CN111162583A - 一种闭环控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种闭环控制方法，步骤如下：步骤1：依据给定电压值和受控对象输出的采样电压值，计算出第一控制值，以及，依据给定电流值和受控对象输出的采样电流值，计算出第二控制值；步骤2：依据限幅第一电压值对计算出的第二控制值做上限限幅处理，以及依据限幅第二电压值对计算出的第一控制值做上限限幅处理；步骤3：将经过限幅处理的第一控制值和第二控制值进行比较，若第一控制值小于第二控制值，则向受控对象输出第一控制值，若第一控制值大于第二控制值，则向受控对象输出第二控制值；步骤4：当步骤3中向受控对象输出第一控制值时，在输出的第一控制值上叠加第一固定偏置量，得到限幅第一电压值，当步骤3中向受控对象输出第二控制值时，在输出的第二控制值上叠加第二固定偏置量，得到限幅第二电压值。该闭环控制方法具有切换响应速度快、快速退保和进入闭环状态、减少被控制量的上冲幅值以及防误切换等优点。本发明还公开了一种闭环控制系统。

Description

一种闭环控制方法及系统

技术领域

本发明涉及电源控制技术，尤其涉及一种闭环控制方法及系统。

背景技术

现阶段，充电电源的应用场景比较复杂，为了应付复杂的现场工作状态，要求充电电源能够快速响应来自外界的电压和电流的扰动，这大大的增加了电源输出环路的控制难度。

目前，充电电源的控制系统还是由电压环和电流环构成的双环控制系统为主。如图1所示，该双环控制系统的一种结构以电压环作为内环、以电流环作为外环，其优点是电压环的响应会很快，而且从恒流态切换到恒压态时，电压环由于做内环，不会存在退保和慢的问题，但缺点是电流环的响应会很慢，而且由恒压态切换到恒流态时，电流环由于一开始处于开环状态，会有退保和慢的问题，导致电流上冲的厉害。如图2所示，该双环控制系统的一种结构以电流环作为内环、以电压环作为外环，其优缺点与如图1所示的结构正好相反。

上述两种结构的双环控制系统都各有优缺点，都不能直接作为电源控制方案，而且在实际控制中，由于轻载时间歇发波的缘故，导致轻载时，输出电流信号成脉冲形势，使得环路不稳，输出电压不容易被控制。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明提供一种闭环控制方法及系统，具有切换响应速度快、快速退保和进入闭环状态、减少被控制量的上冲幅值以及防误切换等优点。

本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：

一种闭环控制方法，步骤如下：

步骤1：依据给定电压值和受控对象输出的采样电压值，计算出第一控制值，以及，依据给定电流值和受控对象输出的采样电流值，计算出第二控制值；

步骤2：依据限幅第一电压值对计算出的第二控制值做上限限幅处理，以及依据限幅第二电压值对计算出的第一控制值做上限限幅处理；

步骤3：将经过限幅处理的第一控制值和第二控制值进行比较，若第一控制值小于第二控制值，则向受控对象输出第一控制值，若第一控制值大于第二控制值，则向受控对象输出第二控制值；

步骤4：当步骤3中向受控对象输出第一控制值时，在输出的第一控制值上叠加第一固定偏置量，得到限幅第一电压值，当步骤3中向受控对象输出第二控制值时，在输出的第二控制值上叠加第二固定偏置量，得到限幅第二电压值。

进一步地，在步骤2中，依据预设下限值分别对第一控制值和第二控制值做下限限幅处理。

进一步地，在首次对第一控制值和第二控制值做上限限幅处理前，将限幅第一电压值和限幅第二电压值初始化为预设最大值。

进一步地，在步骤4中，当步骤3中向受控对象输出第一控制值时，若叠加第一固定偏置量后得到的限幅第一电压值大于预设最大值，则将预设最大值赋值给限幅第一电压值，当步骤3中向受控对象输出第二控制值时，若叠加第二固定偏置量后得到的限幅第二电压值大于预设最大值，则将预设最大值赋值给限幅第二电压值。

进一步地，在步骤4之后，还包括：

步骤5：当步骤3中向受控对象输出第一控制值时，将限幅第二电压值逐步恢复到预设最大值，当步骤3中向受控对象输出第二控制值时，则将限幅第一电压值逐步恢复到预设最大值。

一种闭环控制系统，包括：

电压环模块，用于依据给定电压值和受控对象输出的采样电压值，计算出第一控制值；

电流环模块，用于依据给定电流值和受控对象输出的采样电流值，计算出第二控制值；

限幅模块，用于依据限幅第一电压值对所述电流环模块计算出的第二控制值做上限限幅处理，以及依据限幅第二电压值对所述电压环模块计算出的第一控制值做上限限幅处理；

比较取小模块，用于将经过限幅处理的第一控制值和第二控制值进行比较，若第一控制值小于第二控制值，则向受控对象输出第一控制值，若第一控制值大于第二控制值，则向受控对象输出第二控制值；

限幅跟踪模块，用于当所述比较取小模块向受控对象输出第一控制值时，则在所述比较取小模块输出的第一控制值上叠加第一固定偏置量，得到限幅第一电压值，当所述比较取小模块向受控对象输出第二控制值时，则在所述比较取小模块输出的第二控制值上叠加第二固定偏置量，得到限幅第二电压值。

进一步地，所述限幅模块还用于依据预设下限值分别对所述电压环模块计算出的第一控制值和所述电流环模块计算出的第二控制值做下限限幅处理。

进一步地，还包括：

初始化模块，用于在所述限幅模块首次对所述电压环模块计算出的第一控制值和所述电流环模块计算出的第二控制值做上限限幅处理前，将限幅第一电压值和限幅第二电压值初始化为预设最大值。

进一步地，所述限幅跟踪模块还用于当所述比较取小模块向受控对象输出第一控制值时，若叠加第一固定偏置量后得到的限幅第一电压值大于预设最大值，则将预设最大值赋值给限幅第一电压值，当所述比较取小模块向受控对象输出第二控制值时，若叠加第二固定偏置量后得到的限幅第二电压值大于预设最大值，则将预设最大值赋值给限幅第二电压值。

进一步地，还包括：

限幅恢复模块，用于当所述比较取小模块向受控对象输出第一控制值时，将限幅第二电压值逐步恢复到预设最大值，当所述比较取小模块向受控对象输出第二控制值时，将限幅第一电压值逐步恢复到预设最大值。

本发明具有如下有益效果：

该闭环控制方法及系统具有以下优点：

1、将所述电压环模块和电流环模块分别作为独立环，采用并联结构，直接参与到受控对象的控制中，当工作在恒压态（第一控制值小于第二控制值）时，则向受控对象输出经过限幅处理的所述电压环模块的第一控制值，当工作在恒流态（第一控制值大于第二控制值）时，则向受控对象输出经过限幅处理的所述电流环模块的第二控制值，在恒压态和恒流态之间进行切换时的响应速度要比传统的内外环结构快；

2、当工作在恒压态时，所述电压环模块闭环，所述电流环模块开环，这时与所述电流环模块对应的限幅第一电压值通过跟踪所述电压环模块的第一控制值，并在第一控制值的基础上叠加第一固定偏置量形成，同理，当工作在恒流态时，所述电流环模块闭环，所述电压环模块开环，这时与所述电压环模块对应的限幅第二电压值通过跟踪所述电流环模块的第二控制值，并在第二控制值的基础上叠加第二固定偏置量形成，对开环一方的控制值进行上限嵌位的限幅电压值（限幅第一电压值或第二电压值）是通过跟踪闭环一方的控制值（第二控制值或第一控制值）形成的，实现开闭环双方之间的互锁钳位，处于开环的环路会很快的退保和进入闭环状态，减少被控制量的上冲幅值；

3、增加限幅电压值恢复机制，将处于开环一方的限幅电压值逐步恢复到预设最大值，这样可解决在轻载范围内误切换导致的震荡问题。

附图说明

图1为现有的充电电源的双环控制系统的示意图；

图2为现有的充电电源的另一双环控制系统的示意图；

图3为本发明提供的闭环控制方法的步骤框图；

图4为本发明提供的闭环控制系统的原理框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。

实施例一

如图4所示，一种闭环控制方法，步骤如下：

步骤1：依据给定电压值和受控对象输出的采样电压值，计算出第一控制值，以及，依据给定电流值和受控对象输出的采样电流值，计算出第二控制值。

在该步骤1中，通过对受控对象的输出量进行电压采样，得到采样电压值，然后对采样电压值和给定电压值进行做差处理，得到电压差值，接着再对电压差值进行补偿处理，计算得到第一控制值；同样的，通过对受控对象的输出量进行电流采样，得到采样电流值，然后对采样电流值和给定电流值进行做差处理，得到电流差值，接着再对电流差值进行补偿处理，计算得到第二控制值。

步骤2：依据预设下限值分别对第一控制值和第二控制值做下限限幅处理，以及依据限幅第一电压值对计算出的第二控制值做上限限幅处理，以及依据限幅第二电压值对计算出的第一控制值做上限限幅处理；

在该步骤2中，预设下限值已经预先设置在控制算法中。

另外，在控制算法中还预先设置有预设最大值，以在首次对第一控制值和第二控制值做上限限幅处理前（优选在步骤1前），将限幅第一电压值和限幅第二电压值初始化为预设最大值。

步骤3：将经过限幅处理的第一控制值和第二控制值进行比较，若第一控制值小于第二控制值，则向受控对象输出第一控制值，若第一控制值大于第二控制值，则向受控对象输出第二控制值。

步骤4：当步骤3中向受控对象输出第一控制值时，在输出的第一控制值上叠加第一固定偏置量，得到限幅第一电压值，当步骤3中向受控对象输出第二控制值时，在输出的第二控制值上叠加第二固定偏置量，得到限幅第二电压值。

在该步骤4中，第一固定偏置量和第二固定偏置量已经预先设置在控制算法中，只要在合理范围内，第一固定偏置量和第二固定偏置量既可以相同，也可以不同。

优选地，在该步骤4中，当步骤3中向受控对象输出第一控制值时，若叠加第一固定偏置量后得到的限幅第一电压值大于预设最大值，则将预设最大值赋值给限幅第一电压值，当步骤3中向受控对象输出第二控制值时，若叠加第二固定偏置量后得到的限幅第二电压值大于预设最大值，则将预设最大值赋值给限幅第二电压值。

步骤5：当步骤3中向受控对象输出第一控制值时，将限幅第二电压值逐步恢复到预设最大值，当步骤3中向受控对象输出第二控制值时，则将限幅第一电压值逐步恢复到预设最大值。

实施例二

如图3所示，一种闭环控制系统，包括：

电压环模块，用于依据给定电压值和受控对象输出的采样电压值，计算出第一控制值；所述电压环模块通过对受控对象的输出量进行电压采样，得到采样电压值，然后对采样电压值和给定电压值进行做差处理，得到电压差值，接着再对电压差值进行补偿处理，计算得到第一控制值。

电流环模块，用于依据给定电流值和受控对象输出的采样电流值，计算出第二控制值；同样的，所述电流环模块通过对受控对象的输出量进行电流采样，得到采样电流值，然后对采样电流值和给定电流值进行做差处理，得到电流差值，接着再对电流差值进行补偿处理，计算得到第二控制值。

限幅模块，用于依据预设下限值分别对所述电压环模块计算出的第一控制值和所述电流环模块计算出的第二控制值做下限限幅处理，以及依据限幅第一电压值对所述电流环模块计算出的第二控制值做上限限幅处理，以及依据限幅第二电压值对所述电压环模块计算出的第一控制值做上限限幅处理。

比较取小模块，用于将经过限幅处理的第一控制值和第二控制值进行比较，若第一控制值小于第二控制值，则向受控对象输出第一控制值，若第一控制值大于第二控制值，则向受控对象输出第二控制值。

限幅跟踪模块，用于当所述比较取小模块向受控对象输出第一控制值时，则在所述比较取小模块输出的第一控制值上叠加第一固定偏置量，得到限幅第一电压值，当所述比较取小模块向受控对象输出第二控制值时，则在所述比较取小模块输出的第二控制值上叠加第二固定偏置量，得到限幅第二电压值；优选地，当所述比较取小模块向受控对象输出第一控制值时，若叠加第一固定偏置量后得到的限幅第一电压值大于预设最大值，则将预设最大值赋值给限幅第一电压值，当所述比较取小模块向受控对象输出第二控制值时，若叠加第二固定偏置量后得到的限幅第二电压值大于预设最大值，则将预设最大值赋值给限幅第二电压值。

初始化模块，用于在所述限幅模块首次对所述电压环模块计算出的第一控制值和所述电流环模块计算出的第二控制值做上限限幅处理前，将限幅第一电压值和限幅第二电压值初始化为预设最大值。

限幅恢复模块，用于当所述比较取小模块向受控对象输出第一控制值时，将限幅第二电压值逐步恢复到预设最大值，当所述比较取小模块向受控对象输出第二控制值时，将限幅第一电压值逐步恢复到预设最大值。

该闭环控制方法及系统具有以下优点：

1、将所述电压环模块和电流环模块分别作为独立环，采用并联结构，直接参与到受控对象的控制中，当工作在恒压态（第一控制值小于第二控制值）时，则向受控对象输出经过限幅处理的所述电压环模块的第一控制值，当工作在恒流态（第一控制值大于第二控制值）时，则向受控对象输出经过限幅处理的所述电流环模块的第二控制值，在恒压态和恒流态之间进行切换时的响应速度要比传统的内外环结构快；

2、当工作在恒压态时，所述电压环模块闭环，所述电流环模块开环，这时与所述电流环模块对应的限幅第一电压值通过跟踪所述电压环模块的第一控制值，并在第一控制值的基础上叠加第一固定偏置量形成，同理，当工作在恒流态时，所述电流环模块闭环，所述电压环模块开环，这时与所述电压环模块对应的限幅第二电压值通过跟踪所述电流环模块的第二控制值，并在第二控制值的基础上叠加第二固定偏置量形成，对开环一方的控制值进行上限嵌位的限幅电压值（限幅第一电压值或第二电压值）是通过跟踪闭环一方的控制值（第二控制值或第一控制值）形成的，实现开闭环双方之间的互锁钳位，处于开环的环路会很快的退保和进入闭环状态，减少被控制量的上冲幅值；

3、增加限幅电压值恢复机制，将处于开环一方的限幅电压值逐步恢复到预设最大值，这样可解决在轻载范围内误切换导致的震荡问题。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种闭环控制方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1：依据给定电压值和受控对象输出的采样电压值，计算出第一控制值，以及，依据给定电流值和受控对象输出的采样电流值，计算出第二控制值；

步骤2：依据限幅第一电压值对计算出的第二控制值做上限限幅处理，以及依据限幅第二电压值对计算出的第一控制值做上限限幅处理；

步骤3：将经过限幅处理的第一控制值和第二控制值进行比较，若第一控制值小于第二控制值，则向受控对象输出第一控制值，若第一控制值大于第二控制值，则向受控对象输出第二控制值；

步骤4：当步骤3中向受控对象输出第一控制值时，在输出的第一控制值上叠加第一固定偏置量，得到限幅第一电压值，当步骤3中向受控对象输出第二控制值时，在输出的第二控制值上叠加第二固定偏置量，得到限幅第二电压值。

2.根据权利要求1所述的闭环控制方法，其特征在于，在步骤2中，依据预设下限值分别对第一控制值和第二控制值做下限限幅处理。

3.根据权利要求1所述的闭环控制方法，其特征在于，在首次对第一控制值和第二控制值做上限限幅处理前，将限幅第一电压值和限幅第二电压值初始化为预设最大值。

4.根据权利要求1所述的闭环控制方法，其特征在于，在步骤4中，当步骤3中向受控对象输出第一控制值时，若叠加第一固定偏置量后得到的限幅第一电压值大于预设最大值，则将预设最大值赋值给限幅第一电压值，当步骤3中向受控对象输出第二控制值时，若叠加第二固定偏置量后得到的限幅第二电压值大于预设最大值，则将预设最大值赋值给限幅第二电压值。

5.根据权利要求1所述的闭环控制方法，其特征在于，在步骤4之后，还包括：

步骤5：当步骤3中向受控对象输出第一控制值时，将限幅第二电压值逐步恢复到预设最大值，当步骤3中向受控对象输出第二控制值时，则将限幅第一电压值逐步恢复到预设最大值。

6.一种闭环控制系统，其特征在于，包括：

电压环模块，用于依据给定电压值和受控对象输出的采样电压值，计算出第一控制值；

电流环模块，用于依据给定电流值和受控对象输出的采样电流值，计算出第二控制值；

限幅模块，用于依据限幅第一电压值对所述电流环模块计算出的第二控制值做上限限幅处理，以及依据限幅第二电压值对所述电压环模块计算出的第一控制值做上限限幅处理；

比较取小模块，用于将经过限幅处理的第一控制值和第二控制值进行比较，若第一控制值小于第二控制值，则向受控对象输出第一控制值，若第一控制值大于第二控制值，则向受控对象输出第二控制值；

限幅跟踪模块，用于当所述比较取小模块向受控对象输出第一控制值时，则在所述比较取小模块输出的第一控制值上叠加第一固定偏置量，得到限幅第一电压值，当所述比较取小模块向受控对象输出第二控制值时，则在所述比较取小模块输出的第二控制值上叠加第二固定偏置量，得到限幅第二电压值。

7.根据权利要求6所述的闭环控制系统，其特征在于，所述限幅模块还用于依据预设下限值分别对所述电压环模块计算出的第一控制值和所述电流环模块计算出的第二控制值做下限限幅处理。

8.根据权利要求6所述的闭环控制系统，其特征在于，还包括：

初始化模块，用于在所述限幅模块首次对所述电压环模块计算出的第一控制值和所述电流环模块计算出的第二控制值做上限限幅处理前，将限幅第一电压值和限幅第二电压值初始化为预设最大值。

9.根据权利要求6所述的闭环控制系统，其特征在于，所述限幅跟踪模块还用于当所述比较取小模块向受控对象输出第一控制值时，若叠加第一固定偏置量后得到的限幅第一电压值大于预设最大值，则将预设最大值赋值给限幅第一电压值，当所述比较取小模块向受控对象输出第二控制值时，若叠加第二固定偏置量后得到的限幅第二电压值大于预设最大值，则将预设最大值赋值给限幅第二电压值。

10.根据权利要求6所述的闭环控制系统，其特征在于，还包括：

限幅恢复模块，用于当所述比较取小模块向受控对象输出第一控制值时，将限幅第二电压值逐步恢复到预设最大值，当所述比较取小模块向受控对象输出第二控制值时，将限幅第一电压值逐步恢复到预设最大值。

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