РЕЛЕЙНЫЙ СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ НАПРЯЖЕНИЯ Российский патент 2009 года по МПК G05F1/56 G05B13/02 

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 p_i(t) - элементы вектора количества движения системы; b_ik(t) - элементы вектора параметров системы.

Известный способ управления обеспечивает управление по минимуму времени, однако требует определения текущих значений p_i(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 i_L - ток дросселя; i_н - ток нагрузки; L - индуктивность дросселя фильтра.

Текущее значение энергии, необходимой конденсатору фильтра для достижения заданного выходного напряжения определяют выражением

где U_н - выходное напряжение; U_оп - 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 V_Т 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 U_н 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 V_Т, выходом датчика тока 5 является вывод i_L, выходом датчика тока 6 - вывод i_н, второй вывод ключевого элемента 1 соединен с входной шиной питания U_п, второй вывод диода 4 - с общей шиной U₀, второй вывод дросселя фильтра 2 - с выходной шиной U_н.

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 i_L и i_н узла 7 соединены с выходами датчиков тока 5 и 6, вход U_н узла 8 соединен с выходной шиной U_н преобразователя, вход U_оп 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 i_L и i_н 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 U_н узла 8 поступает выходное напряжение преобразователя, а на вход U_оп - 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 V_T 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.

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.

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.