一種用于自動(dòng)控制的控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]—種用于自動(dòng)控制的控制器，包括用于數(shù)字控制的電源系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)等自動(dòng)控制領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在電源系統(tǒng)中的控制器可分為模擬和數(shù)字器件，模擬器件有如3842、3895、6599等芯片，可工作在多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電源中，電路成熟，但是很難與數(shù)字電路整合，無(wú)法達(dá)到精準(zhǔn)控制。數(shù)字器件有如單片機(jī)、DSP等數(shù)字處理器，本身是數(shù)字芯片，因此與其它數(shù)字電路能夠很好的信號(hào)互通，控制精確，但是由數(shù)字處理器作為控制器時(shí)，整個(gè)電源系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)與數(shù)字芯片內(nèi)部程序算法、程序軟件運(yùn)行速度有密切關(guān)系，數(shù)字電源的動(dòng)態(tài)特性和穩(wěn)定性往往較差。
[0003]在電氣或自動(dòng)化的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，從最初的控制儀表向計(jì)算機(jī)控制的集散控制系統(tǒng)DCS發(fā)展，以及現(xiàn)在20世紀(jì)的計(jì)算機(jī)集成自動(dòng)系統(tǒng)CIPS都是PID算法加一些復(fù)雜的控制算法實(shí)現(xiàn)，在工業(yè)自動(dòng)化中還是以計(jì)算機(jī)為主要技術(shù)工具。無(wú)論是單片數(shù)字微處理器還是計(jì)算機(jī)都無(wú)法很好應(yīng)用在高精度、高速的狀態(tài)控制、運(yùn)動(dòng)控制場(chǎng)合，如帶編碼器的步進(jìn)、伺服電機(jī)等。而且有些數(shù)字微處理器中集成的模擬器件無(wú)法滿足要求。
[0004]在以微處理器或計(jì)算機(jī)為主要技術(shù)工具都沒(méi)有不能很好應(yīng)用在有時(shí)間、精度要素的眾多自動(dòng)控制場(chǎng)合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]—種用于自動(dòng)控制的控制器，由比較機(jī)構(gòu)、控制裝置、測(cè)量值構(gòu)成一個(gè)控制器。比較機(jī)構(gòu)由二個(gè)獨(dú)立的運(yùn)算放大器Ul、U2加模擬電壓VINl、VIN2構(gòu)成，控制裝置由二個(gè)獨(dú)立的與門(mén)電路加外部時(shí)鐘信號(hào)CP構(gòu)成，測(cè)量值VFB來(lái)自被控對(duì)像。見(jiàn)圖1、圖2。
[0006]本控制器中的比較機(jī)構(gòu)是模擬器件，控制裝置是數(shù)字器件，因此能解決電源系統(tǒng)中采用模擬芯片的不足，控制器輸出的脈沖信號(hào)可以駁接任何TTL或CMOS電路接口。
[0007]本控制器的VINl和VIN2端各設(shè)置一個(gè)高精度高穩(wěn)定電壓值，且滿足VIN1>VIN2條件，如:VINl=1.26，VIN2=1.25，當(dāng)被控對(duì)像反饋電壓VFB滿足VIN1>VFB>VIN2條件時(shí)，Yl和Y2都沒(méi)有脈沖波形輸出，保持在低電平。當(dāng)被控對(duì)像反饋電壓VFB滿足VFB>VIN1>VIN2條件時(shí)，在外部時(shí)鐘信號(hào)CP為高電平時(shí)，Yl輸出高電平，Yl的脈沖占空比與外部時(shí)鐘信號(hào)CP相同，在本控制器中Yl占空比值無(wú)意義。當(dāng)被控對(duì)像反饋電壓VFB滿足VIN1>VIN2>VFB條件時(shí)，在外部時(shí)鐘信號(hào)CP為高電平時(shí)，Y2輸出高電平，Y2的脈沖占空比與外部時(shí)鐘信號(hào)CP相同，在本控制器中Y2占空比值無(wú)意義。
[0008]本控制器的Yl和Y2所接的執(zhí)行器單元非常廣泛，這個(gè)執(zhí)行器單元可以是:高速高精度可增可減計(jì)數(shù)器、微處理器芯片、電機(jī)信號(hào)驅(qū)動(dòng)板、可編程邏輯陳列等能正確接收二路脈沖信號(hào)的數(shù)字電路。當(dāng)本控制器的Yl和Y2與單片機(jī)等微處理器的外部中斷口相連接時(shí)，同時(shí)整個(gè)電路包括控制器又應(yīng)用在電源系統(tǒng)中時(shí)，加上電源對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)有特殊要求，又加上通過(guò)中斷并在中斷程序中修改定時(shí)器值是在這些執(zhí)行器單元中耗時(shí)最多的，所以只要本控制器接微處器的中斷口通過(guò)修改微處理器的定時(shí)器值改變PffM并應(yīng)用于BUCK、BOOST、全橋移相軟開(kāi)關(guān)電源時(shí)，如能達(dá)到很好動(dòng)態(tài)速度和穩(wěn)定性，就說(shuō)明本控制器在駁接上述所有執(zhí)行器單元時(shí)都能達(dá)到自動(dòng)控制所要求的“穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性”。當(dāng)在做完這三個(gè)BUCK, BOOST、全橋移相軟開(kāi)關(guān)電源拓?fù)涞膶?shí)驗(yàn)后，可以確認(rèn)本控制器極具價(jià)值。
[0009]當(dāng)本控制器的Yl、Y2分別接微處理器外部中斷口時(shí)，只要分別在能響應(yīng)外部Yl和Υ2信號(hào)的中斷小程序中設(shè)定修改某個(gè)微處理器中的定時(shí)器值，此定時(shí)器就會(huì)改變輸出的PffM占空比，PWM的變化造成執(zhí)行器單元和被控對(duì)像反饋電壓VFB變化，當(dāng)微處理器的PWM信號(hào)接的是電源拓?fù)渲虚_(kāi)關(guān)電力器件時(shí)，將造成輸出電壓上的采集電壓VFB發(fā)生變化，此時(shí)就是本控制器在電源系統(tǒng)中的應(yīng)用，能很好理解此時(shí)微處理器程序是無(wú)需編寫(xiě)采集電壓值、判斷電壓值、復(fù)雜的PID程序的，那么顯然整個(gè)采用數(shù)字芯片的電源系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度會(huì)快很多，因此穩(wěn)定性就加強(qiáng)了，可以說(shuō)明相比其它以微處理器或計(jì)算機(jī)為主要技術(shù)工具應(yīng)用在自動(dòng)控制領(lǐng)域，本控制器更具有優(yōu)良的動(dòng)態(tài)性、穩(wěn)定性。
[0010]在以微處理器或計(jì)算機(jī)為主要技術(shù)工具的，在有時(shí)間、精度要素的眾多自動(dòng)控制場(chǎng)合，本控制器駁接合適的執(zhí)行器單元時(shí)，能夠使整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性更加優(yōu)良。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本專(zhuān)利控制器。
[0012]圖2為由本專(zhuān)利控制器組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖。
[0013]圖3為本專(zhuān)利控制器的邏輯真值表。
[0014]圖4為本專(zhuān)利控制器的外部時(shí)鐘信號(hào)CP與被控對(duì)像反饋電壓VFB的波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]一種用于自動(dòng)控制的控制器，指模擬電壓VINl連接至運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端2，被控對(duì)像反饋電壓VFB同時(shí)連接至運(yùn)算放大器Ul的同相輸入端I和運(yùn)算放大器U2的反相輸入端2，模擬電壓VIN2連接至運(yùn)算放大器U2的同相輸入端I，運(yùn)算放大器Ul的輸出端3連接至VA再連接至與門(mén)U3的輸入端I，運(yùn)算放大器U2的輸出端3連接至VB再連接至與門(mén)U4的輸入端2，外部時(shí)鐘信號(hào)CP同時(shí)連接至與門(mén)U3的輸入端2和與門(mén)U4的輸入端I，與門(mén)U3的輸出端3即為本控制器的邏輯輸出端Yl，與門(mén)U4的輸出端3即為本控制器的邏輯輸出端Υ2，詳見(jiàn)圖1。
[0016]VINl和VIN2端各設(shè)置一個(gè)高精度高穩(wěn)定電壓值，且滿足VIN1>VIN2條件，如:VINl =1.26，￥爪2=1.25，如有需要可以設(shè)為更高精度值如:￥1附=1.206，￥1吧=1.205，電壓要合理的設(shè)置，電壓精度與本控制器駁接的執(zhí)行器單元的硬件精度有關(guān)，如果執(zhí)行器單元為微控制器中的16位定時(shí)器，設(shè)置VINl=1.26，VIN2 = 1.25就已經(jīng)比較合理了，具體以實(shí)驗(yàn)決定，調(diào)到最穩(wěn)定時(shí)的最高精度值就算確定合理電壓值。VIN1、VIN2、VFB三者關(guān)系只能出現(xiàn)如下三種狀態(tài):VIN1>VFB>VIN2、VFB>VIN1>VIN2、VIN1>VIN2>VFB，其它狀態(tài)不允許出現(xiàn)，所以造成VA、VB的高電平不會(huì)同出現(xiàn)，同理Yl、Y2也不會(huì)同時(shí)出現(xiàn)高電平。Yl、Y2的脈沖占空比與外部時(shí)鐘信號(hào)CP相同，在本控制器中Υ1、Υ2的脈沖信號(hào)占空比值無(wú)意義，詳見(jiàn)圖3的邏輯真值表。
[0017]本控制器的邏輯輸出端Υ1、Υ2與外部時(shí)鐘信號(hào)CP的頻率相同、占空比相同，因此外部時(shí)鐘信號(hào)CP的頻率與整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性有密切關(guān)系，按照理論，外部時(shí)鐘信號(hào)CP的信號(hào)周期Tcp與自動(dòng)控制系統(tǒng)的延遲時(shí)間Tdt要滿足條件:TCP稍大于TDT，此時(shí)整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)性是最好的，外部時(shí)鐘信號(hào)CP的信號(hào)周期Tcp不能太快也不能太慢，太快了會(huì)造成自動(dòng)控制系統(tǒng)穩(wěn)定性差，太慢了會(huì)造成自動(dòng)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性差，按照自動(dòng)控制系統(tǒng)的延遲時(shí)間Tdt合理選取外部時(shí)鐘信號(hào)CP，詳見(jiàn)圖4。
[0018]運(yùn)算放大器Ul實(shí)現(xiàn)電壓比較功能，當(dāng)模擬電壓VINl小于被控對(duì)像反饋電壓VFB時(shí)，VA為高電平，反之VA為低電平。運(yùn)算放大器U2也是實(shí)現(xiàn)電壓比較功能，當(dāng)模擬電壓VIN2大于被控對(duì)像反饋電壓VFB時(shí)，VB為高電平，反之VB為低電平。Yl為與門(mén)U3的輸出端，則Yl邏輯表達(dá)式為= Yl=VA.CP，同樣，Y2為與門(mén)U4的輸出端，則Y2邏輯表達(dá)式為:Y2=VB.CP。本控制器中的比較機(jī)構(gòu)由二個(gè)實(shí)現(xiàn)電壓比較功能的運(yùn)算放大器和模擬電壓VINl、VIN2同時(shí)組成，本控制器中的控制裝置由二個(gè)與門(mén)和數(shù)字信號(hào)VA、VB、CP同時(shí)組成，VA、VB只有高電平和低電平之分，因此認(rèn)定為數(shù)字信號(hào)。本控制器中的測(cè)量值為被控對(duì)像反饋電壓VFB。詳見(jiàn)圖1、圖2。
[0019]圖2是本專(zhuān)利控制器組成的自動(dòng)控制系統(tǒng)的方框圖，其中傳送裝置單元最簡(jiǎn)單情況下時(shí)，是一條導(dǎo)線。由本專(zhuān)利的控制器與控制器外接對(duì)象組成一個(gè)完整的自動(dòng)控制系統(tǒng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于自動(dòng)控制的控制器，其特征在于:模擬電壓VINl連接至運(yùn)算放大器Ul的反相輸入端2，被控對(duì)像反饋電壓VFB同時(shí)連接至運(yùn)算放大器Ul的同相輸入端I和運(yùn)算放大器U2的反相輸入端2，模擬電壓VIN2連接至運(yùn)算放大器U2的同相輸入端I，運(yùn)算放大器Ul的輸出端3連接至VA再連接至與門(mén)U3的輸入端I，運(yùn)算放大器U2的輸出端3連接至VB再連接至與門(mén)U4的輸入端2，外部時(shí)鐘信號(hào)CP同時(shí)連接至與門(mén)U3的輸入端2和與門(mén)U4的輸入端I，與門(mén)U3的輸出端3即為本控制器的邏輯輸出端Yl，與門(mén)U4的輸出端3即為本控制器的邏輯輸出端Y2。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于自動(dòng)控制的控制器，其特征在于:Y1、Y2不會(huì)同時(shí)為高電平。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于自動(dòng)控制的控制器，其特征在于:當(dāng)CP為高電平，且滿足VFB>VIN1 >VIN時(shí)，Yl為高平。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于自動(dòng)控制的控制器，其特征在于:當(dāng)CP為高電平，且滿足VINl >VIN2>VFB時(shí)，Y2為高平。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于自動(dòng)控制的控制器，其特征在于:CP的信號(hào)周期Tcp稍大于自動(dòng)控制系統(tǒng)的延遲時(shí)間Tdt。
【專(zhuān)利摘要】一種用于自動(dòng)控制的控制器，由比較機(jī)構(gòu)、控制裝置、測(cè)量值構(gòu)成一個(gè)控制器。比較機(jī)構(gòu)由運(yùn)算放大器U1、U2加模擬電壓VIN1、VIN2構(gòu)成，控制裝置由與門(mén)電路U3、U4加外部時(shí)鐘信號(hào)CP構(gòu)成，測(cè)量值VFB來(lái)自被控對(duì)像。本控制器的Y1和Y2所接的執(zhí)行器單元非常廣泛，可以是：高速高精度可增可減計(jì)數(shù)器、微處理器芯片、電機(jī)信號(hào)驅(qū)動(dòng)板、可編程邏輯陳列等能正確接收二路脈沖信號(hào)的數(shù)字電路。在以微處理器或計(jì)算機(jī)為主要技術(shù)工具的，在有時(shí)間、精度要素的眾多自動(dòng)控制場(chǎng)合，本控制器駁接合適的執(zhí)行器單元時(shí)，能夠使整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性、準(zhǔn)確性更加優(yōu)良。
【IPC分類(lèi)】G05B19/042
【公開(kāi)號(hào)】CN205375100
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201620079188
【發(fā)明人】張恒雄
【申請(qǐng)人】張恒雄
【公開(kāi)日】2016年7月6日
【申請(qǐng)日】2016年1月27日