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超声铸造电源采用PID的研究2018/7/21 19:53:27

  1概述

  超声波电源是整体装置中的重要部分之一,电源为换能器提供稳定的功率使变幅杆实现等幅振荡,将能量传入铝熔体中。

  2电源总体结构

  针对负载参数变化较大的情况,将功率调节和频率调节分开控制是良好的解决办法,这样可以避免调节一个参数的同时另一参数也发生改变,同时也降低了控制难度。因此,直流侧调功,逆变器调频是较好的选择,斩波调功对电网的谐波干扰小,功率因数高,所以选用不控整流加buck斩波器调功,全桥逆变器调频的方式。

  3功率控制方法

  由于采用了频率跟踪技术,使负载总是工作在谐振点或者在谐振点附近,即负载等效为纯电阻性负载,只要改变buck变换器的输出电压即可调节电源输出有功功率。对buck变换器建立交流小信号模型进行分析,可近似看作一个二阶系统<2>,代入电路元件参数后得到系统的闭环传函。

  对于一个稳定的二阶系统来说,其单位阶约响应的误差曲线如图2所示<3>。假设e(k),e(k-1)和e(k-2)分别表示当前,前一个和前两个采样时刻的误差值,(1)ekekek=,(1)(1)(2)ekekek=,αβ,分别为抑制系数和放大系数,01α<<,1β>,A,B为误差界限,0

  (1)当0ekek>时,误差在向绝对值增大的方向变化,对应图2中阴影部分区间,或误差为常值不发生变化。如果ekB>,说明误差的绝对值很大,应该让控制器的输出最大,使误差的绝对值以最快的速度减小。如果ekA>,说明误差比较大,应该由控制器实施较强的控制作用,控制器的输出用增量式PID控制可表示为:{<(1)><2(1)(2)>}pidukkekekkekkekekekβ=+++(1)

  如果ekA<,说明误差的绝对值虽然仍在增大,但误差本身并不大,由控制器实施一般的控制作用即可,控制器的输出为:<(1)><2(1)(2)>pidukkekekkekkekekek=+++(2)

  (2)当0ekek<时,(1)0ekek>时,误差在向绝对值减小的方向变化,对应空白部分区间,或者此时,系统已达到平衡状态,控制器的输出保持不变;(1)0ekek<时,说明此时误差处于极值点,如果误差的绝对值比较大,即ekA>,由控制器实施较强的控制作用,输出为:pukkekβ=(3)如果误差的绝对值比较小,即ekA<,由控制器实施较弱的控制作用,输出为:pukkekα=(4)

  (3)当时,说明此时误差的绝对值很小,控制器加入积分作用,以减少稳态误差,输出为:<(1)>piukkekekkek=+(5)

  简而言之,在误差绝对值向增大的方向变化时,根据误差的大小来实施强或者弱的控制作用,在误差绝对值向减小的方向变化时,采取保持等待的措施。

  4结语

  由仿真结果可知,单位阶跃响应曲线虽然仍有轻微的抖动,但较之图2中控制器加入之前的效果,已经有了明显的改善,最大误差控制在8%以内,在7s的时刻加入0.5的输入干扰以后,输出仍然保持稳定,具有一定的鲁棒性,证明这种控制方式的设计及参数选择是有效的。控制器的P,I,D参数以及选取的误差界限,放大系数,抑制系数等参数对最终效果的影响很大,这些参数进一步优化之后可以得到更好的控制效果,在实际应用调试中,应该根据现场的控制效果做出相应的调整。


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