[发明专利]一种磁悬浮列车用智能斩波系统

说明书

本发明公开了一种磁悬浮列车用智能斩波系统，包括相互连接的控制算法单元、斩波单元，控制算法单元根据磁悬浮间隙、列车垂向加速度，计算目标电流并传输给斩波单元，斩波单元包括相互连接的控制模块、斩波器模块，斩波单元采集主电电压信号、实际输出电流信号，将实际输出电流与目标电流进行比较，结合主电电压信号，在传递函数中考虑主电电压因素，进行运算，生成PWM信号，控制实际输出电流大小，实现对输出电流的精确控制。

技术领域

本发明涉及智能控制技术领域，尤其是涉及一种磁悬浮列车用智能斩波系统。

背景技术

现有斩波器，也称为半H桥斩波器，如图1所示，包括两个相同的功率管及两个二极管，以桥式结构连接，一个功率管Q1和一个二极管D1串联组合后位于一个桥臂，另一个二极管D2与另一个功率管Q2串联组合后位于另一个桥臂，二个串联组合并联后分别接在主电Ud的两端，在二个桥臂的串联连接点处引出输出端，用于连接负载，一般情况下负载为感性负载。二个功率管共用同一个PWM信号，当PWM信号有效时，功率管导通，主电接到负载两端，使其电流上升；当PWM无效时，功率管Q1、Q2关断，感性负载通过二极管D2和D3续流，此时主电反接到负载两端，使得其电流下降。通过改变控制信号PWM的有效时长和无效时长，即占空比，能够实现对负载电流的控制。

现有的斩波器结构，在接入负载后，在实际工况下主电Ud容易波动，这会影响斩波器的输入输出特性，即对于相同的输入控制信号PWM，输出的负载电流并不是确定的。在控制系统中，当斩波器出现这种输入输出特性的变化时，会给系统的控制性能带来不利影响，无法满足控制系统具有较好的鲁棒性的要求。在一些要求比较高的应用场景，如磁悬浮列车系统中，这种输入输出特性的变化，会降低到列车的悬浮性能，严重时导致悬浮失稳，为列车带来安全隐患。

因此，设计一种能够精确控制输出电流的斩波系统，是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能斩波系统，由控制计算单元根据磁悬浮间隙、列车垂向加速度，计算目标电流并传输给斩波单元，斩波单元检测主电电压、实际输出电流，在传递函数中考虑主电电压因素，控制实际输出电流等于目标电流，实现对输出电流的精确控制。

本发明的上述发明目的通过以下技术方案得以实现：

一种智能斩波系统，包括相互连接的控制计算单元、斩波单元，控制计算单元根据磁悬浮间隙、列车垂向加速度，计算目标电流并传输给斩波单元，斩波单元用于控制实际输出电流等于目标电流。

本发明进一步设置为：控制计算单元输出目标电流指令，斩波单元采集主电电压信号、实际输出电流信号，将实际输出电流与目标电流进行比较，结合主电电压信号进行运算，生成PWM信号，控制实际输出电流大小。

本发明进一步设置为：设置斩波单元模型包括相互连接的控制模型、斩波器模型，控制模型接收目标电流与输出电流，进行运算，生成PWM信号给斩波器模型，斩波器模型将PWM信号转换为等效电压后施加到负载模块上，负载模型用于将等效电压转换为实际输出电流。

本发明进一步设置为：斩波单元进行运算，其传递函数表示为：

式中，U_d表示主电电压，k_p表示比例反馈系数，k_I表示积分反馈系数，L表示感性负载的电感量，R表示感性负载的电阻值，s表示微分算子，s²表示二阶微分。

本发明进一步设置为：在闭环系统阻尼比为ξ、带宽为ω_n时，控制参数表示如下：

。

本发明进一步设置为：斩波单元模型中还包括驱动模型，分别与控制模型、斩波器模型连接，用于隔离控制模型与斩波器模型电路，并对控制模型输出的PWM信号进行功率放大。