一種用于提高電鍍電源輸出電流頻率的前饋控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電鍍電源的控制領(lǐng)域，具體為一種用于提高電鍍電源輸出電流頻率的 前饋控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電鍍是非常重要且歷史悠久的傳統(tǒng)工業(yè)，高頻電源是一個非常有前景的研究領(lǐng) 域。由于電鍍是將金屬離子在被鍍材料表面均勻的覆蓋，因而只有電源頻率越高的電源才 可能電鍍的更加均勻?？紤]到電鍍的厚度、部位、密度的不同，所以需要隨時改變電鍍電流 大小。
[0003] 電鍍電源輸出電流的研究對于電化學(xué)工業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。通常，采用模 擬芯片控制的電鍍電源，只能輸出頻率極低并且波形較為簡單的電流。采用數(shù)字控制的電 鍍電源則是在脈沖換向電源的基礎(chǔ)上改進(jìn)了電源輸出特性，它不僅能夠和脈沖換向電源一 樣調(diào)節(jié)電流的方向、大小、占空比，還可以按照一定的規(guī)律輸出連續(xù)的電流。電化學(xué)工業(yè)需 求電流大，且輸出電流頻率高，而電流頻率的提升是電鍍電源需要解決的一個難題。目前在 該領(lǐng)域用到的控制方法里，使用前饋控制方法的較少，而且大多對資源的開銷較大，成本較 尚，實用性不尚。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中的前饋控制為了滿足其控制需求，通常采用如下方案，第一種是，采用 兩個不同的前饋通路，因此其需要預(yù)先做判定控制系統(tǒng)由哪個控制環(huán)路組成。當(dāng)判定大于 某一值時采用第一組前饋系數(shù)，當(dāng)判定小于某一值時采用第二組前饋系數(shù)。其控制的復(fù)雜 性高，開銷大。第二種是，需要通過設(shè)置的電流歸一化模塊對不一致的負(fù)載電流和電感電流 進(jìn)行處理，需要進(jìn)行匹配并且需要進(jìn)行歸一化處理，前饋控制方法的運算時間長。第三種 是，需要對負(fù)載變化進(jìn)行預(yù)判，并進(jìn)行編程處理。第四種是，需要計算出誤差信號從而相關(guān) 生成原邊和副邊的前饋控制信號，其控制方法的復(fù)雜，計算的延時長。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種成本低，資源開銷小，用于提高電鍍 電源輸出電流頻率的前饋控制方法。
[0006] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0007] -種用于提高電鍍電源輸出電流頻率的前饋控制方法，包括如下步驟，
[0008] (1)初始化，在無反饋工況下計算出前饋調(diào)節(jié)器Dn(s);
[0009] (2)電鍍電源中定時器中斷后，輸入?yún)⒖夹盘朓"f，通過前饋調(diào)節(jié)器隊⑷得到前饋 輸出信號df;
[0010] (3)通過采集輸出電流L經(jīng)反饋通道傳遞函數(shù)Gf(s)和反饋調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù) Gjs)后得到反饋調(diào)節(jié)器輸出信號db;
[0011] (4)將前饋輸出信號df與反饋調(diào)節(jié)器輸出信號db相加得到PWM環(huán)節(jié)輸入信號d， 并由此得到占空比D(t);
[0012] (5)通過占空比D(t)控制主回路傳遞函數(shù)Gd(s)，完成電鍍電源輸出電流的前饋 控制。
[0013] 優(yōu)選的，步驟⑴中，前饋調(diào)節(jié)器Dn(s)滿足以下關(guān)系式，，其 中，Gp(s)為PWM環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。
[0014] 優(yōu)選的，步驟⑵中，前饋輸出信號df滿足如下關(guān)系，
[0015]df=Dn(s)XIref〇
[0016] 優(yōu)選的，步驟（3)具體包括如下步驟，
[0017] 3. 1采集輸出電流L通過反饋通道傳遞函數(shù)Gf(s)得到反饋電流信號Ifb;
[0018] 3. 2將參考信號Iraf和輸出電流u相減得到誤差信號I
[0019] 3. 3將誤差信號L經(jīng)反饋調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)Gjs)后得到反饋調(diào)節(jié)器輸出信號db。
[0020] 進(jìn)一步，步驟3. 1中，反饋電流信號Ifb滿足如下關(guān)系式，
[0021]Ifb=iLXGf (s)〇
[0022] 進(jìn)一步，步驟3. 3中，反饋調(diào)節(jié)器輸出信號db滿足如下關(guān)系式，db=IgXGjs)= (Iref-Ifb)XGc(s)〇
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：
[0024] 本發(fā)明將給定的參考電流信號通過前饋通道與反饋信號相加得到控制信號，發(fā)送 至PWM環(huán)節(jié)輸入端，通過前饋通道將參考電流信號提前發(fā)送到PWM環(huán)節(jié)輸入端，以抵消反饋 信號的延遲。具體的，在無反饋工況的情況下就能夠得到前饋調(diào)節(jié)器，因此不需要對負(fù)載的 變化進(jìn)行預(yù)判，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，使系統(tǒng)更不容易引起震蕩；只通過一個前饋控制通路 完成對前饋輸出信號的產(chǎn)生，從而節(jié)省了系統(tǒng)生成判定參數(shù)所需要的時間，降低了程序的 復(fù)雜性，提高了可靠性；最后通過得到的用占空比控制功率主電路功率器件，完成了簡單， 可靠，快速，低成本的前饋控制，更加適合用于提高電鍍電源為一階電流源輸出電流頻率。
[0025] 進(jìn)一步的，通過只控制負(fù)載電流一個變量得到反饋調(diào)節(jié)器輸出信號，從而不需要 進(jìn)行匹配，降低了控制方法的實現(xiàn)難度，提高了響應(yīng)速度和控制精度。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明實例中所述的控制方法的流程圖。
[0027] 圖2是本發(fā)明實例中所述的控制方法的控制框圖。
[0028]圖3是本發(fā)明實例中所述的控制方法應(yīng)用于電鍍電源的系統(tǒng)拓?fù)鋱D。
[0029] 圖4是未采用本發(fā)明所述方法控制的輸出電流波形。
[0030] 圖5是采用本發(fā)明所述方法控制的輸出電流波形。
【具體實施方式】
[0031] 下面結(jié)合具體的實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，所述是對本發(fā)明的解釋而 不是限定。
[0032] 本發(fā)明提供一種用于提高電鍍電源輸出電流頻率的前饋控制方法，該方法將給定 的參考電流信號通過前饋通道與反饋信號相加，提前將參考電流信號發(fā)送至PWM環(huán)節(jié)輸入 端，以抵消反饋信號的延遲。這樣，系統(tǒng)大大提高電鍍電源裝置的響應(yīng)速度，從而提高了電 鍍電源的輸出電流頻率。該方法對輸出為脈寬可調(diào)的脈沖波形具有較好的控制效果。如圖 1和圖2所示，其包括如下步驟，
[0033] (1)在無反饋工況下計算出前饋調(diào)節(jié)器Dn(s);進(jìn)行初始化
[0034] (2)系統(tǒng)定時器中斷則輸入?yún)⒖夹盘朓raf，通過前饋調(diào)節(jié)器Dn(s)輸出前饋輸出信 號df;
[0035] (3)采集輸出電流L通過反饋通道傳遞函數(shù)Gf(s)得到反饋電流信號Ifb;
[0036] (4)將步驟⑵中的Iraf和步驟⑶中的i^相減得到誤差信號I^
[0037] (5)將步驟（4)中的誤差信號L與反饋調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)Gjs)相乘得到反饋調(diào)節(jié) 器輸出信號db;
[0038] (6)將步驟⑵中的df與步驟（5)中的db相加得到PWM環(huán)節(jié)輸入信號d;
[0039] (7)將步驟（6)中的d乘以PWM環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)Gp(s)，得到占空比D(t);通過占 空比D(t)控制主回路傳遞函數(shù)Gd(s)，完成電鍍電源輸出電流的前饋控制。
[0040] 本優(yōu)選實施例中電鍍電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。該變換器主要由兩級拓?fù)浣M 成，前級是移相全橋拓?fù)?，四個開關(guān)管分別是Ql、Q2、Q3、Q4;后級是四象限斬波器拓?fù)?，?個開關(guān)管分別是Ml、M2、M3、M4。
[0041]其中輸出電感Lf為20μH，輔助電感k為5μH，變壓器變比為16:1，輸出電壓幅 值24V，負(fù)載&為0. 048Ω。Ql、Q2、Q3、Q4的開關(guān)頻率為20kHz。
[0042] 根據(jù)實施例電鍍電源系統(tǒng)參數(shù)，可確定圖2中的Gd(s)、Gp(s)、Gf (s)和Gjs)傳遞 函數(shù)表達(dá)式，分別為：
[0043]
Ο
[0044] 根據(jù)Gp(s)和6士），可得
·。忽略微分環(huán)節(jié)，可以得出：Dn(s) =0.2。其中，s為系統(tǒng)傳遞函數(shù)的頻域自變量；根據(jù)輸入?yún)⒖夹盘朓raf和前饋調(diào)節(jié) 器Dn(s)，可以得出：df=Dn(s)XIraf= 0. 21 。根據(jù)輸出電流:^和反饋通道傳遞函
數(shù)Gf(s)，可以得出 根據(jù)輸入?yún)⒖夹盘?^和輸出電 ：〇· 流L可以得出山=根據(jù)誤差信號IJPGjs)傳遞函數(shù)表達(dá)式，可以得出：
[0045] 根據(jù)步驟⑵中的df和步驟（5)中的db，可以得出Φ+如郵)A+=0U偷
[0046] 根據(jù)步驟(6)中的(1和(^)傳遞函數(shù)表達(dá)式，可以得出：P(f) =Jxfi(.；)^.4?"，fl08.S/.x15yU)45 + 1 ?-y "
[0047] 未采用前饋控制方法的輸出電流波形如圖4所示。圖5為采用前饋控制方法的輸 出電流波形。通過比較圖4和圖5可得，采用前饋控制方法后，電鍍電源輸出電流響應(yīng)速度 較快，波形更加平滑穩(wěn)定。
【主權(quán)項】
1. 一種用于提高電鍍電源輸出電流頻率的前饋控制方法，其特征在于，包括如下步驟， (1) 初始化，在無反饋工況下計算出前饋調(diào)節(jié)器〇"(8); (2) 電鍍電源中定時器中斷后，輸入?yún)⒖夹盘朓"f，通過前饋調(diào)節(jié)器隊(8)得到前饋輸出 信號df; (3) 通過采集輸出電流L經(jīng)反饋通道傳遞函數(shù)Gf(s)和反饋調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)Gjs)后 得到反饋調(diào)節(jié)器輸出信號db; (4) 將前饋輸出信號df與反饋調(diào)節(jié)器輸出信號db相加得到PWM環(huán)節(jié)輸入信號d，并由 此得到占空比D(t); (5) 通過占空比D(t)控制主回路傳遞函數(shù)Gd(s)，完成電鍍電源輸出電流的前饋控制。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于提高電鍍電源輸出電流頻率的前饋控制方法，其特征在于：步驟（1)中，前饋調(diào)節(jié)器Dn(s)滿足以下關(guān)系式， 1其中，Gp(s)為 PWM環(huán)節(jié)的傳遞函數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于提高電鍍電源輸出電流頻率的前饋控制方法，其特征 在于，步驟（2)中，前饋輸出信號df滿足如下關(guān)系，4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于提高電鍍電源輸出電流頻率的前饋控制方法，其特征 在于，步驟（3)具體包括如下步驟， 3. 1采集輸出電流L通過反饋通道傳遞函數(shù)Gf(s)得到反饋電流信號Ifb; 3. 2將參考信號Iraf和輸出電流u相減得到誤差信號I 3. 3將誤差信號L經(jīng)反饋調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)G。(幻后得到反饋調(diào)節(jié)器輸出信號db。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種用于提高電鍍電源輸出電流頻率的前饋控制方法，其特征 在于：步驟3. 1中，反饋電流信號Ifb滿足如下關(guān)系式， Ifb= i LXGf(s) 〇6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種用于提高電鍍電源輸出電流頻率的前饋控制方法， 其特征在于：步驟3.3中，反饋調(diào)節(jié)器輸出信號4滿足如下關(guān)系式，1=1\6。(8)=
【專利摘要】本發(fā)明一種用于提高電鍍電源輸出電流頻率的前饋控制方法，其包括如下步驟，(1)初始化，在無反饋工況下計算出前饋調(diào)節(jié)器；(2)電鍍電源中定時器中斷后，輸入?yún)⒖夹盘枺ㄟ^前饋調(diào)節(jié)器得到前饋輸出信號；(3)通過采集輸出電流，經(jīng)反饋通道傳遞函數(shù)和反饋調(diào)節(jié)器傳遞函數(shù)Gc(s)后得到反饋調(diào)節(jié)器輸出信號；(4)將前饋輸出信號df與反饋調(diào)節(jié)器輸出信號db相加得到PWM環(huán)節(jié)輸入信號，并由此得到占空比；(5)通過占空比控制主回路傳遞函數(shù)，完成電鍍電源輸出電流的前饋控制。將給定的參考電流信號通過前饋通道與反饋信號相加得到控制信號，發(fā)送至PWM環(huán)節(jié)輸入端，通過前饋通道將參考電流信號提前發(fā)送到PWM環(huán)節(jié)輸入端，以抵消反饋信號的延遲。
【IPC分類】H02M1/00
【公開號】CN105281548
【申請?zhí)枴緾N201510816977
【發(fā)明人】賀俊, 李俠, 王弋飛, 裴云慶
【申請人】中國西電電氣股份有限公司
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年11月20日