CN103701354B - 具有自适应假负载的电性源发射机装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有自适应假负载的电性源发射机装置及控制方法，是由发电机或电池组与直流稳压电源连接，直流稳压电源经电流传感器分别于发射支路和自适应假负载支路连接；主控制器经恒流电源控制单元与直流恒流电源连接，经脉冲发生器控制单元与电流脉冲发生器连接，经稳流变换器控制单元与电流传感器和自适应稳流变换器连接构成。在假负载阻值不变的情况下保持发电机或电池组以恒定功率输出，操作简便，保证了脉冲电流幅值恒定，提高了发射电流脉冲波形的质量，缩小了系统的体积，减轻了仪器重量，增加了发射机工作的稳定性，延长了交流发电机或电池组以及直流稳压电源的使用寿命，使其能够在复杂野外环境下长期稳定可靠工作。

Description

具有自适应假负载的电性源发射机装置及控制方法

技术领域：

本发明涉及一种地球物理勘探中的电法仪器，尤其是适用于发射功率在n×10⁰kW到n×10²kW之间，发射脉冲电流波形具有一定死区时间，负载阻抗为10～80Ω的电磁发射机。

背景技术：

在地球物理勘探电法仪器中，发射机用于形成人工场源，向探测区域发射激励信号，接收机通过检测响应信号来获取地下信息。对于IP(InducedPolarization，激发极化法)、LOTEM(LongOffsetTransientElectromagnetic，长偏移距瞬变电磁法)、SOTEM(Short-offsetTransientElectromagnetic，短偏移距瞬变电磁法)和GREATEM(GroundedElectricalSourceAir-groundTransientElectromagnetic，接地电性源空地瞬变电磁法)电磁探测方法，要求发射机向大地负载提供具有一定死区时间的周期性脉冲电流来探测地下信息。脉冲电流为单极性脉冲电流或者双极性脉冲电流，其周期在n×10^-3s～n×10¹s之间。大地负载为大地上两个电极坑之间的阻抗，两个电极坑一般相距1～3km，阻抗值通常为10～80Ω，因工作地区或接地条件的改变而不同。用于向大地负载发射激励信号的装置称为电性源发射机。在实际工作中，发射机通常采用电池组、发电机或者直流电源供电，发射功率一般在n×10⁰kW～n×10²kW之间。对于上述电磁勘探方法，为了保证测量结果的准确性，要求脉冲电流幅值恒定，波形无畸变；为提高接收机采集到信号的信噪比，要求发射机向大地负载发射的电流幅值尽可能高，发射功率尽可能大。同时，为了便于在野外复杂环境下施工，在满足发射功率的条件下，要求发射机体积尽可能小，重量尽可能轻。另外，仪器的稳定性作为发射机最根本的性能，对保证野外正常工作具有重要意义。

发射机装置向大地负载发射的脉冲电流波形包括正向高电平或者反向高电平阶段和零电平阶段。在大地负载上脉冲电流波形为正向高电平或者反向高电平阶段，电池、发电机或者直流电源以高功率值输出；在大地负载上脉冲电流波形为零电平阶段，电池、发电机或者直流电源以低功率值或者无功率输出。这种加载于大地负载的具有一定死区时间的周期性脉冲电流形成冲击性负荷，使电池组、发电机或者直流电源频繁地在轻载和重载工作状态之间切换，对电池组、发电机或者直流电源具有较大的电应力冲击，甚至引起发电机震动，最终导致这些供能装置的机械损伤或者电气性能下降，严重降低了发射机的稳定性和使用寿命。同时，这种加载于大地负载的周期性脉冲电流还会引起大地负载物理特性的变化，使其在一个脉冲周期内的阻抗值发生改变。这种变化容易造成脉冲电流产生畸变，进而影响测量结果的准确性。

CN102053278A、CN102183792A和CN102510233A对电法勘探仪器中的发射机装置做了详细的阐述，采用上述发射机装置可以向大地负载发射脉冲电流，但是无法避免脉冲电流对电池组、发电机或者直流电源造成的冲击性损伤，稳定性较低，不适合在发射功率较大的条件下工作。为了避免这种冲击性损伤，常规仪器中采用在大地负载两端并联电阻的方法来稳定发电机或电池组的输出功率。由于工作地区不同或者接地条件不同，大地负载的阻抗值也不同，需要对多组电阻进行切换来匹配不同的输出功率。这种方法操作过程复杂，仪器装置体积较大，重量较沉，不适合在野外复杂环境中工作。

从控制方法上讲，常规发射机通常采用单一稳压或者稳流的方式对流过大地负载的电流幅值进行控制。稳压方式通过保持直流电源输出电压恒定的方式来控制流过大地负载的电流幅值恒定，这种方式无法适应测量过程中大地负载阻抗值的改变，将会引起脉冲电流波形产生畸变，影响测量效果，并且也无法避免脉冲电流对设备造成的冲击性损伤。

稳流方式通过保持直流电源输出电流恒定的方式来使大地负载上的电流幅值保持恒定，这种方式用于产生带死区的脉冲电流波形时，对于抑制由于输出功率突变给电池组、发电机或者直流电源所带来的冲击有一定效果。但是，这种方式有两方面的不足，一是为了使大地负载两端电压波动不是很大，需要在发射机中添加足够大的电容来存储死区时间内直流电源输出的能量，因直流电源输出能量较大，电压值较高，所以要求电容容量较大，耐压值较高，造成装置比较笨重；二是增加储能电容虽然减小了电压波动的幅度，但是无法保证电容两端电压固定不变，直流稳压电源在大地负载不消耗功率时给储能电容充电，引起电容两端母线的波动，从而使大地负载上的电流脉冲产生畸变，影响测量的准确性。

发明内容：

本发明的目的就是针对上述技术的不足，提供一种具有自适应假负载的电性源发射机装置；

本发明的另一目的是提供一种具有自适应假负载的电性源发射机控制方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

具有自适应假负载的电性源发射机装置，是由发电机或电池组1与直流稳压电源2连接，直流稳压电源2的正极经电流传感器12、直流恒流电源3和电流脉冲发生器4与大地负载5连接，直流稳压电源2的负极经直流恒流电源3和电流脉冲发生器4与大地负载5连接，直流稳压电源2的正极经电流传感器12和自适应稳流变换器6与假负载7连接，直流稳压电源2的负极经自适应稳流变换器6与假负载7连接，主控制器8经恒流电源控制单元9与直流恒流电源3连接，主控制器8经脉冲发生器控制单元10与电流脉冲发生器4连接，主控制器8经稳流变换器控制单元11与自适应稳流变换器6连接，电流传感器12与稳流变换器控制单元11连接构成。

所述的稳流变换器控制单元11是由采样电流信号调理电路经A/D信号转换电路、D/A信号转换存储电路、模拟信号调理补偿电路和PWM控制电路与输出信号驱动及保护电路连接，采样电流信号调理电路与PWM控制电路连接构成。

所述的假负载7由电阻构成，匹配功率为n×10⁰kW～n×10²kW，阻值R由最大匹配功率P_max和直流稳压电源2最大输出电压U_max确定，R＝U_max ²/P_max。

直流稳压电源2输出接发射支路与自适应假负载支路，发射支路与自适应假负载支路并联连接，发射支路包括直流恒流电源3、电流脉冲发生器4和大地负载5，自适应假负载支路包括自适应稳流变换器6和假负载7。

具有自适应假负载的电性源发射机控制方法，包括以下步骤：

A、主控制器8产生使能信号ENB1、ENB2、ENB3和脉冲驱动信号G1、G2，

并产生给定电流信号Ig，ENB1、ENB2、ENB3、G1和G2均为高电平有效，ENB2＝(G1+G2)·ENB1，

其中“+”、“·”和“￣”表示数字逻辑中的“或”、“与”“非”运算；

B、当ENB2为高电平时，恒流电源控制单元9控制直流恒流电源3工作，脉冲发生器控制单元10控制电流脉冲发生器4向大地负载5发射脉冲电流，稳流变换器控制单元11中A/D信号转换电路通过电流传感器12实时采集直流稳压电源2的输出电流，D/A信号转换存储电路对A/D信号转换电路的输出信号进行实时转换，D/A输出信号实时更新；

C、当ENB3由低电平变为高电平时，稳流变换器控制单元11锁存前一时刻电流传感器12采集的输出电流值Io，控制自适应稳流变换器6工作，使直流稳压电源2输出电流恒定为Io，假负载7的功率与ENB2为高电平时大地负载5上的功率相等，从而保证发电机或电池组1以恒定功率输出。

步骤A所述的过程包括以下子步骤：

a、主控制器8产生使能信号ENB1，用于控制脉冲发生器控制单元10的工作状态，ENB1为高电平有效；

b、主控制器8产生脉冲驱动信号G1、G2，脉冲驱动信号G1、G2经脉冲发生器控制单元10处理后用于控制电流脉冲发生器4向大地负载5发射脉冲电流，G1和G2为高电平有效；

c、主控制器8产生使能信号ENB2，用于控制恒流电源控制单元9的工作状态，ENB2为高电平有效；

d、主控制器8产生给定电流信号Ig，给定电流信号Ig经过恒流电源控制单元9处理后，调节直流恒流电源3的输出电流，控制电流脉冲发生器4向大地负载5输出脉冲电流的幅值；

e、主控制器8产生使能信号ENB3，用于控制稳流变换器控制单元11的工作状态，ENB3为高电平有效。

步骤C所述的过程包括以下子步骤：

f、稳流变换器控制单元11中D/A信号转换存储电路停止对A/D信号转换电路的输出信号进行转换存储，输出前一时刻锁存的定值信号，该信号经模拟信号调理补偿电路处理后，为PWM控制电路提供参考电流信号I_REF；

g、电流脉冲发生器4停止向大地负载5输出脉冲电流；

h、恒流电源控制单元9停止工作，从而使直流恒流电源3停止输出电流；

i、稳流变换器控制单元11中PWM控制电路根据实时反馈电流信号I_f和参考电流信号I_REF输出PWM调压信号，该信号经输出信号驱动及保护电路处理后，调节自适应稳流变换器6输出电压，使直流稳压电源2保持恒定电流输出，确保了假负载7的功率与ENB2为高电平时大地负载5上的功率相等，从而使发电机或电池组1以恒定功率输出。

有益效果：与现有技术相比，(1)本发明通过主控制器控制电流脉冲发生器、直流恒流电源和自适应稳流变换器的工作状态，使电能在发射支路与自适应假负载支路之间自动切换，操作简便。(2)通过采用直流稳压电源进行电压控制，采用直流恒流电源进行电流控制，保证了脉冲电流幅值恒定，提高了发射电流脉冲波形的质量。(3)通过采用PWM调制技术，在假负载电阻阻值固定的情况下，调节假负载两端的工作电压，可以对发射机不同的输出功率进行匹配，不需要改变假负载电阻的阻值，缩小了系统的体积，减轻了仪器重量，扩大了仪器的应用区域。(4)通过实时采集并记录直流稳压电源输出端电流，控制自适应稳流变换器输出端电压调节假负载功率，使直流稳压电源在发射支路停止工作时维持恒定电流输出，在不改变假负载阻值的情况下保持发电机或电池组以恒定功率输出，避免了冲击性负荷对交流发电机引起的震动和对直流稳压电源或电池组造成的电应力破坏，增加了发射机工作的稳定性，延长了交流发电机或电池组以及直流稳压电源的使用寿命，使其能够在复杂野外环境下长期稳定可靠工作。(5)本发明也可提供不带死区的电流脉冲波形，可满足可控源音频大地电磁法，复电阻法和直流电阻法的要求。

附图说明：

图1：具有自适应假负载的电性源发射机装置结构框图

图2：为附图1中稳流变换器控制单元11的结构框图

图3：为附图1中发射支路电路原理图

图4：为附图1中自适应假负载支路电路原理图

图5：产生电流脉冲的控制逻辑时序图

图6：为附图1稳流变换器控制单元11中PWM控制电路工作原理图

1发电机或电池组，2直流稳压电源，3直流恒流电源，4电流脉冲发生器，5大地负载，6自适应稳流变换器，7假负载，8主控制器，9恒流电源控制单元，10脉冲发生器控制单元，11稳流变换器控制单元，12电流传感器。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：

图1所示为具有自适应假负载的电性源发射机装置，是由发电机或电池组1与直流稳压电源2连接，直流稳压电源2经过电流传感器12一路与直流恒流电源3、电流脉冲发生器4和大地负载5相连，另一路与自适应稳流变换器6和假负载7连接；主控制器8通过端口N8-1经恒流电源控制单元9与直流恒流电源3连接；主控制器8通过端口N8-1经脉冲发生器控制单元10与电流脉冲发生器4连接；主控制器8通过端口N8-3与稳流变换器控制单元11端口N11-1连接，稳流变换器控制单元11通过端口N11-3与电流传感器12连接，稳流变换器控制单元11通过端口N11-2与自适应稳流变换器6连接构成。直流稳压电源2输出接发射支路与自适应假负载支路，发射支路与自适应假负载支路并联连接，发射支路包括直流恒流电源3、电流脉冲发生器4和大地负载5，自适应假负载支路包括自适应稳流变换器6和假负载7。

发电机或电池组1用于向直流稳压电源2提供能量，直流稳压电源2对发电机或电池组1提供的能量进行处理后，向发射支路和自适应假负载支路提供电压恒定的电能，同时为保证发电机或电池组1恒定功率输出提供必要的条件。直流恒流电源3用于向电流脉冲发生器4提供电流恒定的电能，保证大地负载5上脉冲电流幅值恒定，电流脉冲发生器4用于向大地负载5发射脉冲电流。大地负载5表示大地上两个电极坑之间的阻抗，通常阻抗值为10～80Ω；两个电极坑一般相距1～3km，两个电极坑中各埋一个电极，通过导线与电流脉冲发生器4相连。自适应假负载支路用于匹配直流稳压电源2输出功率，当发射支路停止向大地负载5输出脉冲电流时，自适应稳流变换器6向假负载7输送能量，保持直流稳压电源2以恒定功率输出。假负载7由电阻构成，匹配功率为n×10⁰kW～n×10²kW，阻值R由最大匹配功率P_max和直流稳压电源2最大输出电压U_max确定，R＝U_max ²/P_max。主控制器8用于产生脉冲驱动信号、使能信号和给定电流信号，通过端口N8-1向恒流电源控制单元9传输使能信号ENB2和给定电流信号Ig；通过端口N8-2向脉冲发生器控制单元10传送使能信号ENB1和脉冲驱动信号G1、G2；通过端口N8-3向稳流变换器控制单元11的端口N11-1传送使能信号ENB3。恒流电源控制单元9用于控制直流恒流电源3的输出电流幅值。脉冲发生器控制单元10用于控制电流脉冲发生器4向大地负载5输出脉冲电流。稳流变换器控制单元11通过端口N11-2控制自适应稳流变换器6输出端电压，使直流稳压电源2保持恒定功率输出。电流传感器12实时采集直流稳压电源2输出电流信号，并将该信号通过端口N11-3传送给稳流变换器控制单元11。

图2所示为稳流变换器控制单元11，稳流变换器控制单元11由采样电流信号调理电路、A/D信号转换电路、D/A信号转换存储电路、模拟信号调理补偿电路、PWM控制电路和输出信号驱动及保护电路构成，端口N11-3与采样电流信号调理电路连接，采样电流信号调理电路分别与A/D信号转换电路和PWM控制电路连接，A/D信号转换电路经D/A信号转换存储电路、模拟信号调理补偿电路后与PWM控制电路连接，PWM控制电路与输出信号驱动及保护电路连接，输出信号驱动及保护电路与端口N11-2连接，端口N11-1分别与D/A信号转换存储电路和输出信号驱动及保护电路连接。采样电流信号调理电路用于将电流传感器12实时采集到的电流信号调理到合适的数值，便于A/D信号转换电路进行转换，同时为PWM控制电路提供实时反馈电流信号I_f。A/D信号转换电路实时转换采样信号调理电路输出的模拟信号，为D/A转换存储电路实时提供数字电流信号。D/A转换存储电路由端口N11-1输入信号ENB3控制，用于转换存储A/D信号转换电路输出的数字电流信号，并向模拟信号调理补偿电路输出锁存的电流信号，当ENB3为低电平时，D/A信号转换存储电路对A/D信号转换电路的输出信号进行实时转换，D/A输出信号实时更新；在ENB3由低电平跳变为高电平时刻，D/A转换存储电路停止转换存储，并输出前一时刻存储的电流信号；当ENB3为高电平时，D/A转换存储电路不进行转换存储，始终输出存储的恒定电流信号。模拟信号调理补偿电路用于对D/A信号转换存储电路输出的电流信号进行调理补偿，为PWM控制电路提供参考电流信号I_REF。PWM控制电路根据实时反馈的电流信号I_f和参考电流信号I_REF产生PWM调压信号，控制自适应稳流变换器6的输出电压。输出信号及驱动保护电路用于增强PWM调压信号的驱动能力并控制自适应稳流变换器6中IGBT开关管VT6的工作状态，由端口N11-1输入的使能信号ENB3控制，当ENB3为低电平时，输出信号驱动及保护电路停止输出PWM驱动信号，端口N11-2无波形输出；当ENB3为高电平时，输出信号驱动及保护电路输出PWM驱动信号，端口N11-2有波形输出。

图3所示为发射支路的电路原理，电路包括直流恒流电源3、电流脉冲发生器4、大地负载5和脉冲发生器控制单元10。电流脉冲发生器4包括IGBT及续流二极管VT1～VT4。直流恒流电源3的正极与IGBT及续流二极管VT1、VT3的集电极相连，直流恒流电源3的负极与IGBT及续流二极管VT2、VT4的发射极相连；IGBT及续流二极管VT1的发射极与IGBT及续流二极管VT2的集电极相连，IGBT及续流二极管VT3的发射极与IGBT及续流二极管VT4的集电极相连，IGBT及续流二极管VT1～VT4的门极与脉冲发生器控制单元10相连；大地负载5一端与IGBT及续流二极管VT1的发射极和IGBT及续流二极管VT2的集电极相连，大地负载5的另一端与IGBT及续流二极管VT3的发射极和IGBT及续流二极管VT4的集电极相连。电流脉冲发生器4的输出电流用i_o表示。

图4所示为自适应假负载支路的电路原理，电路包括直流稳压电源2、自适应稳流变换器6、假负载7和稳流变换器控制单元11。自适应稳流变换器6包括IGBT开关管VT6、二极管D1、电感L1和电容C1，假负载7为电阻R。直流稳压电源2的正极与IGBT开关管VT6的集电极相连，IGBT开关管VT6发射极与二极管D1阴极和电感L1的一端相连，二极管D1的阳极与直流稳压电源2的负极相连，电感L1的另一端与电容C1的正极和电阻R的一端连接，电容C1的负极和电阻R的另一端与直流稳压电源2的负极相连，IGBT开关管VT6的门极与稳流变换器控制单元11的端口N11-2相连。自适应稳流变换器6采用降压斩波拓扑结构，端口N11-2输出的PWM驱动信号通过改变IGBT开关管VT6的导通时间，即可调节假负载7两端的工作电压，进而在发射支路停止工作时保持直流稳压电源2的输出电流恒定。

具有自适应假负载的电性源发射机控制方法，包括以下步骤：

A、主控制器8产生使能信号ENB1、ENB2、ENB3和脉冲驱动信号G1、G2，并产生给定电流信号Ig，ENB1、ENB2、ENB3、G1和G2均为高电平有效，ENB2＝(G1+G2)·ENB1，其中“+”、“·”和“￣”表示数字逻辑中的“或”、“与”“非”运算；

B、当ENB2为高电平时，恒流电源控制单元9控制直流恒流电源3工作，脉冲发生器控制单元10控制电流脉冲发生器4向大地负载5发射脉冲电流，稳流变换器控制单元11中A/D信号转换电路通过电流传感器12实时采集直流稳压电源2的输出电流，D/A信号转换存储电路对A/D信号转换电路的输出信号进行实时转换，D/A输出信号实时更新；

C、当ENB3由低电平变为高电平时，稳流变换器控制单元11锁存前一时刻电流传感器12采集的输出电流值Io，控制自适应稳流变换器6工作，使直流稳压电源2输出电流恒定为Io，假负载7的功率与ENB2为高电平时大地负载5上的功率相等，从而保证发电机或电池组1以恒定功率输出。

步骤A所述的过程包括以下子步骤：

a、主控制器8产生使能信号ENB1，用于控制脉冲发生器控制单元10的工作状态，ENB1为高电平有效；

b、主控制器8产生脉冲驱动信号G1、G2，脉冲驱动信号G1、G2经脉冲发生器控制单元10处理后用于控制电流脉冲发生器4向大地负载5发射脉冲电流，G1和G2为高电平有效；

c、主控制器8产生使能信号ENB2，用于控制恒流电源控制单元9的工作状态，ENB2为高电平有效；

d、主控制器8产生给定电流信号Ig，给定电流信号Ig经过恒流电源控制单元9处理后，调节直流恒流电源3的输出电流，控制电流脉冲发生器4向大地负载5输出脉冲电流的幅值；

e、主控制器8产生使能信号ENB3，用于控制稳流变换器控制单元11的工作状态，ENB3为高电平有效。

步骤C所述的过程包括以下子步骤：

a、稳流变换器控制单元11中D/A信号转换存储电路停止对A/D信号转换电路的输出信号进行转换存储，输出前一时刻锁存的定值信号，该信号经模拟信号调理补偿电路处理后，为PWM控制电路提供参考电流信号I_REF；

b、电流脉冲发生器4停止向大地负载5输出脉冲电流；

c、恒流电源控制单元9停止工作，从而使直流恒流电源3停止输出电流；

d、稳流变换器控制单元11中PWM控制电路根据实时反馈电流信号I_f和参考电流信号I_REF输出PWM调压信号，该信号经输出信号驱动及保护电路处理后，调节自适应稳流变换器6输出电压，使直流稳压电源2保持恒定电流输出，确保了假负载7的功率与ENB2为高电平时大地负载5上的功率相等，从而使发电机或电池组1以恒定功率输出。

下面将结合图5和图6分析具有自适应假负载的电性源发射机控制方法。

1)主控制器8控制发射机产生脉冲电流的具体方法

图5所示为主控制器8控制发射机产生脉冲电流的逻辑时序图，图5中的ENB1、ENB2和ENB3为主控制器8产生的使能信号，图5中的G1、G2为主控制器8产生的脉冲驱动信号，信号的逻辑关系为ENB2＝(G1+G2)·ENB1，其中“+”、“·”和“￣”表示数字逻辑中的“或”、“与”“非”运算，另外主控制器8还产生给定电流信号Ig，用于控制脉冲电流幅值。使能信号ENB1、脉冲驱动信号G1和G2由主控制器8通过端口N8-2输送至脉冲发生器控制单元10，其中使能信号ENB1用于控制脉冲发生器控制单元10的工作状态，当使能信号ENB1为高电平时，脉冲发生器控制单元10输出驱动信号，当使能信号ENB1为低电平时，脉冲发生器控制单元10停止输出驱动信号；脉冲驱动信号G1经过脉冲发生器控制单元10处理后驱动电流脉冲发生器4中的IGBT及续流二极管VT1和VT4，当G1为高电平时，IGBT及续流二极管VT1和VT4导通，当G1为低电平时，IGBT及续流二极管VT1和VT4关断；脉冲驱动信号G2经过脉冲发生器控制单元10处理后驱动电流脉冲发生器4中的IGBT及续流二极管VT2和VT3，当G2为高电平时，IGBT及续流二极管VT2和VT3导通，当G2为低电平时，IGBT及续流二极管VT2和VT3关断，G1和G2不能同时为高电平，G1和G2通过控制电流脉冲发生器4中IGBT及续流二极管VT1～VT4的工作状态使大地负载5产生图5中所示的脉冲电流i_o，包括单极性脉冲电流和双极性脉冲电流。使能信号ENB2和给定电流信号Ig由主控制器8经过端口N8-1传输给恒流电源控制单元9，ENB2用于控制恒流电源控制单元9的工作状态，当ENB2为高电平时恒流电源控制单元9输出控制信号，当ENB2为低电平时，恒流电源控制单元9不输出控制信号，直流恒流电源3停止工作；给定电流信号Ig经恒流电源控制单元9处理后，控制直流恒流电源3的输出电流，进而调节电流脉冲发生器4向大地负载5输出的脉冲电流幅值。使能信号ENB3由主控制器8经端口N8-3传输至稳流变换控制单元11的端口N11-1，用于控制稳流变换器控制单元11中D/A信号转换锁存电路和输出信号驱动及保护电路工作状态，当ENB3为低电平时，D/A信号转换存储电路对A/D信号转换电路的输出信号进行实时转换，D/A输出信号实时更新，在ENB3由低电平跳变为高电平时刻，D/A转换存储电路停止转换存储，并输出前一时刻存储的电流信号，当ENB3为高电平时，D/A转换存储电路不进行转换存储，始终输出存储的恒定电流信号；在ENB3为低电平阶段，输出信号驱动及保护电路不输出PWM驱动信号，稳流变换控制单元11端口N11-2无波形输出，在ENB3为高电平阶段，输出信号驱动及保护电路输出PWM驱动信号，控制自适应稳流变换器6中IGBT开关管VT6的工作。通过改变脉冲驱动信号G1、G2的波形，就可以改变电流脉冲发生器4向大地负载5输出的脉冲电流波形，通过改变给定电流信号Ig的大小，就可以改变大地负载5上脉冲电流的幅值。

2)稳流变换器控制单元11进行PWM调制稳流的具体方法

图6所示为稳流变换器控制单元11PWM控制电路工作原理图。图6中I_f为反馈电流信号，是由电流传感器12实时采集直流稳压电源2输出端电流，并由稳流变换器控制单元11中采样电流信号调理电路调理后得到的。图6中I_REF为PWM控制电路的参考电流信号，在使能信号ENB3由低电平变为高电平时，稳流变换器控制单元11中D/A信号转换存储电路停止对A/D信号转换电路的输出信号进行转换存储，并输出前一时刻锁存的定值信号，该信号经模拟信号调理补偿电路处理后，转变为PWM控制电路的参考电流信号I_REF。图6中V_ea为参考电流信号I_REF和反馈信号I_f经误差放大器放大后得到的误差信号，图6中V_t为调制三角波，图6中V_WM为PWM调压信号，是由误差信号V_ea和调制三角波V_t经过脉宽调制器比较后得到的，当V_ea>V_t时，V_WM为高电平，当V_ea<V_t时，V_WM为低电平。PWM调压信号V_WM经稳流变换器控制单元11中输出信号驱动及保护电路处理后由端口N11-2输出，用于控制自适应稳流变换器6中IGBT开关管VT6的工作状态，当V_WM为高电平时，IGBT开关管VT6导通，当V_WM为低电平时，IGBT开关管VT6关断，通过改变IGBT开关管VT6的占空比，可以调节自适应稳流变换器6的输出电压。稳流变换器控制单元11通过实时监测反馈电流信号I_f来调整PWM调压信号的占空比，进而调节自适应稳流变换器6的输出电压，最终使直流稳压电源2在发射支路停止工作时输出恒定电流，保证发电机或电池组1输出功率恒定。

Claims (7)

1.一种具有自适应假负载的电性源发射机装置，其特征在于，是由发电机或电池组(1)与直流稳压电源(2)连接，直流稳压电源(2)的正极经电流传感器(12)、直流恒流电源(3)和电流脉冲发生器(4)与大地负载(5)连接，直流稳压电源(2)的负极经直流恒流电源(3)和电流脉冲发生器(4)与大地负载(5)连接，直流稳压电源(2)的正极经电流传感器(12)和自适应稳流变换器(6)与假负载(7)连接，直流稳压电源(2)的负极经自适应稳流变换器(6)与假负载(7)连接，主控制器(8)经恒流电源控制单元(9)与直流恒流电源(3)连接，主控制器(8)经脉冲发生器控制单元(10)与电流脉冲发生器(4)连接，主控制器(8)经稳流变换器控制单元(11)与自适应稳流变换器(6)连接，电流传感器(12)与稳流变换器控制单元(11)连接构成。

2.按照权利要求1所述的具有自适应假负载的电性源发射机装置，其特征在于，所述的稳流变换器控制单元(11)是由采样电流信号调理电路经A/D信号转换电路、D/A信号转换存储电路、模拟信号调理补偿电路和PWM控制电路与输出信号驱动及保护电路连接，采样电流信号调理电路与PWM控制电路连接构成。

3.按照权利要求1所述的具有自适应假负载的电性源发射机装置，其特征在于，所述的假负载(7)由电阻构成，匹配功率为n×10⁰kW～n×10²kW，阻值R由最大匹配功率P_max和直流稳压电源(2)最大输出电压U_max确定，R＝U_max ²/P_max。

4.按照权利要求1所述的具有自适应假负载的电性源发射机装置，其特征在于，直流稳压电源(2)输出接发射支路与自适应假负载支路，发射支路与自适应假负载支路并联连接，发射支路包括直流恒流电源(3)电流脉冲发生器(4)和大地负载(5)，自适应假负载支路包括自适应稳流变换器(6)和假负载(7)。

5.一种具有自适应假负载的电性源发射机控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、主控制器(8)产生使能信号ENB1、ENB2、ENB3和脉冲驱动信号G1、G2，

并产生给定电流信号Ig，ENB1、ENB2、ENB3、G1和G2均为高电平有效，ENB2＝(G1+G2)·ENB1， $ENB3=\stackrel{\&OverBar;}{G1+G2}\&CenterDot;ENB1;$

其中“+”、“·”和“￣”表示数字逻辑中的“或”、“与”“非”运算；

B、当ENB2为高电平时，恒流电源控制单元(9)控制直流恒流电源(3)工作，脉冲发生器控制单元(10)控制电流脉冲发生器(4)向大地负载(5)发射脉冲电流，稳流变换器控制单元(11)中A/D信号转换电路通过电流传感器(12)实时采集直流稳压电源(2)的输出电流，D/A信号转换存储电路对A/D信号转换电路的输出信号进行实时转换，D/A输出信号实时更新；

C、当ENB3由低电平变为高电平时，稳流变换器控制单元(11)锁存前一时刻电流传感器(12)采集的输出电流值Io，控制自适应稳流变换器(6)工作，使直流稳压电源(2)输出电流恒定为Io，假负载(7)的功率与ENB2为高电平时大地负载(5)上的功率相等，从而保证发电机或电池组(1)以恒定功率输出。

6.按照权利要求5所述的具有自适应假负载的电性源发射机控制方法，其特征在于，步骤A所述的过程包括以下子步骤：

a、主控制器(8)产生使能信号ENB1，用于控制脉冲发生器控制单元(10)的工作状态，ENB1为高电平有效；

b、主控制器(8)产生脉冲驱动信号G1、G2，脉冲驱动信号G1、G2经脉冲发生器控制单元(10)处理后用于控制电流脉冲发生器(4)向大地负载(5)发射脉冲电流，G1和G2为高电平有效；

c、主控制器(8)产生使能信号ENB2，用于控制恒流电源控制单元(9)的工作状态，ENB2为高电平有效；

d、主控制器(8)产生给定电流信号Ig，给定电流信号Ig经过恒流电源控制单元(9)处理后，调节直流恒流电源(3)的输出电流，控制电流脉冲发生器(4)向大地负载(5)输出脉冲电流的幅值；

e、主控制器(8)产生使能信号ENB3，用于控制稳流变换器控制单元(11)的工作状态，ENB3为高电平有效。

7.按照权利要求5所述的具有自适应假负载的电性源发射机控制方法，其特征在于，步骤C所述的过程包括以下子步骤：

f、稳流变换器控制单元(11)中D/A信号转换存储电路停止对A/D信号转换电路的输出信号进行转换存储，输出前一时刻锁存的定值信号，该信号经模拟信号调理补偿电路处理后，为PWM控制电路提供参考电流信号I_REF；

g、电流脉冲发生器(4)停止向大地负载(5)输出脉冲电流；

h、恒流电源控制单元(9)停止工作，从而使直流恒流电源(3)停止输出电流；

i、稳流变换器控制单元(11)中PWM控制电路根据实时反馈电流信号I_f和参考电流信号I_REF输出PWM调压信号，该信号经输出信号驱动及保护电路处理后，调节自适应稳流变换器(6)输出电压，使直流稳压电源(2)保持恒定电流输出，确保了假负载(7)的功率与ENB2为高电平时大地负载(5)上的功率相等，从而使发电机或电池组(1)以恒定功率输出。