СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ 


RU (11) 2214618 (13) C2

(51) 7 G05F1/56 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 2001103159/09 
(22) Дата подачи заявки: 2001.02.02 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2001.02.02 
(45) Опубликовано: 2003.10.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: RU 2156996 С2, 27.06.2000. RU 94020934 А1, 10.04.1996. DE 2647146 А1, 28.04.1997. ГРИШАНИН Ю.С. и др. Импульсные стабилизаторы напряжения с комбинированным координатно- параметрическим управлением. Электронная техника в автоматике. Сб. статей под ред. Ю.И.КОНЕВА. - М.: Радио и связь, 1984, вып.15, с.35-43. 
(71) Заявитель(и): Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно- производственный центр "Полюс" 
(72) Автор(ы): Казанцев Ю.М.; Лекарев А.Ф. 
(73) Патентообладатель(и): Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно- производственный центр "Полюс" 
Адрес для переписки: 654050, г.Томск, пл. Кирова, 2, НПЦ "Полюс" 

(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ С ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНЫМ РЕГУЛИРОВАНИЕМ 

Изобретение относится к автоматическому управлению и предназначено для преобразователя электрической энергии с широтно-импульсным регулированием и с LC-фильтром в непрерывной части и может найти применение в управлении электроприводами и регулируемыми источниками питания. Технический результат заключается в упрощении способа управления. Согласно предлагаемому способу в связи с тем, что в установившемся режиме работы напряжения питания и выходное напряжение за период синхронизации меняются незначительно, сигнал развертки формируют из периодического сигнала, пропорционального разнице текущих расчетных приращений выходного сигнала от напряжений на индуктивности LC-фильтра для интервалов до и после коммутации ключевого элемента, и сигнала смещения, пропорционального расчетному приращению выходного сигнала за период синхронизации от напряжения на индуктивности LC-фильтра для интервала после коммутации ключевого элемента. 1 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Заявляемое изобретение относится к автоматическому управлению и предназначено для преобразователей электрической энергии с LC-фильтром в непрерывной части оно может найти широкое применение в управлении электроприводами и регулируемыми источниками питания.

Известен способ управления преобразователем электрической энергии с широтно-импульсным регулированием, заключающийся в том, что выделяют сигнал ошибки как разность выходного сигнала преобразователя и сигнала задания, формируют пилообразный сигнал развертки с амплитудой, пропорциональной разности напряжений поступающих на вход LС-фильтра до и после коммутации ключевого элемента, формируют дифференцированный выходной сигнал, управление осуществляют управляющим сигналом, который формируют из суммы сигнала ошибки, дифференцированного выходного сигнала и сигнала развертки [1].

Недостаток известного способа заключается в том, что сигнал развертки не полностью определяет состояние преобразователя электрической энергии, поэтому изменение амплитуды напряжения питания приводит к появлению статической ошибки.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ управления преобразователем электрической энергии с широтно-импульсным регулированием, заключающийся в том, что определяют сигнал ошибки, пропорциональный разности выходного сигнала преобразователя и сигнала задания, формируют дифференцированный выходной сигнал, формируют сигнал развертки пропорциональным сумме периодического сигнала и сигнала смещения, управление осуществляют управляющим сигналом, который формируют из суммы сигнала ошибки, дифференцированного выходного сигнала и сигнала развертки, периодический сигнал формируют из прогнозируемого для интервала после коммутации ключевого элемента приращения дифференцированного выходного сигнала, а сигнал смещения формируют равным сумме средних за период синхронизации прогнозируемых приращений дифференцированных выходных сигналов для интервалов до и после коммутации ключевого элемента [2].

Известный способ обеспечивает коммутацию ключевого элемента при отсутствии статической ошибки и устойчивость управления в широком диапазоне задания параметров.

Известный способ реализует закон управления вида





где X= Uc-Uon - сигнал ошибки, формируется как разность между выходным сигналом преобразователя и сигналом задания, UL1=U1-Uc и UL2=U2-Uc - напряжения на индуктивности LC-фильтра на интервале до и после коммутации ключевого элемента, U1, U2 - напряжения на входе LС-фильтра на интервале до и после коммутации ключевого элемента, - дифференцированный выходной сигнал, Тn - длительность периода синхронизации, - постоянная времени LС-фильтра, t - время от начала периода синхронизации, t=0 и t=Tn - начало и конец периода синхронизации (момент перехода от конца периода синхронизации к началу следующего, возвращение ключевого элемента в исходное состояние), tk - моменты коммутации ключевого элемента, определяемые наименьшим положительным корнем уравнения f(t)=0 при U1>U2 (в момент коммутации ключевого элемента отключается напряжение U1 и подключается напряжение U2) и наименьшим по модулю отрицательным корнем уравнения f(t)=0 при U1<U, VT(F, t) - состояние ключевого элемента (VT=1 подключено напряжение U1, VT=0 подключено напряжение U2), Td - коэффициент передачи.

Недостаток известного способа заключается в сложности формирования сигнала развертки.

Цель изобретения состоит в упрощении способа управления.

Это достигается тем, что при способе управления преобразователем электрической энергии с широтно-импульсным регулированием, заключающемся в том, что выделяют сигнал ошибки как разность выходного сигнала преобразователя и сигнала задания, формируют дифференцированный выходной сигнал, формируют сигнал развертки пропорциональным сумме периодического сигнала и сигнала смещения, управление осуществляют управляющим сигналом, который формируют из суммы сигнала ошибки, дифференцированного выходного сигнала и сигнала развертки, при этом периодический сигнал формируют пропорциональным разнице текущих расчетных приращений выходного сигнала от напряжений па индуктивности LC-фильтра для интервалов до и после коммутации ключевого элемента, а сигнал смещения формируют пропорциональным расчетному приращению выходного сигнала за период синхронизации от напряжения на индуктивности LC-фильтра для интервала после коммутации ключевого элемента.

Сущность изобретения заключается в том, что в установившемся режиме работы входные напряжения U1, U2 и выходное напряжение преобразователя Uc за период пульсации меняются незначительно, поэтому на основе теоремы о среднем [3] допустимо принять



тогда



отсюда следует, что закон управления (1) можно упростить.

На чертеже приведена схема преобразователя электрической энергии с широтно-импульсным регулированием, реализующего предложенный способ.

Преобразователь содержит; ключевой элемент 1, ZC-фильтр 2, датчик тока 3, узел сравнения 4, блок формирования управляющего сигнала 5, RS-триггер 6 и блок формирования сигнала развертки 7, ключевой элемент 1 имеет два силовых входа, соединенных с шинами питания U1 и U2, один управляющий вход, соединенный с выходом RS-триггера 6, выход ключевого элемента 1 соединен с входом LC-фильтра 2, выход LC-фильтра 2 соединен с выходной шиной преобразователя напряжений Uc, датчик тока 3 включен в цепь конденсатора LC-фильтра 2, узел сравнения 4 имеет два входа - прямой и инверсный, прямой вход узла сравнения 4 соединен с выходной шиной преобразователя напряжений Uc, инверсный вход узла сравнения 4 соединен с шиной задания Uon, блок формирования управляющего сигнала 5 имеет три входа, первый вход блока формирования управляющего сигнала 5 соединен с выходом датчика тока 3, второй вход блока формирования управляющего сигнала 5 соединен с выходом узла сравнения 4, третий вход блока формирования управляющего сигнала 5 соединен с выходом блока формирования сигнала развертки 7, выход блока формирования управляющего сигнала 5 соединен с R-входом RS-триггера 6. S-вход RS-триггера 6 соединен с шиной синхронизации Uic, блок формирования сигнала развертки 7 состоит из узла интегрирования 8, масштабного усилителя 9 и сумматора 10, узел интегрирования 8 имеет два аналоговых входа - прямой и инверсный, прямой аналоговый вход узла интегрирования 8 соединен с шиной питания U1, инверсный аналоговый вход узла интегрирования 8 соединен с шиной питания U2, управляющий вход интегратора 8 соединен с шиной синхронизации Uic, масштабный усилитель 9 имеет два входа - прямой и инверсный, прямой вход масштабного усилителя 9 соединен с шиной питания U2, инверсный вход масштабного усилителя 9 соединен с выходной шиной устройства Uc, выход масштабного усилителя 9 и выход узла интегрирования 8 соединены с входами сумматора 10, выход сумматора 10 является выходом блока формирования сигнала развертки 7.

В преобразователе реализован закон управления вида





где Х= Uс-Uom - сигнал ошибки, UL1=U1-Uc и UL2=U2-Uc - напряжения на индуктивности LC-фильтра 2 на интервалах до и после коммутации ключевого элемента 1, U1, U2 - напряжения, приложенные к входу LC-фильтра 2 на интервалах до и после коммутации ключевого элемента 1, - дифференцированный выходной сигнал (выходной сигнал датчика тока 3), t - время от начала периода синхронизации, d - коэффициент передачи, - постоянная времени LC-фильтра 2, Tn - длительность периода синхронизации, t=0 и t=Tn - начало и конец периода синхронизации (момент перехода от конца периода синхронизации к началу следующего, возвращение ключевого элемента 1 в исходное состояние), tk - моменты коммутации ключевого элемента 1, определяемые наименьшим положительным корнем уравнения f(t)=0 при U1>U2 (в момент коммутации ключевого элемента 1 отключается напряжение U1 и подключается напряжение U2) и наименьшим по модулю отрицательным корнем уравнения f(t)=0 при U1<U, VT(F,t) - состояние ключевого элемента 1 (при VT=1 подключено напряжение U1, а при VT= 0 подключено напряжение U2).

На выходе блока формирования сигнала развертки 7 формируется сигнал



где - текущее значение расчетных приращений дифференцированного выходного сигнала при напряжении на индуктивности LC-фильтра 2, равном соответственно UL1, UL2,

- текущее значение расчетного приращения выходного сигнала при напряжении на индуктивности LC-фильтра 2, равном UL1-UL2,

- значение расчетного приращения выходного сигнала за период синхронизации при напряжении на индуктивности LC-фильтра 2 равном UL2.

Законы управления (1) и (3) при допущении (2) эквивалентны, в то же время в предложенном способе управления формирование сигнала развертки проще известного.

Преобразователь электрической энергии работает следующим образом. На выходе узла сравнения 4 формируется сигнал ошибки х=Uc-Uоn, на выходе датчика тока 3 формируется сигнал, пропорциональный дифференцированному выходному сигналу преобразователя (ток конденсатора LC-фильтра 2), на выходе узла интегрирования 8 формируется - текущего значение расчетного приращения выходного сигнала Uc при напряжении на индуктивности LC-фильтра 2, равном UL1-UL2, на выходе масштабного усилителя 9 формируется сигнал - расчетного приращения выходного сигнала Uc за период пульсации при напряжении на индуктивности LC-фильтра 2, равном UL1 (равенство справедливо, если принять на периоде синхронизации напряжение UL2 постоянным ввиду незначительного его изменения, и на основе теоремы о среднем [3]), на выходе сумматора 10 формируется сигнал развертки, при этом на выходе RS-триггера 6 из выходного сигнала блока формирования управляющею сигнала 5 и сигнала синхронизации Uic формируется управляющий сигнал, который управляет состоянием ключевого элемента 1 в соответствии с законом управления (3).

Источники информации

1. Гришанин Ю.С., Головацкий В.А., Юрченко А.И. Импульсные стабилизаторы напряжения с комбинированным координатно-параметрическим управлением //ЭТВА, 1984, вып. 15, с. 35-43.

2. Патент РФ 2156996, МПК7 G 05 В 13/02, опубл. 27.09.2000.

3. Смирнов В.И. Курс высшей математики. М.: Наука, 1974. - Т. 1. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Способ управления с широтно-импульсным регулированием, заключающийся в том, что выделяют сигнал ошибки как разность выходного сигнала LC-фильтра и сигнала задания, формируют дифференцированный выходной сигнал, формируют сигнал развертки пропорциональным сумме периодического сигнала и сигнала смещения, формируют сигнал, управляющий коммутацией ключевого элемента, в виде суммы сигнала ошибки, дифференцированного выходного сигнала и сигнала развертки, отличающийся тем, что периодический сигнал формируют пропорциональным разнице расчетных текущих приращений выходного напряжения LC-фильтра от напряжений на индуктивности LC-фильтра для интервалов до и после коммутации ключевого элемента, а сигнал смещения формируют пропорциональным расчетному приращению выходного сигнала LC-фильтра за период синхронизации от напряжения на индуктивности LC-фильтра для интервала после коммутации ключевого элемента.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru