一種east快控電源給定信號預測方法及其應用的製作方法
2023-10-17 09:09:54 1
一種east快控電源給定信號預測方法及其應用的製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種EAST快控電源給定信號預測方法及其應用，其特徵是採用預測控制算法，對EAST快控電源給定信號進行預測，得到等離子體控制系統PCS的預測給定信號，利用預測給定信號和反饋信號的差值進行比例調節計算，獲得功率管的PWM波的佔空比，實現超前調節。本發明有效提高了主動反饋電源的快速響應能力，提升主動反饋的控制效果。
【專利說明】一種EAST快控電源給定信號預測方法及其應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種EAST快控電源給定信號預測方法及其應用。
【背景技術】
[0002] 超導託卡馬克裝置是一種利用磁約束和真空絕熱來實現受控核聚變的環形容器， 它使得磁約束位形的連續穩態運行成為現實。等離子體在高拉長比位形下的垂直不穩定位 移是託卡馬克裝置必須要克服的問題。
[0003]Tokamak等離子體垂直位移主動反饋控制器通過對等離子體垂直位移進行檢測， 計算快速控制電源的給定信號，由快速控制電源（簡稱快控電源）對主動反饋線圈勵磁，產 生快速變化的磁場來維持等離子體在垂直方向上的穩定性。其給定電壓信號與快控電源 輸出電流成線性對應關係，±l〇V對應±9000A。即給定信號為10V時，要求快控電源輸出 9000A;若給定信號為-5V，則要求快控電源輸出-4500A。若等離子體發生很小位移，而等離 子體的控制系統（PlasmaControlSystem，簡稱為PCS)能準確、快速地為電源發出指令，電 源能快速建立所需要的磁場，這時只要很小的電流就可將等離子體拉回到平衡位置；反之 電源系統要輸出很大電流，通過強大的磁場促使等離子體回到平衡位置。對電源系統來說， 主動反饋線圈是一個近似於電阻很小的純感性負載，為提高線圈的電流變化率，則要求電 源能夠輸出足夠高的電壓，故在主動反饋線圈耐壓耐流的允許範圍內，對於快控電源的輸 出電壓和電流的能力要求不斷提高。而對於應用於電源系統的功率器件而言，隨著電壓和 電流的提高，受制於開關損耗的影響，器件所允許的開關頻率急劇下降。快控電源的工作方 式為電源控制器按開關頻率實時採集PCS的給定信號，經計算後發出功率器件所需的脈寬 控制信號，功率器件根據控制信號導通和關斷，建立線圈所需的電流，即從給定信號到來到 電流建立需要一定的時間，該時間包含控制器的採樣延遲時間、計算時間和電流建立時間， 其中電流建立時間與電源輸出電壓能力相關，而控制器的採樣延遲時間和計算時間屬於電 源的響應速度，而開關頻率會影響到電源的響應速度。考慮到採樣時刻和給定信號到來時 刻的最大差異，電源系統對於給定信號響應的最長時間是1. 5倍的開關周期，設電源的器 件開關頻率為5kHz，則對於給定信號響應的最長時間是0. 3ms，即從給定信號到來到電源 輸出電壓最長的延時時間是〇. 3ms。由於快控電源目前採用的是上述的滯後控制方式，控制 器的採樣延遲時間和計算時間受制於功率器件的開關頻率，為能夠迅速的建立主動反饋線 圈的電流，對電源輸出電壓的能力不斷提高；為在等離子體發生較大偏移時能夠建立足夠 的將等離子體拉回到平衡位置的磁場，對電源輸出電流的能力不斷提高。即要求電源中所 採用的功率器件耐電壓和通電流能力不斷提高，而受制於開關損耗，功率器件的允許開關 頻率則持續下降，造成電源響應速度持續下降，形成一個矛盾，故只能在開關頻率與器件容 量之間尋求平衡。
【發明內容】
[0004] 本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種EAST快控電源給定 信號預測方法及其應用，使得針對EAST裝置等離子體垂直不穩定的複雜情況，採用預測控 制算法，對PCS向主動反饋快速電源發出的指令進行預測控制，縮短電源控制器的採樣延 遲時間和計算時間，實現超前調節，以提高主動反饋電源的快速響應能力，進而提升主動反 饋控制效果。
[0005] 本發明為解決技術問題採用如下技術方案：
[0006] 本發明EAST快控電源給定信號預測方法的特點是按如下步驟進行：
[0007] 對於由等離子體控制系統PCS發送給EAST快控電源的電壓信號進行提升，獲得非 負信號，對於所述非負信號按照〇.2ms的採樣周期進行實時採集，獲得由四個採集數據組
【權利要求】
1. 一種EAST快控電源給定信號預測方法，其特徵是按如下步驟進行： 對於由等離子體控制系統PCS發送給EAST快控電源的電壓信號進行提升，獲得非負信 號，對於所述非負信號按照〇. 2ms的採樣周期進行實時採集，獲得由四個採集數據組成的 採集數據序列 X(Q)，X(Q) = Ix (Q) (I)，x(Q) (2)，x(Q) (3)，x(Q) (4)}; 利用所述四個採集數據獲得式（I)所列的累加數據序列X(1): X⑴={x ⑴⑴，χω(2)，χω ⑶，X⑴⑷} (1) 式⑴中，:c(1)〇)= Σ V〇>W，《 = l，2,3,4; (1-1) k=\ 利用Χ(1)中四個採集數據獲得式（2)所列的緊鄰均值序列Z (1): Ζ(1)= {ζ ω(2),ζ(1)(3),ζω(4)} (2) 式⑵中 = + = 鑑於EAST快控電源控制器採樣頻率（5kHz)遠高於給定信號變化頻率（100Hz)，即給定 信號相對於採樣頻率來說變化較緩慢，X(1)滿足微分方程式（3):
式（3)中a反映 x(1)的發展態勢，b反映數據變化的關係； 採用最小二乘法，通過式（4)和式（5)分別獲得a和b :
利用式⑷和式（5)，求得式（3)的模型解為式（6): xl){m)-[x{t>>{l)--]e a^m = 1,2,.,.,5 (6); a a 採用累減還原，即進行式（1-1)的逆變換，得到式（7)所示的還原值 (m) (m) - (m -1) , m - 2,3... 5 (7); 當式（7)中m = 5時，.PYm)即為通過四個採樣數據χω (I)?(4)計算得到的下 一個採樣時刻給定值的預測值iw(5)，隨著採樣的實時進行，Xft0中的四個採集數據實時更 新，由此得到實時更新的預測值? (°?5)。
2. -種EAST快控電源調節方法，其特徵是：首先對EAST快控電源給定信號進行預測， 得到PCS系統的預測給定信號，利用所述預測給定信號和反饋信號的差值進行比例調節計 算，獲得功率管的PWM波的佔空比，實現超前調節。
【文檔編號】H02M1/08GK104518649SQ201510018555
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2015年1月14日 優先權日:2015年1月14日
【發明者】黃海宏, 常越萌, 王海欣, 汪鳳鳳 申請人:合肥工業大學