一種用於電磁吸力懸浮系統的雙管獨立交錯控制方法
2023-07-06 18:43:01 1
專利名稱：一種用於電磁吸力懸浮系統的雙管獨立交錯控制方法
技術領域：
本發明涉及一種電磁吸力懸浮控制的方法，尤其涉及一種用於電磁吸力懸浮系統的懸浮控制與電力電子技術。
背景技術：
在中低速磁浮列車等電磁吸力懸浮系統中，由於電磁吸力與懸浮氣隙成近似的平方反比關係，系統不穩定，必須採用反饋控制才能使系統變為穩定系統。在反饋控制中，通過檢測懸浮氣隙的大小計算出需要調節的電磁鐵電流大小，也就是控制量或者電磁鐵電流給定。通過懸浮斬波器實現電磁鐵電流等於所期望的電磁鐵電流給定，從而通過調節電磁鐵電流來調節電磁力，實現系統穩定。所以，在電磁吸力懸浮系統中，懸浮斬波器和電磁鐵 是輸出執行部分，它們提供維持系統穩定懸浮的電流並產生使系統穩定的懸浮力。懸浮斬波器電路通常使用H型斬波器，由於電磁鐵電流單向流動，在主電路結構中使用兩隻開關管和兩隻二級管。對於電磁吸力懸浮系統來說，由於系統不穩定，當系統受到擾動時，希望電流儘可能的快速變化以儘快調節電磁力，使系統回復穩定位置。所以，為了抗擾動，需要系統具有比較快的電流變化，也就是比較大的電流變化率。但這種電流的快速變化會帶來另外一面。由於懸浮斬波器是開關電路，輸出電流存在紋波，這種紋波的大小往往和電流的變化率有關。電流變化率越大，系統紋波越大。電流紋波對懸浮系統來說也是一種擾動。所以對懸浮系統來說，當系統處於靜止狀態時，希望電流儘可能的平穩，紋波儘量小，平穩的電流會使系統電磁力的波動比較小，也就是系統擾動比較小；而當系統處於動態時，希望電流儘可能的快速變化，也就是要保持比較大的電流變化率。這也就對懸浮系統來說，電流需要快速而平穩。在目前的懸浮斬波器的控制方法中，懸浮斬波器的開關器件通常只作為一個控制量進行控制，也就是上下開關管的控制量是一個。本發明提出一種新的控制思想，將雙管作為兩個獨立的控制量，分別進行獨立控制，並且通過時間上的交錯，可以等效提高斬波器的開關頻率，提聞響應速度，降低穩態波動等目的。
發明內容
本發明是應用於電磁吸力懸浮系統中電流控制的一種方法，其目的是為了在電流控制環節中保持系統動態時電流變化速度不變的情況下，使得系統穩態紋波可控或者最小，同時系統主電路結構，開關管開關頻率等保持不變。本發明所採用的技術方案是一種用於電磁吸力懸浮系統的雙管獨立交錯控制方法，在由H型斬波器主電路及採樣控制單元構成的硬體平臺上，採用如下的控制方法對H型PWM主電路上下雙管進行不同步的獨立控制分別計算PWM脈寬，計算得到的PWM脈衝對雙管進行交錯實施；獨立交錯控制中，上下開關管作為兩個獨立的控制量，佔空比分別計算，採樣計算和實施時間交錯進行。
本發明的工作過程結合圖I可看到，在懸浮斬波器分析中通常將懸浮電磁鐵線圈簡化等效為RL串聯形式。假設Tl和T3為開關管，通常採用IGBT或者M0SFET。當開關管同時導通時電磁鐵電流增加；當開關管同時關斷時，電磁鐵能量通過二極體D2和D4反饋電源，電磁鐵電流減小。通過開關管不停的開通關斷，調節電磁鐵電流。當只有一個開關管導通時電路工作在二電平狀態。假設Tl和T3為懸浮斬波器開關管，在某一時刻對電流進行採樣，通過控制算法對PWM佔空比進行計算，計算得到的佔空比 對Tl進行實施；在一定時刻後，對電流進行採樣，通過和Tl相同或者不同的控制算法計算當前時刻的佔空比，該佔空比對T3進行實施。Tl和T3相差時刻可以通過計算得到，也可以採用固定值，Tl和T3的控制周期可以相同也可以不同。圖2表達了本發明雙管獨立交錯控制方法原理。本發明方法中對Tl和T3兩個開關管進行獨立交錯控制，這種獨立性體現在(a)兩個開關管控制採樣時刻可以相互獨立；(b)兩個開關管控制採用的算法可以相互獨立；(C)兩個開關管的控制量是獨立計算的；(d)兩個開關管的控制頻率可以相互獨立。控制方法中的交錯是指(a)兩個開關管的控制採樣時間可以進行交錯；(b)兩個開關管控制脈衝實施的時間可以交錯，他們的交錯時間可以使固定的，也可以是根據計算得到的。在傳統的系統雙管同脈衝控制中，雙管同時開通時負載電壓為電源電壓，雙管同時關斷負載電壓為負電源電壓。本發明通過交錯PWM使得系統存在單個開關管導通狀態，自然實現零電平狀態，同時使得系統可以實現比較小的正電平和負電平；通過獨立交錯控制，增加系統控制變量，系統除電流可控外，電流紋波也變為可控量；通過獨立交錯控制，在同等時間內，控制器調節的次數增加，可以加快響應，等效增加開關頻率。通過這種獨立交錯控制，可以使系統在不改變主電路結構和單管開關頻率的情況下，等效增加系統的控制和開關頻率，自然產生小脈衝和零電平，這種方法實現了靜態電流紋波可控，可以使電流跟蹤的誤差減小，同時保持最快電流跟蹤速度，系統的複雜性和安全性保持不變，從而提高系統性能。
圖I是懸浮斬波器主電路原理圖。圖2(a)是雙管獨立交錯控制方法原理框圖，圖2(b)是圖2(a)的相應波形圖。圖3是交錯控制電流波形圖。
具體實施例方式實施例一Tl和T3兩個開關管採用同周期控制，採用同一控制算法。假設Tl和T3開關周期均為T，但開通時刻和佔空比並不一致，其中開通時刻相差t3，佔空比分別為Cl1和d2。其中Ui為輸入電壓，I0為輸出電流，I0為輸出直流分量，電流電磁鐵電感為L，電阻為R。通過附圖3，我們可以看到在每一開關周期內，可能存在正、零和負三種電平。表I斬波器工作狀態(其中I代表開通，O代表關斷)
權利要求
1.一種用於電磁吸力懸浮系統的雙管獨立交錯控制方法，其特徵在於，在由H型斬波器主電路及採樣控制單元構成的硬體平臺上，採用如下的控制方法對H型PWM主電路上下雙管進行不同步的獨立控制分別計算PWM脈寬，計算得到的PWM脈衝對雙管進行交錯實施；獨立交錯控制中，上下開關管作為兩個獨立的控制量，佔空比分別計算，採樣計算和實施時間交錯進行。
2.根據權利要求I所述的一種用於電磁吸力懸浮系統的雙管獨立交錯控制方法，其特徵在於，所述獨立交錯控制是指(a)上下雙管獨立控制，各自獨立計算PWM脈寬；(b)兩PWM脈寬在同一周期內進行交錯，即分時採樣、計算並實施。
全文摘要
本發明公開了一種用於電磁吸力懸浮系統的雙管獨立交錯控制方法，對傳統的電磁吸力懸浮控制系統電流實現環節中H型斬波器的上下兩個開關管進行獨立控制，控制的採樣、計算和實施時間進行交錯。通過這種獨立交錯控制，可以使系統在不改變主電路結構和單管開關頻率的情況下，等效增加系統的控制和開關頻率，自然產生小脈衝和零電平，這種方法實現了靜態電流紋波可控，可以使電流跟蹤的誤差減小，同時保持最快電流跟蹤速度，系統的複雜性和安全性保持不變，從而提高系統性能。
文檔編號B60L13/04GK102910085SQ20121040507
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月23日 優先權日2012年10月23日
發明者董金文, 張崑崙 申請人:西南交通大學