RU2216764C2 - Method of control with pulse-duration regulation - Google Patents
Method of control with pulse-duration regulation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2216764C2 RU2216764C2 RU2001100185/09A RU2001100185A RU2216764C2 RU 2216764 C2 RU2216764 C2 RU 2216764C2 RU 2001100185/09 A RU2001100185/09 A RU 2001100185/09A RU 2001100185 A RU2001100185 A RU 2001100185A RU 2216764 C2 RU2216764 C2 RU 2216764C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- control
- pulse
- switching
- output
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к автоматическому управлению и предназначено для систем с нелинейной импульсной и линейной непрерывной частью любого порядка выше нулевого, может найти широкое применение в управлении электроприводами, регулируемыми источниками питания и другими техническими устройствами. The invention relates to automatic control and is intended for systems with non-linear pulsed and linear continuous part of any order above zero, can be widely used in the control of electric drives, regulated power supplies and other technical devices.
Известны способы управления, в которых выделяют сигнал ошибки как разность выходного сигнала системы и сигнала задания, формируют пилообразный сигнал с постоянной амплитудой, управляющий сигнал, переключающий импульсный элемент, формируют из суммы сигнала ошибки и пилообразного сигнала [1-3]. Known control methods in which an error signal is distinguished as the difference between the output signal of the system and the reference signal, a sawtooth signal with a constant amplitude is formed, a control signal switching a pulse element is formed from the sum of the error signal and a sawtooth signal [1-3].
Недостаток известных способов заключается в том, что изменение входного напряжения приводит к изменению коэффициента передачи прямой цепи, что ухудшает помехоустойчивость системы, кроме того, ошибка на выходе системы зависит от входного напряжения и нагрузки. A disadvantage of the known methods is that a change in the input voltage leads to a change in the transfer coefficient of the direct circuit, which degrades the noise immunity of the system, in addition, the error at the output of the system depends on the input voltage and load.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ управления с широтно-импульсным регулированием, заключающийся в том, что выделяют сигнал ошибки как разность выходного сигнала системы и сигнала задания, формируют пилообразный сигнал с амплитудой, пропорциональной разности напряжений, поступающих на вход непрерывной части системы до и после коммутации ключевого элемента, управляющий сигнал, переключающий импульсный элемент, формируют из суммы сигнала ошибки и пилообразного сигнала [4]. The closest technical solution, selected as a prototype, is a pulse-width-controlled control method, which consists in isolating an error signal as the difference between the system output signal and the reference signal, generating a sawtooth signal with an amplitude proportional to the difference in voltage input to the continuous parts of the system before and after switching the key element, the control signal switching the pulse element is formed from the sum of the error signal and the sawtooth signal [4].
Недостаток известного способа заключается в том, что ошибка на выходе системы зависит от напряжения питания и нагрузки. The disadvantage of this method is that the error at the output of the system depends on the supply voltage and load.
Цель изобретения состоит в уменьшении статической ошибки. The purpose of the invention is to reduce static error.
Это достигается тем, что при способе управления с широтно-импульсным регулированием, заключающемся в том, что выделяют сигнал ошибки как разность выходного сигнала системы и сигнала задания, формируют пилообразный сигнал с амплитудой, пропорциональной разности напряжений, поступающих на вход непрерывной части системы до и после коммутации ключевого элемента, формируют управляющий сигнал, переключающий ключевой элемент, кроме того, дополнительно формируют сигнал смещения, пропорциональный напряжению на индуктивности непрерывной части системы для режимов после коммутации ключевого элемента, управляющий сигнал формируют из суммы сигнала ошибки, пилообразного сигнала и сигнала смещения. This is achieved by the fact that in the control method with pulse-width regulation, which consists in isolating the error signal as the difference between the output signal of the system and the reference signal, they form a sawtooth signal with an amplitude proportional to the difference in the voltages supplied to the input of the continuous part of the system before and after switching the key element, form a control signal that switches the key element, in addition, additionally form a bias signal proportional to the voltage across the inductance of the continuous frequency and systems for the modes after switching the key element, the control signal is formed from the sum of the error signal, the sawtooth signal and the offset signal.
Сущность изобретения заключается в том, что предлагаемый способ управления основан на использовании для управления с широтно-импульсным регулированием пилообразного сигнала, который формируется непосредственно по критерию равенства нулю в установившемся режиме среднего за период повторения импульсов значения напряжения на индуктивности непрерывной части системы. При этом в окрестностях установившегося режима к моменту переключения ключевого элемента значение пилообразного сигнала становится равным нулю, что обеспечивает переключение ключевого элемента при отсутствии статической ошибки. The essence of the invention lies in the fact that the proposed control method is based on the use of a sawtooth signal for controlling with pulse-width regulation, which is generated directly by the criterion of equality to zero in the steady state mode, the average value of the voltage across the inductance of the inductance of the continuous part of the system. Moreover, in the vicinity of the steady state, by the moment of switching the key element, the sawtooth signal value becomes equal to zero, which ensures switching of the key element in the absence of a static error.
В системах с широтно-импульсным регулированием непрерывная часть обладает свойствами фильтра, следовательно, можно выделить индуктивность в цепи непрерывной части. Управление системой предлагается осуществлять по критерию равенства нулю в установившемся режиме среднего за период повторения импульсов напряжения на этой индуктивности по уравнению
Если в качестве сигнала развертки принять текущее значение ULcp(t), то после простых преобразований (1), приняв на интервалах коммутации импульсного элемента напряжения U1L, U2L постоянными, ввиду незначительного их изменения за период повторения импульсов и на основе теоремы о среднем [5], получаем закон управления вида
где х= Uвых-Uоп - сигнал ошибки, Uвых - выходной сигнал, Uоп - сигнал задания, U1L= U1вх-ULвых и U2L= U2вх-Ulвых - напряжение на индуктивности непрерывной части до и после коммутации импульсного элемента, U1вх и U2вх - напряжения на входе непрерывной части до и после коммутации импульсного элемента, ULвых - напряжение на выходе индуктивности непрерывной части, tk - моменты коммутации импульсного элемента, определяемые наименьшим положительным корнем уравнения F(t)= 0 при U1вх>U2вх (в момент коммутации импульсного элемента отключается напряжение U1вх и подключается напряжение U2вх) и наименьшим по модулю отрицательным корнем уравнения F(t)=0 при U1вх<U2вх, tc - моменты синхронизации (возвращения импульсного элемента в исходное состояние), Т - период повторения импульсов, VT(F, t) - состояние импульсного элемента (VT= 1 подключено напряжение U1вх, VT=0 подключено напряжение U2вх), Кс - коэффициент связи, минимальное значение которого определяется по условию устойчивости колебаний на частоте синхронизации в стационарных режимах [6].In systems with pulse-width regulation, the continuous part has the properties of a filter, therefore, it is possible to isolate the inductance in the circuit of the continuous part. It is proposed to control the system by the criterion of equality to zero in the steady state mode of the average over the repetition period of the voltage pulses at this inductance according to the equation
If we take the current value U Lcp (t) as a sweep signal, then after simple transformations (1), taking the voltage U1 L , U2 L at the switching intervals of the pulse element as constant, due to their insignificant changes during the pulse repetition period and based on the average theorem [5], we obtain the control law of the form
where x = U O -U op - error signal, U O - the output signal, U op - reference signal, U1 L = U1 Rin -UL O and U2 L = U2 Rin -Ul O - voltage at the continuous part of the inductor before and after switching pulse element, U1 Rin and U2 Rin - voltage at the input of the continuous part before and after the switching pulse element, UL O - voltage at the output of the continuous part of the inductance, t k - moments switching pulse element defined by the smallest positive root of the equation F (t) = 0 for U1 in > U2 in (at the moment of switching the pulse element, the voltage U1 in and the voltage U2 in ) is connected) and the least negative root of the equation F (t) = 0 for U1 in <U2 in , t c are the synchronization times (return of the pulse element to its original state), T is the pulse repetition period, VT (F, t ) is the state of the pulse element (VT = 1 voltage is connected to U1 input , VT = 0 voltage is connected to U2 input ), K s is the coupling coefficient, the minimum value of which is determined by the condition of stability of oscillations at the synchronization frequency in stationary modes [6].
Согласно (1) соответствующее переключение импульсного элемента в установившемся режиме должно происходить при ULcp(t)=0. При этом предельный цикл, определяемый пульсирующей составляющей выходного сигнала системы, устанавливается таким образом, что х(tk)=0, а среднее за период повторения импульсов значение сигнала ошибки х0 может быть смещено относительно нуля на величину, не превышающую половины размаха пульсаций
xo≤0,5(x1-x2)(γ-(1-γ)),
где γ - коэффициент заполнения импульса.According to (1), the corresponding switching of the pulse element in the steady state should occur at U Lcp (t) = 0. In this case, the limit cycle determined by the pulsating component of the system output signal is set in such a way that x (t k ) = 0, and the average value of the error signal x 0 for the pulse repetition period can be shifted relative to zero by an amount not exceeding half the amplitude of the pulsations
x o ≤0.5 (x 1 -x 2 ) (γ- (1-γ)),
where γ is the pulse duty ratio.
Систему можно рассматривать как релейную с уровнем гистерезиса, изменяемым так, что соответствующее переключение по состоянию совпадает с моментом синхронизации. Равенство x(tk)=0 означает, что во всем диапазоне регулирования система инвариантна к возмущению по напряжению питания.The system can be considered as a relay with a hysteresis level that can be changed so that the corresponding state switching coincides with the moment of synchronization. The equality x (t k ) = 0 means that in the entire control range the system is invariant to disturbance in the supply voltage.
На фиг.1 представлена схема системы с широтно-импульсным регулированием, реализующей предлагаемый способ управления; на фиг.2 - предельный цикл в установившемся режиме при работе системы по предлагаемому способу управления. Figure 1 presents a diagram of a system with pulse-width regulation that implements the proposed control method; figure 2 - limit cycle in steady state during operation of the system according to the proposed control method.
Устройство для управления системой с широтно-импульсным регулированием, выполненное согласно предложенному способу управления (фиг.1), содержит ключевой элемент 1, непрерывную часть 2 с выделенной индуктивностью 3, три узла сравнения 4-6, сумматор 8, интегратор 7, RS - триггер 9, элемент 1 имеет два входа и один выход, первый вход элемента 1 соединен с входом U1вх системы, второй вход элемента 1 соединен с входом U2вx системы, непрерывная часть 2 имеет вход, соединенный с выходом элемента 1, и два выхода, один соединен с выходом системы Uвых, другой - с выходом ULвых, выделенная индуктивность 3 в силовой цепи непрерывной части 2 соединена одним выводом с входом непрерывной части 2, второй вывод индуктивности 3 соединен с выходом ULвых непрерывной части 2, узел сравнения 4 имеет два входа - прямой и инверсный, прямой вход узла сравнения 4 соединен с выходом системы Uвых, инверсный вход узла сравнения 4 соединен с шиной задания Uоп, узел сравнения 5 имеет два входа - прямой и инверсный, прямой вход узла сравнения 5 соединен с входом системы U2вх, инверсный вход узла сравнения 5 соединен с выходом ULвых непрерывной части 2, узел сравнения 6 имеет два входа - прямой и инверсный, прямой вход узла сравнения 6 соединен с входом системы U1вх, инверсный вход узла сравнения 6 соединен с входом системы U2вх, выход узла сравнения 6 соединен с аналоговым входом интегратора 7, управляющий вход интегратора 7 соединен с шиной синхронизации Uсинх, выход интегратора 7 - Up, выход узла сравнения 4 - х и выход узла сравнения 5 - U2L соединены с входами сумматора 8, R - вход RS-триггера 9 соединен с шиной синхронизации Uсинх, S - вход RS-триггера 9 соединен с выходом сумматора 8, выход RS-триггера 9 соединен с управляющим входом элемента 1.A device for controlling a system with pulse-width regulation, made according to the proposed control method (Fig. 1), contains a key element 1, a continuous part 2 with a dedicated inductance 3, three comparison nodes 4-6, an adder 8, an integrator 7, RS - trigger 9, element 1 has two inputs and one output, the first input member 1 is connected to the input of U1 Rin system, the second input element 1 is connected to an input U2 Bx system continuous part 2 has an input coupled to the output element 1, and two outputs, one connected to the output of the system U out , the other - with you by the UL output , the selected inductance 3 in the power circuit of the continuous part 2 is connected by one output to the input of the continuous part 2, the second output of the inductance 3 is connected to the output of the UL output of the continuous part 2, the comparison unit 4 has two inputs - direct and inverse, the direct input of the comparison unit 4 is connected to the system output U O, inverted input node of comparison 4 is connected to the bus assignment U op, the node comparison 5 has two inputs - the forward and inverse, direct input node of comparison 5 is connected to the input system U2 Rin, inverted input of the comparator 5 is connected to UL output you continuous portion 2, the node comparison 6 has two inputs - the forward and inverse, direct input node of comparison 6 is connected to the input system U1 Rin, inverted input node of comparison 6 is connected to the input of U2 system Rin, the output node of comparison 6 is connected to the analog input of the integrator 7, the control input of the integrator 7 is connected to the synchronization bus U sync , the output of the integrator 7 is U p , the output of the comparison node 4 - x and the output of the comparison node 5 - U2 L are connected to the inputs of the adder 8, R - the input of the RS-trigger 9 is connected to the synchronization bus U sync, S - RS-trigger input 9 connected to the output summat pa 8 output RS-flip-flop 9 is connected to a control input member 1.
Устройство работает следующим образом: на выходе узла сравнения 4 формируется сигнал ошибки х=Uвых-Uоп, на выходе узла сравнения 5 формируется сигнал, пропорциональный падению напряжения на индуктивности 3 непрерывной части 2 для режимов после коммутации ключевого элемента 1 U2L=U2вх-ULвых, на выходе интегратора 7 формируется пилообразный сигнал с амплитудой, пропорциональной разности напряжений, поступающих на вход непрерывной части 2 системы до и после коммутации ключевого элемента 1
при этом на выходе RS-триггера 9 из выходного сигнала сумматора 8 формируется управляющий сигнал, который управляет состоянием элемента 1 в соответствии с законом управления (2).The device operates as follows: at the output of the comparison node 4, an error signal x = Uout -U op is generated, at the output of the comparison node 5, a signal is generated proportional to the voltage drop across the inductance 3 of the continuous part 2 for the modes after switching the key element 1 U2 L = U2 in -UL O on the output of the integrator 7 is formed by a sawtooth signal having an amplitude proportional to the difference voltage input at the input 2 of the continuous part of the system before and after switching key element 1
at the same time, at the output of the RS-trigger 9 from the output signal of the adder 8, a control signal is generated that controls the state of element 1 in accordance with the control law (2).
В предложенном способе управления с широтно-импульсным регулированием во всем диапазоне регулирования в установившемся режиме коммутация импульсного элемента происходит при ULcp (t)=0. При этом предельный цикл (фиг.2), определяемый пульсирующей составляющей выходной координаты, устанавливается таким образом, что x(tk)=0, а среднее за период пульсации значение сигнала ошибки x0 может быть смещено относительно нуля на величину, не превышающую половины размаха пульсаций.In the proposed control method with pulse-width control over the entire control range in the steady state, the switching of the pulse element occurs at U Lcp (t) = 0. In this case, the limit cycle (Fig. 2), determined by the pulsating component of the output coordinate, is set in such a way that x (t k ) = 0, and the average value of the error signal x 0 over the period of the pulsation can be shifted from zero by no more than half range of pulsations.
Литература
1. Теория систем с переменной структурой. Под ред. Емельянова С.В. - М.: Наука. 1970.Literature
1. Theory of systems with variable structure. Ed. Emelyanova S.V. - M .: Science. 1970.
2. Теория систем с переменной структурой. Под ред. Топчеева Ю.И. - М.: Машиностроение. 1986. 2. The theory of systems with variable structure. Ed. Topcheeva Yu.I. - M.: Mechanical Engineering. 1986.
3. Попов Е.П. Теория нелинейных систем автоматического регулирования и управления. Учебн. Пособие. - М.: Наука. 1988. 3. Popov EP Theory of nonlinear systems of automatic regulation and control. Training Allowance. - M .: Science. 1988.
4. Гришанин Ю.С., Головацкий В.А., Юрченко А.И. Импульсные стабилизаторы напряжения с комбинированным координатно-параметрическим управлением //ЭТВА, 1984, вып.15, с.35-43. 4. Grishanin Yu.S., Golovatsky V.A., Yurchenko A.I. Switching voltage stabilizers with combined coordinate-parametric control // ETVA, 1984, issue 15, p. 35-43.
5. Смирнов В.И. Курс высшей математики. - М.: Наука, 1974. - Т.1. 5. Smirnov V.I. Course of higher mathematics. - M .: Nauka, 1974.- T.1.
6. Белов Г. А. Расследование колебаний в импульсном стабилизаторе напряжения вблизи границы устойчивости //Электричество. 1990. 9. С.44-51. 6. Belov G. A. Investigation of oscillations in a pulse voltage regulator near the stability boundary // Electricity. 1990. 9. P.44-51.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001100185/09A RU2216764C2 (en) | 2001-01-03 | 2001-01-03 | Method of control with pulse-duration regulation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001100185/09A RU2216764C2 (en) | 2001-01-03 | 2001-01-03 | Method of control with pulse-duration regulation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2001100185A RU2001100185A (en) | 2003-01-10 |
| RU2216764C2 true RU2216764C2 (en) | 2003-11-20 |
Family
ID=32026463
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001100185/09A RU2216764C2 (en) | 2001-01-03 | 2001-01-03 | Method of control with pulse-duration regulation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2216764C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2497266C2 (en) * | 2012-01-25 | 2013-10-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" | Voltage converter control method, and device for its implementation |
-
2001
- 2001-01-03 RU RU2001100185/09A patent/RU2216764C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ГРИШАНИН Ю.С. И ДР. Импульсные стабилизатора напряжения с комбинированным координатно-параметрическим управлением. Вып. Электронная техника в автоматике. Сб. статей/Под. ред. Ю.И.Конева. - М.: Радио и связь, 1984, вып. 15, с.35-43. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2497266C2 (en) * | 2012-01-25 | 2013-10-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" | Voltage converter control method, and device for its implementation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0334886B1 (en) | Switch circuit | |
| US5450306A (en) | Closed loop pulse width modulator inverter with volt-seconds feedback control | |
| CN101341647B (en) | Switching regulator slope compensation generator circuit | |
| US5450521A (en) | Pulse width modulator | |
| US5045800A (en) | Pulse width modulator control circuit | |
| EP3468022A1 (en) | Switch-mode power converter | |
| US5111133A (en) | Converter circuit for current mode control | |
| RU2216764C2 (en) | Method of control with pulse-duration regulation | |
| EP0562452B1 (en) | An interface circuit for generating an analogue signal to control the speed of rotation of a direct-current electric motor, particularly a brushless motor | |
| JPS6126304B2 (en) | ||
| GB2288891A (en) | RMS regulation of trapezoidal voltage | |
| RU2214618C2 (en) | Control method using pulse-width modulation | |
| KR840006108A (en) | Analog Signal-Pulse Signal Converter | |
| RU2759688C1 (en) | Method for control of pulse voltage converter | |
| RU2337394C1 (en) | Method of control of direct voltage transducers with one-sided pulse-width modulation | |
| RU2339993C1 (en) | Method of reversible pulse dc voltage converter control with stabilisation of limit current | |
| RU2345400C1 (en) | Relay method of guidance of voltage transformer | |
| RU2383049C1 (en) | Method of controlling voltage converter with two-section filter | |
| RU2202144C2 (en) | Bipolar pulse-width modulated tracking inverter | |
| JP4573008B2 (en) | Solenoid drive control device | |
| RU2274948C2 (en) | Frequency-to-current converter | |
| RU2497266C2 (en) | Voltage converter control method, and device for its implementation | |
| JP2023158370A (en) | Power supply device | |
| RU2050575C1 (en) | Method of automatic control with pulse - width regulating | |
| Şeker et al. | The analysis of one cycle control method using DC-DC isolated forward converter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20040104 |