релейный способ управления преобразователем напряжения
Классы МПК: | G05F1/56 с использованием в качестве оконечных управляющих устройств полупроводниковых приборов, соединенных последовательно с нагрузкой G05B13/02 электрические |
Автор(ы): | Казанцев Юрий Михайлович (RU), Лекарев Анатолий Федорович (RU) |
Патентообладатель(и): | Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" (RU) |
Приоритеты: |
подача заявки:
2007-07-02 публикация патента:
27.01.2009 |
Изобретение относится к области автоматического управления и предназначено для импульсных преобразователей напряжения, может найти широкое применение в управлении электроприводами и регулируемыми вторичными источниками питания. Цель изобретения состоит в упрощении формирования управляющего сигнала для систем с импульсными преобразователями напряжения с LC-фильтром. Сущность изобретения заключается в том, что управление преобразователем напряжения осуществляют переключением ключевого элемента по знаку управляющего сигнала, при этом управляющий сигнал формируют как сумму текущих значений пульсирующей составляющей энергии дросселя фильтра и энергии, необходимой конденсатору фильтра для достижения заданного выходного напряжения. 1 ил.
Формула изобретения
Релейный способ управления преобразователем напряжения, заключающийся в переключении ключевого элемента по знаку управляющего сигнала, отличающийся тем, что управляющий сигнал формируют как сумму текущих значений пульсирующей составляющей энергии дросселя фильтра и энергии, необходимой конденсатору фильтра, для достижения заданного выходного напряжения.
Описание изобретения к патенту
Заявляемое изобретение относится к области автоматического управления и предназначено для импульсных преобразователей напряжения, может найти широкое применение в управлении электроприводами и регулируемыми вторичными источниками питания.
Известен релейный способ управления, заключающийся в том, что определяют сигнал ошибки, пропорциональный разности выходного сигнала системы и сигнала задания, формируют дифференцированный сигнал, пропорциональный производной выходного сигнала системы, формируют управляющий сигнал, пропорциональный сумме сигнала ошибки и дифференцированного сигнала умноженного на коэффициент обратной связи, переключение ключевого элемента осуществляют по знаку управляющего сигнала [1-3].
Известный способ управления реализует скользящий процесс, при котором закон движения не зависит от параметров прямой цепи системы и определяется только коэффициентом обратной связи.
Недостатком известного способа управления является то, что движение по линии скольжения не является оптимальным по быстродействию.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является релейный способ управления, заключающийся в переключении ключевого элемента по знаку управляющего сигнала, который формируют в соответствии с функцией переключения, обеспечивающей минимальное (или максимальное) значение функции Гамильтона - полной энергии управляемой системы [4],
где pi(t) - элементы вектора количества движения системы; bik(t) - элементы вектора параметров системы.
Известный способ управления обеспечивает управление по минимуму времени, однако требует определения текущих значений pi(t), которые нелегко найти аналитически. В практических реализациях известного способа управления для определения текущих значений p i(t) используется дополнительная модель сопряженной системы или алгоритмическая стратегия поиска параметров, обеспечивающих оптимальность процесса [4].
Цель изобретения состоит в упрощении формирования управляющего сигнала для систем с импульсными преобразователями напряжения с LC-фильтром.
Поставленная цель достигается за счет того, что в релейном способе управления преобразователем напряжения, заключающемся в переключении ключевого элемента по знаку управляющего сигнала, который формируют как сумму значений пульсирующей составляющей энергии дросселя фильтра и энергии, необходимой конденсатору фильтра, для достижения заданного выходного напряжения.
Сущность изобретения заключается в том, что управление преобразователем напряжения осуществляют переключением ключевого элемента по знаку суммы текущих значений пульсирующей составляющей энергии дросселя фильтра и энергии, необходимой конденсатору фильтра для достижения заданного выходного напряжения.
Текущее значение пульсирующей составляющей энергии дросселя определяют выражением
где iL - ток дросселя; i н - ток нагрузки; L - индуктивность дросселя фильтра.
Текущее значение энергии, необходимой конденсатору фильтра для достижения заданного выходного напряжения определяют выражением
где Uн - выходное напряжение; Uоп - заданное напряжение; С - емкость конденсатора фильтра.
Сигнал, переключающий ключевой элемент, формируют выражением
При отрицательном значении сигнала V Т ключевой элемент включен и происходит накопление энергии в реактивных элементах преобразователя, при положительном значении сигнала VТ ключевой элемент выключен и происходит расход энергии реактивных элементов преобразователя на нагрузку.
На чертеже представлена схема преобразователя напряжения с устройством, реализующим предлагаемый способ управления.
Силовая часть преобразователя напряжения состоит из ключевого элемента 1, дросселя фильтра 2, конденсатора фильтра 3, диода 4 и двух датчиков тока 5 и 6. Ключевой элемент 1, дроссель фильтра 2 и диод 4 соединены между собой в звезду, выводы конденсатора фильтра 3 соединены с выходной шиной Uн и с общей шиной U0, датчик тока 5 включен в цепь дросселя фильтра 2, датчик тока 6 - в выходную цепь преобразователя, управляющий вход ключевого элемента 1 соединен с управляющей шиной VТ, выходом датчика тока 5 является вывод iL, выходом датчика тока 6 - вывод iн, второй вывод ключевого элемента 1 соединен с входной шиной питания Uп, второй вывод диода 4 - с общей шиной U0, второй вывод дросселя фильтра 2 - с выходной шиной Uн .
Устройство, реализующее предложенный способ управления, состоит из узла 7 определения текущих значений пульсирующей составляющей энергии дросселя фильтра 2, узла 8 определения текущего значения энергии, необходимой конденсатору фильтра 3 для заряда до заданного выходного напряжения, узла 9 формирования управляющего сигнала и блока 10 задания опорного напряжения. Узлы 7, 8 и 9 имеют по два входа, входы iL и i н узла 7 соединены с выходами датчиков тока 5 и 6, вход Uн узла 8 соединен с выходной шиной U н преобразователя, вход Uоп узла 8 соединен с выходом блока 10, входы узла 9 соединены с выходами узлов 7 и 8, выход узла 9 соединен с управляющей шиной V Т.
Преобразователь напряжения с устройством, реализующим предложенный способ управления, работает следующим образом: на входы iL и iн узла 7 поступают измеренные значения тока дросселя фильтра 2 и выходного тока преобразователя, на выходе узла 7, в соответствии с выражением (2), формируется сигнал, пропорциональный текущему значению пульсирующей составляющей энергии дросселя фильтра 2, на вход Uн узла 8 поступает выходное напряжение преобразователя, а на вход Uоп - заданное напряжение, формируемое блоком 10, на выходе узла 8, в соответствии с выражением (3), формируется сигнал, пропорциональный текущему значению энергии, необходимой конденсатору фильтра 3 для заряда до заданного выходного напряжения, на выходе VT узла 10, в соответствии с выражением (4), формируется сигнал, управляющий переключением ключевого элемента 1, при отрицательном значении сигнала V Т ключевой элемент 1 включен, а при положительном - выключен.
Таким образом, если сумма значений пульсирующей составляющей энергии дросселя фильтра 2 и энергии, необходимой конденсатору фильтра 3 для достижения установившегося режима, отрицательна, то ключевой элемент 1 включен и происходит накопление энергии в реактивных элементах преобразователя, если положительна, то ключевой элемент 1 выключен и происходит расход энергии реактивных элементов преобразователя на нагрузку.
ЛИТЕРАТУРА
1. Теория систем с переменной структурой / С.В.Емельянов, В.И.Уткин, В.А.Таран и др., под ред. С. В.Емельянова. - М.: Наука. Гл. ред. физ.- мат.лит., 1970.
2. Нелинейные нестационарные системы / Г.Л.Вышковский, Л.З.Ганопольский, A.M.Долгов и др. Под ред. Ю.И.Топчеева. - М.: Машиностроение, 1986.
3. Попов Е.П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления: Учебное пособие. - М.: Наука. Гл. ред. физ.- мат.лит., 1988.
4. Ту Ю. Современная теория управления. М.: Машиностроение, 1971.
Класс G05F1/56 с использованием в качестве оконечных управляющих устройств полупроводниковых приборов, соединенных последовательно с нагрузкой