一種智能大功率直流電源的設(shè)計與實現(xiàn)

(2)改進(jìn)的數(shù)字PI算法

標(biāo)準(zhǔn)PI算法一般不能滿足現(xiàn)場要求，比如在開機(jī)、停機(jī)或大幅度改變設(shè)定值時，短時間內(nèi)系統(tǒng)偏差變化劇烈，容易造成較大的積分積累∑(Ek)，使得控制輸出急劇變化，系統(tǒng)超調(diào)嚴(yán)重，動態(tài)性能惡化。

為防止這一現(xiàn)象發(fā)生，常用積分分離法、超限削弱積分法和有效偏差法對標(biāo)準(zhǔn)PI算法進(jìn)行改進(jìn)，這在隨動系統(tǒng)設(shè)計中較為常見。

由于本系統(tǒng)屬于恒值控制系統(tǒng)，要求有軟起和軟停功能，利用上述改進(jìn)算法已不能滿足要求。為此，采用一種新的恒偏差算法。

恒偏差法和有效偏差法相類似。有效偏差法又叫逆算法。即當(dāng)控制量Uk越限時，Uk取邊界值Umax或Umin.由該邊界值逆算出偏差值Ek'代替原來的偏差值Ek.然而，在恒偏差法中，是用經(jīng)過衰減后的Ek'去代替Ek.系統(tǒng)在階躍響應(yīng)時，實際工作在過阻尼狀態(tài)，從而減緩了在起、停時對主電路器件的沖擊。圖3示出兩種算法的階躍輸入響應(yīng)曲線。其中曲線(a)標(biāo)準(zhǔn)PI算法響應(yīng)曲線、曲線(b)恒偏差法響應(yīng)曲線。

圖3 系統(tǒng)階躍響應(yīng)曲線

(3)PI參數(shù)的整定

①采樣周期T

由于主電路輸出濾波網(wǎng)絡(luò)決定了系統(tǒng)輸出紋波的最大截止頻率f,所以根據(jù)香農(nóng)(Snon)定理可以決定采樣頻率的上限f1 =2f 工程上一般取f1=10f.

由于主電路參數(shù)已知，可求得：

其下限T2由8098軟件執(zhí)行時間決定。若采用12M晶振，平均每條語句執(zhí)行時間為2us,程序運行大概需要500條語句，那么T2=1ms.所以：

1ms≤ T≤6ms

最終可通過現(xiàn)場調(diào)試來選擇了1的大小。

② 比例因子Kp及積分時間常數(shù)Ti工程上常用臨界比例度法，對常數(shù)Kp和Ti進(jìn)行整定。即在閉環(huán)條件下，先暫時去掉積分作用，逐漸增大比例增益，直到閉環(huán)系統(tǒng)達(dá)到臨界穩(wěn)定狀態(tài)，發(fā)生持續(xù)振蕩為止。記下此時的臨界增益Ku和振蕩周期Tu ,通過查表得到Kp=和Ti的近似值，然后由整機(jī)調(diào)試進(jìn)行修正。

本系統(tǒng)穩(wěn)壓閉環(huán)實驗測定結(jié)果為：Ku =6,Tu=12.0ms.

查表可得：Kp=0.45 x Ku=2.7、Ti=Tu÷1.2=10ms.

通過整機(jī)調(diào)試，可得出遞推公式中參數(shù)A 、B的值為：A=3、B=2.

(4)算法

為簡化程序設(shè)計，在進(jìn)行8098軟件編程時，采用無符號數(shù)算法。

3)穩(wěn)流方式(I)

穩(wěn)流方式又稱強(qiáng)充方式，系統(tǒng)作電流源閉環(huán)運行，原理同上，不同的是積分時間常數(shù)要小一些，調(diào)節(jié)速度較快。

實驗數(shù)據(jù)如下：Tu=6.0ms,Ti=5ms、A=4,B=2.

4)穩(wěn)壓穩(wěn)流自動轉(zhuǎn)換(V/I)

當(dāng)電池虧電時，系統(tǒng)以強(qiáng)充方式工作，電池電壓逐漸升高。當(dāng)超過設(shè)定值時，改為浮充方式。

即系統(tǒng)能根據(jù)負(fù)載情況自動選擇充電模式。圖4示出典型的二階段充電曲線。

圖4 蓄電池二階段充電曲線

5)工作方式記憶(M1.M2)

系統(tǒng)可存儲兩組常用數(shù)據(jù)，即工作方式、電壓電流給定值、穩(wěn)壓穩(wěn)流轉(zhuǎn)換值、過壓過流值。

掉電時還能保護(hù)當(dāng)前的工作記錄。

6)軟起、軟停方式(SS)

按下該鍵，系統(tǒng)工作在軟停方式。觸發(fā)板將控制脈沖相位拉至最大，然后封鎖脈沖輸出。該鍵彈起，為軟起方式?？刂戚敵鲇勺钚÷两o定值。

7)電池檢測方式(TEST)

系統(tǒng)能循環(huán)檢測電池電壓，由數(shù)碼管進(jìn)行顯示，也可通過串行口打印輸出，并有報警提示。