CN107017792A - 逆变器采样信号处理方法、处理装置及逆变器控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种逆变器采样信号处理方法、处理装置及逆变器控制系统，其中，方法包括：采集逆变器在当前时刻输出的第一输出信号；获取逆变器在上一时刻输出的第二输出信号；根据所述第一输出信号和第二输出信号生成与所述第一输出信号对应的补偿输出信号，以供逆变器控制器根据所述补偿输出信号得到用于调节所述逆变器在下一时刻输出第三输出信号的控制信号。本发明提供的逆变器采样信号处理方法、处理装置及逆变器控制系统能够提高逆变器控制系统的控制精度。

Description

逆变器采样信号处理方法、处理装置及逆变器控制系统

技术领域

本发明涉及逆变器信号采样技术，尤其涉及一种逆变器采样信号处理方法、处理装置及逆变器控制系统。

背景技术

轨道列车的牵引系统中设置有逆变器，用于将直流供电变换为交流电，提供给牵引电机。逆变器的控制系统用于控制逆变器中各开关器件的通断，以调节交流电的频率等参数。逆变器控制系统通常采用闭环控制，图1为现有技术中的逆变器控制系统的原理图。如图1所示，被控对象2 为逆变器。给定信号为控制系统输出的期望值，输出信号为被控对象的实际输出值。检测组件3检测实际输出值进行检测，再与给定信号进行比较后，得到偏差信号提供给控制器2，由控制器2进行计算得到控制信号，用于调节被控对象2的实际输出值。采用闭环控制能够使实际输出值较为接近期望值。

检测组件3包括有检测元件和信号处理电路，检测元件通常为电压传感器、电流传感器等，用于检测被控对象2的实际输出值。信号处理电路用于对检测元件采集到的实际输出值进行电压等级变换等处理。在实际输出值的采集和处理过程中，由于电路中存在有电阻、电容、电感，不可避免会产生延时，并且控制器1是周期性地处理数据，并不是实时处理，因此在某一时刻采集到的实际输出值需要等待一定时间才会被处理，当控制器1对该时刻的实际输出值进行处理时，被控对象当前的实际输出值已经发生了变化，这对控制系统的控制精度产生了较大的影响。

发明内容

本发明提供一种逆变器采样信号处理方法、处理装置及逆变器控制系统，用于提高逆变器控制系统的控制精度。

本发明一方面提供一种逆变器采样信号处理方法，包括：

采集逆变器在当前时刻输出的第一输出信号；

获取逆变器在上一时刻输出的第二输出信号；

根据所述第一输出信号和第二输出信号生成与所述第一输出信号对应的补偿输出信号，以供逆变器控制器根据所述补偿输出信号得到用于调节所述逆变器在下一时刻输出第三输出信号的控制信号。

如上所述的逆变器采样信号处理方法，根据所述第一输出信号和第二输出信号生成与所述第一输出信号对应的补偿输出信号，包括：

根据所述第一输出信号和第二输出信号，利用公式

生成与所述第一输出信号对应的补偿输出信号；其中，u(k)为补偿输出信号，y(k)为第一输出信号，y(k-1)为第二输出信号，f为比例系数，T为时间常数，t_p为采样间隔时间。

本发明又一方面提供一种逆变器采样信号处理装置，包括：

第一输出信号采集模块，用于采集逆变器在当前时刻输出的第一输出信号；

第二输出信号获取模块，用于获取逆变器在上一时刻输出的第二输出信号；

补偿输出信号生成模块，用于根据所述第一输出信号和第二输出信号生成与所述第一输出信号对应的补偿输出信号，以供逆变器控制器根据所述补偿输出信号得到用于调节所述逆变器在下一时刻输出第三输出信号的控制信号。

如上所述的逆变器采样信号处理装置，其特征在于，所述补偿输出信号生成模块，具体用于根据所述第一输出信号和第二输出信号，利用公式

生成与所述第一输出信号对应的补偿输出信号；其中，u(k)为补偿输出信号，y(k)为第一输出信号，y(k-1)为第二输出信号，f为比例系数，T为时间常数，t_p为采样间隔时间。

本发明另一方面提供一种逆变器控制系统，包括：

逆变器；

检测组件，包括如权利要求3或4所述的逆变器采样信号处理装置；以及

控制器，用于根据所述检测组件输出的补偿输出信号得到用于调节所述逆变器在下一时刻输出第三输出信号的控制信号。

本方面提供的技术方案，通过检测组件采集逆变器在当前时刻输出的第一输出信号，并获取逆变器在上一时刻输出的第二输出信号，然后根据第一输出信号和第二输出信号生成与第一输出信号对应的补偿输出信号，该补偿输出信号的相位与第一输出信号的相位一致，能够解决了检测组件自身具有延时进而影响逆变器控制系统的控制精度的问题，以供逆变器控制器根据与第一输出信号相位相同的补偿输出信号得到用于调节逆变器在下一时刻输出第三输出信号的控制信号，提高控制精度。

附图说明

图1为现有技术中的逆变器控制系统的原理图；

图2为本发明实施例一提供的逆变器采样信号处理方法的流程图；

图3为本发明实施例一提供的逆变器采样信号处理方法得到的仿真图一；

图4为本发明实施例一提供的逆变器采样信号处理方法得到的仿真图二；

图5为本发明实施例一提供的逆变器采样信号处理方法得到的仿真图三；

图6为本发明实施例二提供的逆变器采样信号处理装置的结构示意图。

附图标记：

1-控制器；2-被控对象；3-检测组件；31-第一输出信号采集模块； 32-第二输出信号获取模块；33-补偿输出信号计算模块；41-第一曲线； 42-第二曲线；43-第三曲线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例提供一种逆变器采样信号处理方法，可以由逆变器控制系统中的检测组件3来执行，可以采用软件和/或硬件的方式来实现。图2为本发明实施例一提供的逆变器采样信号处理方法的流程图。如图1和图2所示，本实施例提供的逆变器采样信号处理方法包括：

步骤101、采集逆变器在当前时刻输出的第一输出信号。

检测组件3在当前时刻从逆变器的输出端采集第一输出信号,具体可通过检测组件3中的传感器来采集逆变器输出端的信号，例如电压传感器采集逆变器输出的电压信号。

步骤102、获取逆变器在上一时刻输出的第二输出信号。

步骤102中的第二输出信号为检测组件3在上一时刻从逆变器的输出端采集得到，并存储在存储器件中。在步骤102中，检测组件3直接从存储器件中读取该第二输出信号即可。

步骤103、根据第一输出信号和第二输出信号生成与第一输出信号对应的补偿输出信号，以供逆变器控制器根据补偿输出信号得到用于调节逆变器在下一时刻输出第三输出信号的控制信号。

检测组件3中的信号处理电路可根据第一输出信号和第二输出信号进行计算，生成与第一输出信号对应的补偿输出信号，该补偿输出信号能够对检测组件3自身具有的延时进行补偿，以使检测组件3输出的补偿输出信号的相位与采集到的第二输出信号的相位一致。

检测组件3输出的补偿输出信号提供给控制器1，以使控制器1根据该补偿输出信号进行计算得到控制信号，用于调节逆变器在下一时刻输出的第三输出信号，使第三输出信号更接近给定信号。

本实施例提供的技术方案，通过检测组件采集逆变器在当前时刻输出的第一输出信号，并获取逆变器在上一时刻输出的第二输出信号，然后根据第一输出信号和第二输出信号生成与第一输出信号对应的补偿输出信号，该补偿输出信号的相位与第一输出信号的相位一致，能够解决了检测组件自身具有延时进而影响逆变器控制系统的控制精度的问题，以供逆变器控制器根据与第一输出信号相位相同的补偿输出信号得到用于调节逆变器在下一时刻输出第三输出信号的控制信号，提高控制精度。

在上述技术方案的基础上，本领域技术人员可根据所采用的检测组件3 的电路结构所具有的延时特性，来设定上述补偿输出信号的生成方式，可采用多种方式来实现。本实施例提供一种具体的方式：

检测组件3中的信号处理电路可以利用如下公式：

计算得到与第一输出信号对应的补偿输出信号。公式中的u(k)为补偿输出信号，y(k)为第一输出信号，y(k-1)为第二输出信号，f为比例系数，T为时间常数，t_p为采样间隔时间。

f、T和t_p的数值由检测组件3的特性来决定的，当检测组件3确定，三个参数的数值则是固定的。f具体为采样值和被采样值的线性变换比例，也可以理解为检测组件3输出端信号和输入端信号的线性变换比例。

检测组件3将获取到的第二输出信号y(k-1)和采集到的第一输出信号 y(k)代入上述公式，则可计算得到补偿输出信号u(k)。

下面，本实施例提供了三组仿真实验，在MATLAB仿真平台搭建仿真模型，并对上述三个参数f、T和t_p设定相应的数值：

第一组仿真实验，将时间常数T设定为0.001，将比例系数f设定为1，采样间隔时间t_p设定为0.0002秒。被采样值(逆变器的输出信号)假设为50Hz 的正弦信号，则检测组件3输出的未经过补偿的采样信号、本实施例中经过补偿的补偿输出信号、以及逆变器的输出信号之间的关系可参照图3，图3 为本发明实施例一提供的逆变器采样信号处理方法得到的仿真图1。

图3中的第一曲线41表示检测组件3输出的未经过补偿的采样信号，第二曲线42表示经过补偿的补偿输出信号，第三曲线43表示逆变器原始的输出信号。从图3中可看出，第一曲线41相对于第三曲线43延迟了一定时间，经过补偿后的第二曲线42则能够较好地跟随第二曲线43，与第二曲线43的相位保持一致。

第二组仿真实验，将时间常数T设定为0.001，将比例系数f设定为1，采样间隔时间t_p设定为0.0002秒。被采样值(逆变器的输出信号)假设为与一直流信号叠加的150Hz的正弦信号，则检测组件3输出的未经过补偿的采样信号、本实施例中经过补偿的补偿输出信号、以及逆变器的输出信号之间的关系可参照图4，图4为本发明实施例一提供的逆变器采样信号处理方法得到的仿真图2。

图4中的第一曲线41表示检测组件3输出的未经过补偿的采样信号，第二曲线42表示经过补偿的补偿输出信号，第三曲线43表示逆变器原始的输出信号。从图4中可看出，第一曲线41相对于第三曲线43延迟了一定时间，经过补偿后的第二曲线42则能够较好地跟随第二曲线43，与第二曲线43的相位保持一致。

第三组仿真实验，将时间常数T设定为0.001，将比例系数f设定为1，采样间隔时间t_p设定为0.0002秒。被采样值(逆变器的输出信号)假设为50Hz 的直流信号与150Hz正弦信号和250Hz正弦信号叠加，则检测组件3输出的未经过补偿的采样信号、本实施例中经过补偿的补偿输出信号、以及逆变器的输出信号之间的关系可参照图5，图5为本发明实施例一提供的逆变器采样信号处理方法得到的仿真图3。

图5中的第一曲线41表示检测组件3输出的未经过补偿的采样信号，第二曲线42表示经过补偿的补偿输出信号，第三曲线43表示逆变器原始的输出信号。从图5中可看出，第一曲线41相对于第三曲线43延迟了一定时间，经过补偿后的第二曲线42则能够较好地跟随第二曲线43，与第二曲线43的相位保持一致。

进一步的，上述公式可以通过如下方式得到：

检测组件3作为采样系统，其产生的延时可以等效为一阶惯性环节，该采样系统的传递函数为：

其中，s为微分运算符，代表d/dt。y(s)为最终采样值，即：检测组件3 的输出量。u(s)为检测组件3的输入量，也即逆变器的输出量。上述传递函数的意义为检测组件3输出量与输入量的比值。

等式右边的为延时环节，f为检测组件3输出端和输入端的信号的线性变换比例。T为检测组件3的时间常数，由于延时环节的存在，导致当u(s) 变化时，y(s)的变化会慢一些。

对上述传递函数进行分式变换，得到：

再经过离散化，得到：

实施例二

图6为本发明实施例二提供的逆变器采样信号处理装置的结构示意图。如图6所示，本实施例提供一种逆变器采样信号处理装置，包括：第一输出信号采集模块31、第二输出信号获取模块32和补偿输出信号计算模块33。

其中，第一输出信号采集模块31用于采集逆变器在当前时刻输出的第一输出信号。第二输出信号获取模块32用于获取逆变器在上一时刻输出的第二输出信号。补偿输出信号计算模块33用于根据第一输出信号和第二输出信号计算得到与第一输出信号对应的补偿输出信号，以供逆变器的控制器1根据补偿输出信号得到用于调节逆变器在下一时刻输出第三输出信号的控制信号。

本实施例提供的技术方案，通过采用第一输出信号采集模块31用于检测组件采集逆变器在当前时刻输出的第一输出信号，并采用第二输出信号获取模块32用于获取逆变器在上一时刻输出的第二输出信号，然后采用补偿输出信号计算模块33用于根据第一输出信号和第二输出信号生成与第一输出信号对应的补偿输出信号，该补偿输出信号的相位与第一输出信号的相位一致，能够解决了检测组件自身具有延时进而影响逆变器控制系统的控制精度的问题，以供逆变器控制器根据与第一输出信号相位相同的补偿输出信号得到用于调节逆变器在下一时刻输出第三输出信号的控制信号，提高控制精度。

进一步的，上述补偿输出信号计算模块33具体用于根据第一输出信号和第二输出信号，利用公式

计算得到与第一输出信号对应的补偿输出信号；其中，u(k)为补偿输出信号，y(k)为第一输出信号，y(k-1)为第二输出信号，f为比例系数，T为时间常数，t_p为采样间隔时间。

实施例三

本实施例提供一种逆变器控制系统，如图1所示，该逆变器控制系统包括：控制器1、逆变器及检测组件3。其中，控制器1用于根据检测组件3输出的补偿输出信号得到用于调节逆变器在下一时刻输出第三输出信号的控制信号。检测组件3包括如上述任一实施例所提供的逆变器采样信号处理装置。

控制器1、逆变器及检测组件3的实现方式可参照上述各实施例，此处不再赘述。

本实施例提供的技术方案，通过检测组件采集逆变器在当前时刻输出的第一输出信号，并获取逆变器在上一时刻输出的第二输出信号，然后根据第一输出信号和第二输出信号生成与第一输出信号对应的补偿输出信号，该补偿输出信号的相位与第一输出信号的相位一致，能够解决了检测组件自身具有延时进而影响逆变器控制系统的控制精度的问题，以供逆变器控制器根据与第一输出信号相位相同的补偿输出信号得到用于调节逆变器在下一时刻输出第三输出信号的控制信号，提高控制精度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数信号。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种逆变器采样信号处理方法，其特征在于，包括：

采集逆变器在当前时刻输出的第一输出信号；

获取逆变器在上一时刻输出的第二输出信号；

根据所述第一输出信号和第二输出信号生成与所述第一输出信号对应的补偿输出信号，以供逆变器控制器根据所述补偿输出信号得到用于调节所述逆变器在下一时刻输出第三输出信号的控制信号。

2.根据权利要求1所述的逆变器采样信号处理方法，其特征在于，根据所述第一输出信号和第二输出信号生成与所述第一输出信号对应的补偿输出信号，包括：

根据所述第一输出信号和第二输出信号，利用公式

生成与所述第一输出信号对应的补偿输出信号；其中，u(k)为补偿输出信号，y(k)为第一输出信号，y(k-1)为第二输出信号，f为比例系数，T为时间常数，t_p为采样间隔时间。

3.一种逆变器采样信号处理装置，其特征在于，包括：

第一输出信号采集模块，用于采集逆变器在当前时刻输出的第一输出信号；

第二输出信号获取模块，用于获取逆变器在上一时刻输出的第二输出信号；

补偿输出信号生成模块，用于根据所述第一输出信号和第二输出信号生成与所述第一输出信号对应的补偿输出信号，以供逆变器控制器根据所述补偿输出信号得到用于调节所述逆变器在下一时刻输出第三输出信号的控制信号。

4.根据权利要求3所述的逆变器采样信号处理装置，其特征在于，所述补偿输出信号生成模块，具体用于根据所述第一输出信号和第二输出信号，利用公式

生成与所述第一输出信号对应的补偿输出信号；其中，u(k)为补偿输出信号，y(k)为第一输出信号，y(k-1)为第二输出信号，f为比例系数，T为时间常数，t_p为采样间隔时间。

5.一种逆变器控制系统，其特征在于，包括：

逆变器；

检测组件，包括如权利要求3或4所述的逆变器采样信号处理装置；以及

控制器，用于根据所述检测组件输出的补偿输出信号得到用于调节所述逆变器在下一时刻输出第三输出信号的控制信号。