒng)的相位裕量和幅值裕量關系，來確定靜電除塵電源分數階PID控制方法中分數階PID控制系統(tǒng)的比例系數、積分系數和微分系數，以實現(xiàn)分數階控制器對高頻靜電除塵系統(tǒng)的控制。
2.根據權利要求1所述的靜電除塵電源分數階PID控制方法，其特征在于:還包括以下步驟， 步驟5，依據設定的微分階次和積分階次計算得出比例系數、積分系數、微分系數后，根據分數階PID的時域表達式計算分數階PID的控制器控制量輸出； 步驟6，根據ITAE衡量準則，通過數據仿真得出本組數據的系統(tǒng)輸出誤差值； 步驟7，設定不同的微分階次和積分階次，計算出不同階次時對應的PID控制器控制量輸出范圍和系統(tǒng)輸出誤 差值，采用ITAE值最小時的微分階次和積分階次以及其對應的比例系數、積分系數、微分系數，作為分數階PID控制方法的整定參數； 步驟8，根據分數階PID控制器控制量輸出范圍與電源結構中IGBT驅動頻率范圍計算得出分數階PID控制器控制量輸出和IGBT驅動頻率的線性關系； 步驟9，根據步驟7中所述的整定參數對應的分數階PID控制器控制量輸出，和步驟8中所述線性關系，得到控制高頻靜電除塵電源中IGBT的驅動頻率。
3.根據權利要求1所述的靜電除塵電源分數階PID控制方法，其特征在于: 所述步驟I中，分數階PID控制方法的傳遞函數為:
4.根據權利要求2所述的靜電除塵電源分數階PID控制方法，其特征在于: 所述步驟5中，所述分數階PID的時域表達式為:
u (t) = Kpe (t) +KiD-λ e (t) +KdDu e (t) (1.2)； 其中:e(t)是高頻靜電除塵電源系統(tǒng)的實際輸出值與設定值的差值，λ，μ為設定的分數階PID控制系統(tǒng)的微分階次和積分階次，Kp, K1, Kd為PID控制系統(tǒng)中比例系數、積分系數、微分系數； 所述步驟6中，所述ITAE衡量準則的計算公式為
5.根據權利要求2或4所述的靜電除塵電源分數階PID控制方法，其特征在于:所述步驟5中根據分數階PID的時域表達式計算分數階PID的控制器控制量輸出時，分數階微分和積分的運算由浮點型DSP完成,其原理依據Griinwald-Letnicov分數微積分定義,取有限項近似處理，從而直接在時域中運用Z變換的方法來計算分數階PID。
【文檔編號】H02M3/335GK103997224SQ201410220497
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月22日 優(yōu)先權日:2014年5月22日
【發(fā)明者】章飛, 仇家勝, 曾慶軍 申請人:江蘇科技大學