Устройство для управления преобразователем с двухпозиционной широтно-импульсной модуляцией

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 800 19) 511 Н 02 М ЕТЕНИЯВУ ЕЛЬСТ АВТОРСКОМУ ГОСУДАРСТВЕННЬЗЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ПЮТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗ(21) 4120425/24-07 (22) 22.09.86 (46) 15.05.89. Бюп. Кф 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 В 3781634, кл, Н 02 М 7/12, 1973.Авторское свидетельство СССР Р 886186, кл. Н 02 М 7/527, 1981, (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМДВУХПОЗИЦИОННОЙ 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 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 - 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 зна- йф чению рассогласования, и подает последовательность импульсов управления в каждый момент времени, соответствующий моменту переключения коммута". Се тора и определяемый по прогнозируемому значению рассогласования. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано для управления преобразовате 5лем с заданной кривой выходного параметра (например, напряжения),Цель изобретения - улучшение динамических характеристик преобразовате"ля путем определения каждого момента 10переключения коммутатора по прогнозируемому значению рассогласования.На фиг. 1 принедена структурная. схема описываемого устройства; нафиг. 2 - функциональная схема блока 15вычисления прогнозируемого значениярассогласования выходного напряжения.УПР); на фиг. 3 - диаграммы работыустройства. 20Устройство, осуществляющее управление преобразователем с коммутатором 1 (выполненным, например, по полумостовой схеме), источником 2 входного напряжения, однозненным ЬС-фильтром 3 и нагрузкой 4, содержит датчик5 напряжения источника входного напряжения, датчик б тока емкости фильтра преобразователя, датчик 7 напряжения на нагрузке, блок 8 задания, 30блок 9 вычисления УПР, усилитель 10управляющих импульсон, причем блок 9вычисления УПР подключен входами кдатчикам 5 - 7 и к блоку 8 задания,а выходом - к усилителю управляющихимпульсов.Елок 9 вычисления условного ,прогноза рассогласования содержит сумматор 11, блок 12 локального времени,компаратор 13, коммутатор 14, элемент 2 И 15, причем входами блока 9вычисления являются выходы датчиков6, 7, выход блока 8 задания и ныходыдатчика 5 источника входного напряжения, соответственно с первого по третий вход блока 9 УПР являются входами сумматора 1, четвертый вход сумматора 11 подключен к входу блока 12локального времени, соответственновыходы сумматора 11 и блока 12 подключены к входу компаратора 13, к выходу которого подключены третий ичетвертый входы коммутатора 14, вторыми входами которого являются входы1(1, Б( блока 9 УПР, а выход подключен к входу блока 12 локального времени, выходы компаратора 13 и блока12 являются входами элемента 2 И, вы-ход которого является выходом блока,прогнозируемое значениерассогласования;локальное время, отсчитываемое от момента последнего переключения;волновое сопротивление ЬСфильтра;резонансная частота фильтра;период несущей частотыШИМ;напряжение сигнала задания;ток емкости фильтра;напряжение на выходе коммутатора,1 с(ФИ На фиг. 3 представлены диаграммы работы устройстна, реализующего вычисление прогнозируемого значения 9 вычисления условного прогноза рассогласования.Устройство работает следующим образом.На выходах датчиков 5 - 7 формируются сигналы, пропорциональные напряжению входного источника питанияЩ+, Ц( для схемы со средней точкой), мгновенным значениям тока емкости 1. и напряжению 1(и на нагрузкесоответственно. Сигналы с датчиков5 - 7 поступают в блок 9 УПР, иэ которого через блок 1 О усилителя управляющих импульсов поступают сигналы управления ключами коммутаторапреобразователя 1,Блок 9 УПР работает следующим образом.Вычисление прогнозируемого .значения рассогласования б производится в предположении, что очередное переключение происходит в текущий момент времени 1 (отсчет времени недется от момента последнего переключения). Из решения системы дифференциальных уравнений эквивалентной схемы фиг. 1 получена формула вычисленияусловного прогноза рассогласованияпри длине интервала прогноза Ь == Ь - , которая после соответствующих преобразований приводится к виду,представляющему собой приближениевторого порядка к точному значениюпрогноза и обеспечивающему точностьнесложной аппаратурной реализации:с(г.) =1. 81 ПУ 1( + 1.созЯ 1 -- е - (1 - созЯ 11)Я + (ц)Бь (1)рассогласования Е(г.) по формуле (1)и вырабатывающего Функцию управленияЯ = -я 1 пЯ, определяющую момент переключения и одно из двух возможныхсостояний (позиций) коммутатора свходным напряжением,Отдельные вычислительные операцииосуществляют блоки устройства:11 = Гп 1 я 1 пИ 11 + 1, сояЯЬ - сн= а + (Ь, + Ъе) + се, (г) 4 о которое является точным при постоянных коэффициентах а, Ь, с, а при медленно меняющихся функциях а(е), Ь(й), с(г,) - 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 по рядка в том и другом исполнении обеспечивает малое изменение крутизны кривой Е в окрестности моментаперегде 1:, - выходной сигнал сумматора 1,на вход которого поступают 15слагаемые с постоянными ко. -эффициентами я 1 пбй, сояИЬи (1 - созе), не зависящиеот локального времени1., - выходной сигнал блока 12 локального времени.Очевидно, что блок 12 может бьггь выполнен, например, с использованием генератора пилообразного напряжения, отсчитывающего локальное время. Й, 25 квадратора и умножителя. Недостатками такой реализации блока являются большое количество элементов, сложная настройка и существенная аппаратурная погрешность при выполнении операции перемножения. Возможен другой (более простой) вариант выполнения блока 12 с использованием замены умножения медленных (мало меняющихся на интервале рассмотрения) функцийхна й и е- интегрированием. Основывается он на равенстве ключения и тем самым повышает точ-ность его определения.Сигнал Н с выхода второго интегратора с сигналом 1:, сумматора поступает на вход компаратора 13, преобразующего аналоговую функцию Е(С) в логическую функцию я 1 дпЕ. Сигнал Я(г.) с выходным импульсом одновибратора 18 в момент времени С поступает на элемент 2 И. Вычисление следующего момента переключения 1 начинается после окончания зануления интеграторов импульсом одновибратора 18.Коммутатор 16 формирует на выходе сигнал Ви 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 2 И.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 такжесэкономить энергию.Кроме того, достигается улучшение эксплуатационных характеристик (коэффициент несинусоидальности, К 1 Ц ) при работе преобразователя с нагрузкой (как с линейной, так и с нелинейной). 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 изобретения1. Устройство для управления преобразователек с двухпозиционной широтно-импульсной модуляцией, содержащее датчик напряжения источника входного напряжения, датчик тока емкостифильтра преобразователя, датчик и апряжения на нагрузке, блок задания и усилитель управляющих импульсов, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения динамических характе -ристик преобразователя, оно снабженоблоком вычисления условного прогнозарассогласования, входы которого подключены к выходам датчика напряженияисточника входного напряжения, датчика тока емкости фильтра преобразователя и датчика напряжения на нагрузкеи к выходу блока задания, а выход -к входу усилителя управляющих импульсов, причем блок вычисления условного прогноза рассогласования функционирует согласно формуле лЕ(1) =1 1 д, вхгЫп + 1 к со:ЯЬ - е(1 - соей).1 + (И 1.) Ец, где Е(Т) - прогнозируемое значениерассогласованиялокальное время, отсчитываемое от момента последнего переключения;волновое сопротнвление 1,Сфильтр;Ы - резонансная частота фильтраЬ - период несущей частоты11 ИБ; лнапряя ение сигппп эад- нияток емкости Аилтра;г5Б - напряжение па выходе коммутатора;Б - напряжение па н;и рузке.Н2. Устройство по и,1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок вычис ления условного прогноза рассогласования содержит четырехвхоловый сумматор, компаратор, коммутатор, элемент2 И и блок локального времени, включающий в себя два последовательно 15 включенных интегратора и одновибратор, выход которого подключен к входам обнуления интеграторов, а входк выходу компаратора, причем три входа сумматора подключены к выходам 20 датчиков тока емкости фильтра нреобразователя, напряжения на нагрузке иблока задания, а четвертной вход -к выходу коммутатора и к входу первого интегратора блока локального 25 времени, выходы сумматора и второгоинтегратора подключены к входу компаратора, выходы компаратора и одновибратора подключены к входам элемента2 И, выход которого является выходом 30 блока вычисления условного прогнозарассогласования, а входы коммутатораподключены к выходам дат пка напряжения источника входно о напряжения.4 В 006.6 Составитель В.Бунако Техред Л.Сердюкова Маковс Корректор С.Шекмар Редакт ул. Гагарина, 10 роизводственно-нэдательский комбинат ."Патент Ужго Закаэ 2554/53 ВНИИПИ Государ Тираж 647венного комитета по и113035, Москва, Ж,Подписноетениям и открытиям при ГКНТ СССР ская наб., д. 4/5