CN101252272A - 一种多负载控制系统的防浪涌方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多负载控制系统的防浪涌方法，在多个连接负载的支路上依次接入延时单元，每个支路的延时时间各不相同且多个支路的延时时间形成延时序列，当控制系统需要多个负载得电时，多个负载在延时单元的控制下依次顺序得电；当控制系统需要多个已得电的负载断电时，多个负载在延时单元的控制下依次顺序断电，从而可有效避免因负载同时得电或断电而产生的浪涌电流和浪涌电压。由于延时序列形成的总延时时间相对系统要求的负载的响应速度而言是较小的数量级，因此不会影响负载的正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有多负载的控制系统的防浪涌方法，该方法可应用于具有多负载的纺织机械设备。
背景技术
浪涌电流和浪涌电压是指电源接通或断开的瞬间，在电源设备、电源母线、负载等形成的峰值电流和电压，通常用di/dt表示浪涌电流，用du/dt表示浪涌电压。浪涌电流也可以表示为在微分时间间隔内的电流增量，浪涌电压表示为在微分时间间隔内的电压增量。di/dt近似表示为Δi/Δt，表示在微小时间间隔内的电流增量；du/dt近似表示为Δu/Δt，表示在微小时间间隔内的电压增量。在电子或电气控制系统中，大的浪涌电流或浪涌电压都是有害的，因此人们总要设法防止大的浪涌电流或浪涌电压产生。从前述表达式可以看出，增大Δt，减小Δi、Δu是减小浪涌电流或浪涌电压的途径。
纺织机械的控制对象常为感性负载，如电磁阀、电磁铁、电机线圈等，而且数量巨大，例如电子多臂机是通过给电磁铁线圈通电来使电子多臂机动作，一台电子多臂机常有十几个至四十个电磁铁；再例如电子提花机常通过控制带有电磁铁的电磁选针器来实现提花。电磁铁的数量与提针的数量对应，对于5120针的电子提花机，就相应有5120个电磁铁。每个电磁铁都有一个电感线圈，当很多电感线圈同时通电或者断电的时候，会在电源设备、电源母线、负载上产生很大的浪涌电流和浪涌电压，这种浪涌电流和浪涌电压本身就是干扰源，会干扰系统自身或者邻近系统。
现有的防浪涌方法多集中于浪涌吸收，在大浪涌的场合通过浪涌吸收元件或者浪涌吸收电路来抑制浪涌。如果有技术能够避免大的浪涌产生，显然比已经产生了浪涌再想办法抑制和吸收更为积极。
发明内容
本发明目的就是为解决现有技术的不足而提供一种能够减小多负载控制系统中产生浪涌电流和浪涌电压的方法。
为解决上述技术问题本发明的技术方案为：一种多负载控制系统的防浪涌方法，在多个连接负载的支路上依次接入延时单元，每个支路的延时时间各不相同且多个支路的延时时间形成延时序列，当控制系统需要多个负载得电时，多个负载在延时单元的控制下依次顺序得电；当控制系统需要多个已得电的负载断电时，多个负载在延时单元的控制下依次顺序断电。
更进一步地，所述的延时序列的总延时时间小于系统要求的负载的响应时间，且所述的延时序列的最小时间间隔为0.1微秒～1毫秒。
作为本发明进一步的改进，将所述的多个负载分为复数个负载组，在多条连接负载组的支路上依次接入延时单元以形成所述的延时序列。
所述的延时序列可以由多个延时单元依次相串联触发、并联触发或串并联混合触发而成。
所述的各延时单元可为独立的一阶阻容电路或所述的延时序列通过集成电路或可编程集成电路实现，其中可编程集成电路为微处理器、DSP、FPGA、CPLD中的一种。
所述的延时序列内嵌在控制系统中。
由于采用了上述的技术方案，本发明的优点为：
按照电路基本理论，对于在负载支路上连接的电感元件有U＝L*di/dt，式中U为电感二端的电压，L为电感量。当电感量为L的负载支路得电的时候，U即为所加的电源电压。由此式可以推得：di/dt＝U/L，此式说明di/dt与电感量成反比。
当n个同样的电感同时接入电源时，相当于n个电感并联，其总的电感值Ln＝L/n，则此时的di/dt＝U/Ln＝n*U/L。此式说明当多个电感负载同时接入电源时，会产生n倍于单个负载的浪涌电流；如果采用延时接入的方法，每次只接入一个负载，则可有效减小浪涌电流。
感性负载在断电的时候由于电流不能突变，因此会产生很大的反冲电压，有：U＝-R*I0*e-t/τ，式中I0为断电前的电流，R为断电后的回路电阻，若负载完全断开，R趋向于无穷大，则反冲电压U很大，形成浪涌电压。如果采用延时断开的方法，多个负载依次分步断开，则一方面I0逐渐减小，一方面R逐渐增大，则会有效减小浪涌电压。
根据上述依据，通过在各负载支路设置延时单元，每个支路的延时时间各不相同并形成延时序列，使得多个负载在延时单元的控制下依次得电或依次断电，从而可有效避免因负载同时得电或断电而产生的浪涌电流和浪涌电压。由于延时序列形成的总延时时间相对系统要求的负载的响应速度而言是较小的数量级，因此不会影响负载的正常工作。
附图说明
附图1为本发明防浪涌方法的部分电原理框图(延时单元相串联触发)；
附图2为本发明防浪涌方法中延时单元的电原理图；
附图3为本发明防浪涌方法的部分电原理框图(延时单元相并联触发)；
附图4为本发明防浪涌方法的部分电原理框图(延时单元串并联混合触发)；
附图5为本发明防浪涌方法的部分电原理图(延时单元通过集成电路实现)。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：
实施例一：
如图1所示的防浪涌方法，该种方法主要应用于具有多个负载的控制系统中，为了清楚示意，图中对控制系统的其他部件未作表述，该未作表述的部分并不影响本发明的实质。由图1所示，控制系统包括负载1～负载n，此处负载1～负载n可为单个负载，也可以为多个负载形成的负载组。多个负载或负载组形成多个负载支路，在本实施例中，依次在负载2至负载n的支路上连接有延时单元，每个延时单元的延时时间为Δt，且多个延时单元相串联连接从而形成串联触发，故多个串联的延时单元形成一延时序列。当有控制信号到来需要负载1至负载n得电时，负载1最先得电，负载2在延时单元的控制下延时Δt后得电，以此类推，负载n在延时(n-1)Δt后得电，由此形成所有负载在延时单元的控制下依次顺序得电。同样的道理，当有断电的控制信号到来需要负载1至负载n断电时，负载1最先断电，负载2至负载n在相应的延时单元控制下依次顺序断电。延时单元的延时时间Δt的选择应兼顾如下因素：一是要使总的延时时间((n-1)Δt)小于系统要求的负载的响应时间，以不影响负载正常动作为度；二是负载的轻重，若负载重则延时时间不能太短，否则防浪涌效果不明显；另外还要考虑延时单元的实现成本和精度。通常根据控制系统的要求及负载支路的情况，每个延时单元的延时时间Δt可在0.1微秒～1毫秒数量级内选择。当然，图1中每个负载支路的负载可以是不等量的，每个延时单元的延时时间也可以是不等量的。
附图2为本实施例中延时单元的电路图，每个延时单元由一阶阻容电路形成，同时在一阶阻容电路的输出端还设置一缓冲驱动器作整形驱动。每个延时单元的延时时间可以通过调整RC电路的时常数来实现。当然对延时单元的实现途径还可以有多种方法，不限于本例。例如通过数字集成电路来实现，采用微控制器、DSP、FPGA、CPLD等可编程集成电路实现，这对于本领域技术人员为公知技术手段，在此不再赘述。
实施例二：
图3所示的防浪涌方法，与实施例一的区别在于，本实施例中多个延时单元通过同一控制信号并联触发。即在每个负载支路上连接一延时单元，每个延时单元的延时时间各不相同且顺序递增，例如可以设置成t1＝Δt，t2＝2*Δt，tn＝n*Δt，故多个并联的延时单元形成延时序列，由此形成对负载的依次驱动。延时序列的总延时时间小于系统要求的负载的响应时间，且所述的延时序列的最小时间间隔为0.1微秒～1毫秒。本实施例因涉及到多个延时时间各不相同的延时单元，因此会增加制作难度，但是因为各延时单元是接收同一控制信号，可适用于一些智能控制场合。延时单元的电路如实施例一所述，可以用简单的RC电路实现，也可以用复杂的集成电路实现，在此不再赘述。
实施例三：
图4所示的防浪涌方法，实质上是将实施例一与实施例二相结合，即在负载支路上的延时单元在同一控制信号控制下以串并联混合的方式触发工作，本领域技术人员根据实施例一和实施例二的技术方案很容易变通到本实施例，延时单元的串联和并联的级次的设置只要使得每个负载支路上的延时单元依次形成一延时序列即可，且使得延时序列的总延时时间小于系统要求的负载的响应时间，且延时序列的最小时间间隔为0.1微秒～1毫秒。
实施例四：
图5所示的防浪涌方法，采用了大规模可编程集成电路。事实上，微小增量的延时控制在工程实现上是有一定难度的，用RC模拟电路实现的延时单元易受元件本身制造精度的影响，也易受环境温度的影响，只能用于精度不高的场合，对于高精度的微小增量延时需要用数字电路来实现。本发明的防浪涌方法，实际是由多个延时单元实现对多负载支路的延时序列控制。除了利用上述实施例中用多个单个的延时单元组合成所需的延时序列外，还可以用可编程大规模集成电路同时实现对多个负载支路的延时序列控制。由于很多控制系统本身就是由大规模可编程器件构成的，如微处理器、DSP、FPGA、CPLD等，对于这样的系统，可以把形成延时序列的方法作为一个算法内嵌在这些大规模可编程器件内，从而实现对各个负载支路的驱动，这样不需要增加额外的硬件成本即可实现有效的浪涌抑制。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1、一种多负载控制系统的防浪涌方法，其特征在于：在多个连接负载的支路上依次接入延时单元，每个支路的延时时间各不相同且多个支路的延时时间形成延时序列，当控制系统需要多个负载得电时，多个负载在延时单元的控制下依次顺序得电；当控制系统需要多个已得电的负载断电时，多个负载在延时单元的控制下依次顺序断电。
2、如权利要求1所述的一种多负载控制系统的防浪涌方法，其特征在于：所述的延时序列的总延时时间小于系统要求的负载的响应时间，且所述的延时序列的最小时间间隔为0.1微秒～1毫秒。
3、如权利要求1或2所述的一种多负载控制系统的防浪涌方法，其特征在于：将所述的多个负载分为复数个负载组，在多条连接负载组的支路上依次接入延时单元以形成所述的延时序列。
4、如权利要求1或2所述的一种多负载控制系统的防浪涌方法，其特征在于：所述的延时序列由多个延时单元依次相串联触发而成。
5、如权利要求1或2所述的一种多负载控制系统的防浪涌方法，其特征在于：所述的延时序列由多个延时单元相并联触发而成，且所述的多个延时单元的延时时间各不相同。
6、如权利要求1或2所述的一种多负载控制系统的防浪涌方法，其特征在于：所述的延时序列由多个延时单元通过串联和并联混合触发而成。
7、如权利要求1或2所述的一种多负载控制系统的防浪涌方法，其特征在于：所述的各延时单元为独立的一阶阻容电路。
8、如权利要求1或2所述的一种多负载控制系统的防浪涌方法，其特征在于：所述的延时序列通过集成电路或可编程集成电路实现。
9、如权利要求8所述的一种多负载控制系统的防浪涌方法，其特征在于：所述可编程集成电路为微处理器、DSP、FPGA、CPLD中的一种。
10、如权利要求8所述的一种多负载控制系统的防浪涌方法，其特征在于：所述的延时序列内嵌在控制系统中。
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