Устройство для управления преобразователем с двухпозиционной широтно-импульсной модуляцией

 

Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к устройствам управления преобразователями, содержащими коммутатор и фильтр. Цель изобретения - улучшение динамических характеристик преобразователя путем определения каждого момента переключения коммутатора по прогнозируемому значению рассогласования выходного параметра. Устройство содержит блок 9 вычисления условного прогноза рассогласования, входы которого подключены к выходам датчика 5 напряжения, источника входного напряжения, датчика 6 тока емкости фильтра преобразователя, датчика 7 напряжения на нагрузке, блока задания 8, а выход - ко входу усилителя 10 управляющих импульсов. Устройство непрерывно на каждом межкоммутационном интервале вычисляет прогнозируемое значение рассогласования согласно выражению, являющемуся приближением второго порядка к точному прогнозируемому значению рассогласования, и подает последовательность импульсов управления в каждый момент времени, соответствующий моменту переключения коммутатора и определяемый по прогнозируемому значению рассогласования. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ °

РЕСПУБЛИН 511 Н 02 М 7/527

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

flO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ П<НТ СССР 4 ; - Д

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4120425/24-07 (22) 22.09.86 (46) 15.05.89. Бюл. У 18 (71) Всесоюзный электротехнический институт им. В.И.Ленина (72) Г.М.Мустафа, В.Г.Луганский . и А.И. Кутейникова (53) 621.316.727 (088.8) (56) Патент США Â 3781634, кл. Н 02 М 7/12, 1973.

Авторское свидетельство СССР

Р 886186, кл. Н 02 М 7/527, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ДВУХПОЗИЦИОННОЙ ШИРОТНО-ИМПУЛЬСНОЙ МОДУЛЯЦИЕЙ (57) Изобретение относится к преобразовательной технике, а именно к устройствам управления преобразователями, содержащими коммутатор и фильтр.

Цель изобретения — улучшение динамических характеристик преобразователя путем определения каждого момента переключения коммутатора по прогнози„„SU„„1480066 А1 руемому значению рассогласования выходного параметра. Устройство содержит блок 9 вычисления условного прогноза рассогласования, входы которого подключены к выходам датчика.5 напряжения источника входного напряжения, датчика 6 тока емкости фильтра преобразователя, датчика 7 напряжения на нагрузке, блока задания 8, а выход— к входу усилителя 10 управляющих импульсов. Устройство непрерывно на каждом межкоммутационном интервале вычисляет прогнозируемое значение рассогласования согласно выражению, являющемуся приближением второго порядка к точному прогнозируемому зна4Q чению рассогласования, и подает последовательность импульсов управления в каждый момент времени, соответствующий моменту переключения коммута-. С тора и определяемый по прогнозируемому значению рассогласования. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1480066

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для управления преобразовате-.

5 лем с заданной кривой выходного параметра (например, напряжения), Цель изобретения — улучшение динамических характеристик преобразователя путем определения каждого момента переключения коммутатора по прогнозируемому значению рассогласования.

На фиг. 1 приведена структурная . схема описываемого устройства; на фиг. 2 — функциональная схема блока 1S вычисления прогнозируемого значения рассогласования выходного напряжения (усповного прогноза рассогласования .УПР); на фиг. 3 — диаграммы работы устройства. 20

Устройство, осуществляющее управление преобразователем с коммутатором 1 (выполненным, например, по полумостовой схеме), источником 2 входного напряжения, однозвенным LC-филь- 25 тром 3 и нагрузкой 4, содержит датчик

5 напряжения источника входного напряжения, датчик 6 тока емкости фильтра преобразователя, датчик 7 напряжения на нагрузке, блок 8 задания, 30 блок 9 вычисления УПР, усилитель 10 управляющих импульсов, причем блок 9 вычисления УПР подключен входами к датчикам 5 — 7 и к блоку 8 задания, а выходом - к усилителю управляющих импульсов.

Елок 9 вычисления условного .прогноза рассогласования содержит сумматор 11, блок 12 локального времени, компаратор !3, коммутатор 14, эле- 40 мент 2И 15, причем входами блока 9 вычисления являются выходы датчиков

6, 7, выход блока 8 задания и выходы датчика 5 источника входного напряжения, соответственно с первого по тре- 45 тий вход блока 9 УПР являются входами сумматора 1, четвертый вход сумматора 11 подключен к входу блока 12 локального времени, соответственно выходы сумматора ll и блока 12 подключены к входу компаратора 13, к выходу которого подключены третий и четвертый входы коммутатора 14, вторыми входами которого являются входы

0с1, Ug блока 9 УПР, а выход подклю- 55

+ чен к входу блока 12 локального времени, выходы компаратора 13 и блока

12 являются входами элемента 2И, вы- ход которого является выходом блока где F-(t),прогнозируемое значение рассогласования; локальное время, отсчитываемое от момента последнего переключения; волновое сопротивление 1.Сфильтра; резонансная частота фильтра; период несущей частоты

ШИМ; напряжение сигнала задания; ток емкости фильтра; напряжение на выходе коммутатора, h

1с

< и

На фиг. 3 представлены диаграммы работы устройства, реализующего вычисление прогнозируемоro значения

9 вычисления условного прогноза рассогласования.

Устройство работает следующим образом.

На выходах датчиков 5 — 7 формируются сигналы, пропорциональные напряжению входного источника питания (Цс1+, 0,1 длЯ схемы со сРеДней точкой), мгновенным значениям тока емкости 1. и напряжению Би на нагрузке соответственно. Сигналы с датчиков

5 — 7 поступают в блок 9 УПР, иэ которого через блок 10 усилителя управляющих импульсов поступают сигналы управления ключами коммутатора преобразователя 1.

Блок 9 УПР работает следующим образом.

Вычисление прогнозируемого .значения рассогласования E(t) производится в предположении, что очередное переключение происходит в текущий момент времени tn (отсчет времени ведется от момента последнего переключения) ° Из решения системы дифференциальных уравнений эквивалентной схемы фиг. 1 получена формула вычисления условного прогноза рассогласования при длине интервала прогноза (3 =

= h — t которая после соответствующих преобразований приводится к виду, представляющему собой приближение второго порядка к точному значению прогноза и обеспечивающему точность несложной аппаратурной реализации:

f(t) = P P з., sinuh + l „cosgп— — е — (1 — созЯ1 )Я ) + (zt) S, (1) 1480066 рассогласования E(t) по формуле (1) и вырабатывающего функцию управления

S = -signP, определяющую момент переключения и одно из двух возможных состояний (позиций) коммутатора с входным напряжением.

Отдельные вычислительные операции осуществляют блоки устройства: л

U = Гп i sin@1} + L ° cosQh — с н (1 — cosuh) S}}g;

1 2 (yt) 8»

Ъ с (Ь + 2 ) (с + )dj се 2

= а+ (Ь, +b t) + ct (2) 40 которое является точным при постоянных коэффициентах а, Ь, с, а при медленно меняющихся функциях а(), b(t), c(t) — приближенным. В данном случае на интервале рассмотрения (такте несущей частоты) входные сигналы изменяются мало, поэтому формула (2) обеспечивает хорошее приближение и возможность более простой аппаратурной реализации.

В этом случае блок 12 выполняется в виде последовательно включенных интеграторов 16, 17 (фиг, 2), управляемых импульсом одновибратора 18.

Реализация формулы (1) второго по55 рядка в том и другом исполнении обеспечивает малое изменение крутизны кривой Е() в окрестности моментаперегде 1:, — выходной сигнал сумматора 1, на вход которого поступают слагаемые с постоянными ко.— эффициентами sinQh, соз01} и (1 — coscJh) не зависящие от локального времени

1 :, — выходной сигнал блока 12 ло- 20 кального времени.

Очевидно, что блок 12 может бьггь выполнен, например, с использованием генератора пилообразного напряжения, отсчитывающего локальное время. t, 25 квадратора и умножителя. Недостатками такой реализации блока являются большое количество элементов, сложная настройка и существенная аппара1 турная погрешность при выполнении операции перемножения. Возможен другой (более простой) вариант выполнения блока 12 с использованием замены умножения медленных (мало меняющихся на интервале рассмотрения) функций х на t u t- интегрированием. Основывается он на равенстве ключения и тем самым поль}шает точ- ность его определения.

Сигнал Н2 с выхода второго интегратора с сигналом I:} сумматора поступает на вход компаратора 13, преобразующего аналоговую функцию Я(с) в логическую функцию sign/. Сигнал S(t) с выходным импульсом одновибратора 18 в момент времени t„ поступает на элемент 2И. Вычисление следующего момента переключения t„, начинается после окончания зануления интеграторов импульсом одновибратора 18.

Коммутатор 16 формирует на выходе сигнал 8}} и может быть выполнен, наприкер, с использованием повторителя напряжения на базе операционного уси лителя, на вход которого через ключи подается положительное или отрицательное напряжение датчиков входного источника.

Сигнал УПР формируется на выходе элемента 2И.

Данное устройство позволяет осуществлять отслеживание требуемого значения выходного параметра при малой кратности частот, что дает возможность реализовать преобразователь на большие мощности с.использованием более дешевых переключающих элементов (транзисторов, запираемых тиристоров).

Применение устройства позволяет снизить коммутационные потери и тем самым уменьшить размеры охладителей и всей конструкции в целом, а также

I сэкономить энергию.

Кроме того, достигается улучшение эксплуатационных характеристик (}-оэффициент несинусоидальности, К1Ц,") при работе преобразователя с нагруз кой (как с линейной, так и с нелиней}}ой). Улучшается качество электроэнергии в переходных процессах при переключениях нагрузки. Это позволяет снизить массогабаритные показатели и стоимость фильтра потребителя и использовать преобразователь меньшей номинальной мощности при работе с нелинейной нагрузкой.

Формула из обре те ния

1. Устройство для управления преобразователек с двухпозиционной широтно-импульсной модуляцией, содержащее датчик напряжения источника входного напряжения, датчик тока емкости

1 480066 фильтра преобразователя, датчик и апряжения на нагрузке, блок задания и усилитель управляющих импульсов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения динамических характе— ристик преобразователя, оно снабжено блоком вычисления условного прогноза рассогласования, входы которого подключены к выходам датчика напряжения источника входного напряжения, датчика тока емкости фильтра преобразователя и датчика напряжения на нагрузке и к выходу блока задания, а выход— к входу усилителя управляющих импульсов, причем блок вычисления условного прогноза рассо!.ласования функционирует согласно формуле

Л

f (t) = (p i, я3.гц!3 + 1 3, co:Я13 — е (1 — сол3;д11) . „) + (43 t) 813, где (Т) — прогнозируемое значение рассоглаcoBBHHH q локальное время, отсчитыв аемое от момента Ilo следнего переключения; волновое сопротивление 1.Сфильтр»;

Я вЂ” резонансная частота фильтPl1 период несу1цей частоты

Г1И1 i; л

H а11ряя е 1111 е с!11 11 lл 1 3 ад;!

Н l l u ток емкости Аи ll тра; г

S — напряжение па выходе ком13 мутатора;

U — напряжение па 13;» рузке. н

2. Устройство по и.1, v т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок вычис10 ления условного прогноза рассогласования содержит четырехвхо 301311! I сумматор, компаратор, коммутатор, элемент

2И и блок локального времени, включающий в себя два последовательно

15 включенных интегратора и одновибратор, выход которого подключен к входам обнуления интеграторов, а вход к выходу компаратора, причем три входа сумматора подключены к выходам

20 датчиков тока емкости фильтра нреобразователя, напряжения на нагрузке и блока задания, а четвертной вход— к выходу коммутатора и к входу llepвогo интегратора блока JloKальногo времени, в1,!ходы сумматора и второго интегратора подключены к входу компаратора, выходы компаратора и одновибратора подключены к входам элемента

2И, выход которого является выходом

30 блока вычисления условного прогноза рассогласования, а входы коммутатора подключены к выходам дат п1ка напряжения источника входно1 о напряжения.! 48006.6

Составитель В.Бунаков

Редактор А.Маковская Техред Л.Сердюкова Корректор С.Шекмар

Заказ 2554/53 Тираж 647 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат ."Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101