CN107585051A - 电力机车充电机前馈控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电力机车充电机前馈控制方法，包括以下步骤：（1）在充电机启动前，MCU处理器采样蓄电池端电压，计算得出前馈控制输出量；（2）反馈控制器根据预设的输出给定值与电力机车充电机的输出电压作为闭环反馈控制算法的输入值，计算得到偏差值作为PID控制器的输入量，经PID控制器得到反馈控制输出量；（3）将前馈控制输出量和反馈控制输出量相加后得到的相加值作为PWM发生器的输入量，PWM发生器根据相加值输入量产生PWM波对电力机车充电机进行环路控制，电力机车充电机与蓄电池连通并为蓄电池充电；本发明在原有控制中增加前馈补偿控制电路，使充电机既能稳定的给蓄电池充电，又能大大缩短充电机在带蓄电池负载情况下的启动时间。

Description

电力机车充电机前馈控制方法

技术领域

本发明涉及一种电力机车充电机的启动控制技术，尤其涉及一种电力机车充电机前馈控制方法，属于电力机车充电机技术领域。

背景技术

根据蓄电池充电特性曲线分析，蓄电池在充电时的内部阻值非常小，当充电机并联蓄电池负荷时，如果充电机输出的电压控制精度不够，容易导致充电电流震荡，甚至引起充电机充电电流过流保护，当充电电流过大时，一方面对蓄电池本身会造成不良的影响，另一方面充电机也会因为充电过流保护而频繁停机，为了充电机能够稳定的给蓄电池充电，需要调整控制参数提高输出电压控制精度，但输出电压精度的提高会延长控制响应时间。

充电机带蓄电池负载时，为了能够给蓄电池充电，充电机的输出电压必须高于蓄电池电压，在启动阶段，充电机如果仍然使用给蓄电池稳定充电时的控制参数，则会大大延长充电机的启动时间，为了解决此问题，通常在启动阶段使用一套控制参数，启动结束后，充电阶段使用另外一套参数，不仅增加了控制复杂性，也增加了代码量或处理器的负担。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明针对充电机启动阶段时间过长问题，提供一种电力机车充电机前馈控制方法，在原有控制基础上，增加开环控制的前馈补偿控制电路，使得充电机既能稳定的给蓄电池充电，又能大大缩短充电机在带蓄电池负载情况下的启动时间。

本发明所采用的技术方案为：

电力机车充电机前馈控制方法，包括以下步骤：

(1)在电力机车充电机启动前，MCU处理器通过采样电路得到蓄电池端电压，并通过开环前馈控制算法得到前馈控制输出量；

(2)在反馈控制器中预设有输出给定值和闭环反馈控制算法，预设的输出给定值与电力机车充电机的输出电压作为闭环反馈控制算法的输入值，闭环反馈控制算法对预设的输出给定值与电力机车充电机的输出电压进行比较得到偏差值，将得到的偏差值作为PID控制器的输入量，经PID控制器得到反馈控制输出量；

(3)将前馈控制输出量和反馈控制输出量相加后得到的相加值作为PWM发生器的输入量，PWM发生器根据相加值输入量产生PWM波对电力机车充电机进行环路控制，电力机车充电机与蓄电池连通并为蓄电池充电。

进一步，所述的电力机车充电机是电力机车DC110V充电机。

进一步，所述的采样电路是AD采集模块。

进一步，所述的闭环反馈控制算法和PID控制器的计算公式为：

pid_out＝PID_Calc(Kp,Ki,Kd,err)，其中pid_out为反馈控制输出量，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数，err为目标电压值和实际电压值的偏差，PID_Calc为PID控制器的计算函数，具体实现公式为：

进一步，所述的开环前馈控制算法为：

Feedforward_out＝Feedforward_Calc(Kp,Bat Voltage)，其中，Feedforward_out为前馈控制输出量，Kp为转换系数，Bat Voltage是蓄电池端电压。

本发明的有益效果在于：闭环控制的反馈控制电路其特点为控制精度高，但具有滞后性；开环控制的前馈补偿控制电路是直接对控制对象进行控制的一种方式，其特点为无滞后性，但控制精度难调，本发明有效将反馈控制和前馈控制相结合，使得充电机跳过了输出电压从零电压到对应蓄电池电压的调整时间，启动时间和MCU处理器增加的运算时间几乎可以忽略，控制方式和控制参数不变，没有增加控制的复杂性，通过本发明的控制方法，可以使电力机车DC110V充电机不仅能够准确地输出给定电压，同时启动时间也能够满足在0.2s内达到90％输出电压的要求。

附图说明：

图1为本发明简易流程示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明做具体的介绍。

如图1所示：本实施例是一种电力机车充电机前馈控制方法，包括以下步骤：

(1)在电力机车充电机启动前，MCU处理器通过采样电路得到蓄电池端电压，并通过开环前馈控制算法得到前馈控制输出量；

(2)在反馈控制器中预设有输出给定值和闭环反馈控制算法，预设的输出给定值与电力机车充电机的输出电压作为闭环反馈控制算法的输入值，闭环反馈控制算法对预设的输出给定值与电力机车充电机的输出电压进行比较得到偏差值，将得到的偏差值作为PID控制器的输入量，经PID控制器得到反馈控制输出量；

(3)将前馈控制输出量和反馈控制输出量相加后得到的相加值作为PWM发生器的输入量，PWM发生器根据相加值输入量产生PWM波对电力机车充电机进行环路控制，电力机车充电机与蓄电池连通并为蓄电池充电。

本实施例中的电力机车充电机是电力机车DC110V充电机。

本实施例中的采样电路是AD采集模块。

本实施例中的闭环反馈控制算法和PID控制器的计算公式为：

pid_out＝PID_Calc(Kp,Ki,Kd,err)，其中pid_out为反馈控制输出量，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数，err为目标电压值和实际电压值的偏差，PID_Calc为PID控制器的计算函数，具体实现公式为：

本实施例中的开环前馈控制算法为：

Feedforward_out＝Feedforward_Calc(Kp,Bat Voltage)，其中，Feedforward_out为前馈控制输出量，Kp为转换系数，Bat Voltage是蓄电池端电压。

充电机启动前，蓄电池的电压为一个恒定的值，MCU处理器通过AD采集模块采样得到蓄电池端电压，充电机启动过程为输出电压从零电压开始，上升到蓄电池电压结束，如果采用常用反馈控制方式，需要一定的调整时间，这段调整时间主要受控制参数以及带宽的影响；本发明在充电机启动前，MCU处理器采样实际蓄电池端电压并且转换为相应的前馈控制输出量，将前馈控制输出量和反馈控制输出量相叠加，作为产生PWM波的PWM发生器的输入量，采用此控制方法，充电机开始运行后立刻可以产生与蓄电池电压相对应的输出电压，使得充电机既能稳定的给蓄电池充电，又能大大缩短充电机在带蓄电池负载情况下的启动时间。

闭环控制的反馈控制电路其特点为控制精度高，但具有滞后性；开环控制的前馈补偿控制电路是直接对控制对象进行控制的一种方式，其特点为无滞后性，但控制精度难调，本发明有效将反馈控制和前馈控制相结合，使得充电机跳过了输出电压从零电压到对应蓄电池电压的调整时间，启动时间和MCU处理器增加的运算时间几乎可以忽略，控制方式和控制参数不变，没有增加控制的复杂性，通过本发明的控制方法，可以使电力机车DC110V充电机不仅能够准确地输出给定电压，同时启动时间也能够满足在0.2s内达到90％输出电压的要求。

以上所述仅是本发明专利的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明专利原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明专利的保护范围。

Claims (5)

1.电力机车充电机前馈控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在电力机车充电机启动前，MCU处理器通过采样电路得到蓄电池端电压，并通过开环前馈控制算法得到前馈控制输出量；

(2)在反馈控制器中预设有输出给定值和闭环反馈控制算法，预设的输出给定值与电力机车充电机的输出电压作为闭环反馈控制算法的输入值，闭环反馈控制算法对预设的输出给定值与电力机车充电机的输出电压进行比较得到偏差值，将得到的偏差值作为PID控制器的输入量，经PID控制器得到反馈控制输出量；

(3)将前馈控制输出量和反馈控制输出量相加后得到的相加值作为PWM发生器的输入量，PWM发生器根据相加值输入量产生PWM波对电力机车充电机进行环路控制，电力机车充电机与蓄电池连通并为蓄电池充电。

2.根据权利要求1所述的电力机车充电机前馈控制方法，其特征在于，所述的电力机车充电机是电力机车DC110V充电机。

3.根据权利要求1所述的电力机车充电机前馈控制方法，其特征在于，所述的采样电路是AD采集模块。

4.根据权利要求1所述的电力机车充电机前馈控制方法，其特征在于，所述的闭环反馈控制算法和PID控制器的计算公式为：

pid_out＝PID_Calc(Kp,Ki,Kd,err)，其中pid_out为反馈控制输出量，Kp为比例系数，Ki为积分系数，Kd为微分系数，err为目标电压值和实际电压值的偏差，PID_Calc为PID控制器的计算函数，具体实现公式为：

。

5.根据权利要求1所述的电力机车充电机前馈控制方法，其特征在于，所述的开环前馈控制算法为：

Feedforward_out＝Feedforward_Calc(Kp,Bat Voltage)，其中，Feedforward_out为前馈控制输出量，Kp为转换系数，Bat Voltage是蓄电池端电压。