專(zhuān)利名稱(chēng)：基于自學(xué)習(xí)控制的比例積分微分控制方法及其不間斷電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源數(shù)字控制技術(shù)和智能控制技術(shù)，具體涉及一種基于自學(xué)習(xí)控制的比例積分微分(PID)控制方法及其控制的不間斷電源(UPS)。
目前市場(chǎng)上的UPS產(chǎn)品，受數(shù)字控制技術(shù)的局限，其逆變部分的控制方法絕大多數(shù)采取模擬方式，大致分有效值調(diào)節(jié)和瞬時(shí)值調(diào)節(jié)兩種。然而，就目前控制方式的發(fā)展方向而言，一般采用數(shù)字控制方法。由于數(shù)字控制方法能靈活地改善系統(tǒng)的靜、動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，顯著地增強(qiáng)系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性和可靠性，而且可降低其硬件成本和生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，擴(kuò)大產(chǎn)品優(yōu)化空間。但是從目前產(chǎn)品和文獻(xiàn)中記載的數(shù)字控制方法來(lái)看，采用數(shù)字化控制的UPS，大多必須采用速度快、功能強(qiáng)的CPU芯片(如32位DSP)，以減小數(shù)字電路存在一些不可避免的時(shí)間延遲(如采樣延遲、計(jì)算延遲、調(diào)制延遲等)對(duì)波形整形的影響。這樣，由于硬件成本的限制，使得采用數(shù)字控制方法的直流/交流逆變器難以在實(shí)際UPS產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。
本發(fā)明的目的在于提供一種帶有智能的UPS數(shù)字控制方法，按照這種數(shù)字控制方法，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器經(jīng)濟(jì)而有效的控制，即可用較低成本的微處理器制造性能較好的UPS，成本低、可靠性高。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種應(yīng)用上述數(shù)字控制方法控制的UPS，具有成本低、性能好、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的基于以下的認(rèn)識(shí)當(dāng)UPS帶線性負(fù)載時(shí)，若采用PID控制器，則PID控制器的比例調(diào)節(jié)器參數(shù)Kp不能太大，否則由于微處理器速度的限制，輸出電壓波形就容易抖動(dòng)；當(dāng)UPS帶非線性負(fù)載時(shí)，若采用PID控制器，則PID控制器的比例調(diào)節(jié)器參數(shù)Kp不能太小，否則輸出電壓波形的失真度就不能達(dá)標(biāo)(THD＜5％)。因此，如果采用傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)確定的PID，就很難達(dá)到同時(shí)控制這兩種負(fù)載類(lèi)型的目的。這樣就有必要根據(jù)兩種負(fù)載輸出波形的明顯區(qū)別，構(gòu)造一種自學(xué)習(xí)控制的PID控制方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器的輸出電壓波形的控制，具體地說(shuō)，本發(fā)明提供的基于自學(xué)習(xí)控制的PID控制方法，包括以下步驟計(jì)算輸出電壓誤差E用參考電壓Vref減去輸出電壓Vo，得出輸出電壓誤差E；采樣信號(hào)并根據(jù)自學(xué)習(xí)控制算法，計(jì)算PID控制器的比例調(diào)節(jié)器參數(shù)Kp；計(jì)算逆變器的控制量Vi以Kp作為PID的比例調(diào)節(jié)器參數(shù)，對(duì)計(jì)算輸出電壓誤差E進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，得出控制量Vi。
在按照本發(fā)明提供的方法中，所述采樣信號(hào)并根據(jù)自學(xué)習(xí)控制算法，計(jì)算PID控制器的比例調(diào)節(jié)器參數(shù)Kp包括以下步驟a、計(jì)算輸出電壓誤差E的絕對(duì)值|E|；b、比較輸出電壓誤差|E|與誤差參考值A(chǔ)，如果|E|＞A，則取Xi＝|E|-A；
c、計(jì)算一個(gè)工頻周期T內(nèi)，Xi的累加值X＝∑Xi＝∑(|E|-A)；d、根據(jù)X的大小，調(diào)整比例調(diào)節(jié)器參數(shù)Kp如果X＞＝Bmax，則Kp＝Kp＋(Kpmax-Kpmin)/100；如果X＜＝Bmin，則Kp＝Kp-(Kpmax-Kpmin)/100。
e、校正PID的比例調(diào)節(jié)器參數(shù)Kp如果Kp＞＝Kpmax，則Kp＝Kpmax；如果Kp＜＝Kpmin，則Kp＝Kpmin。
其中的參數(shù)A、Bmax、Bmin、Kmax、Kmin等，可以根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)確定，其中Bmax＞Bmin、Kmax＞Kmin。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，構(gòu)造一種不間斷電源UPS，其特征在于所述UPS中的逆變器采用基于自學(xué)習(xí)控制的PID控制方法的控制器，它包括減法器用于將輸入的參考電壓Vref和輸出電壓Vo相減產(chǎn)生輸出電壓誤差E；采樣器用于采樣輸出電壓誤差E的絕對(duì)值|E|；自學(xué)習(xí)控制器將采樣器輸出的輸出電壓誤差的絕對(duì)值|E|作為輸入量，計(jì)算PID的比例調(diào)節(jié)器參數(shù)Kp線性PID控制器將所述自學(xué)習(xí)控制器輸出的Kp作為PID的比例調(diào)節(jié)器參數(shù)，對(duì)輸入的輸出電壓誤差E進(jìn)行線性PID控制，產(chǎn)生逆變器的控制量Vi。
在按照本發(fā)明提供的UPS中，所述自學(xué)習(xí)控制器包括工頻周期計(jì)時(shí)器用于提供工頻周期計(jì)時(shí)信號(hào)；輸出電壓誤差計(jì)算裝置用于計(jì)算輸出電壓誤差E的絕對(duì)值|E|；
比較計(jì)算器用于將輸出電壓誤差E絕對(duì)值與誤差參考值A(chǔ)進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果計(jì)算累加值Xi，如果|E|＞A，則Xi＝|E|-A；累加值X計(jì)算器用于在所述工頻周期計(jì)時(shí)器確定的一個(gè)工頻周期T內(nèi)，根據(jù)所述比較計(jì)算器的輸出，計(jì)算Xi的累加值X＝∑Xi＝∑(|E|-a)；參數(shù)Kp第一調(diào)整器，用于根據(jù)所述累加值Xi工頻周期計(jì)算器輸出的累加值X的大小，調(diào)整比例調(diào)節(jié)器參數(shù)Kp如果X＞＝Bmax，則Kp＝Kp＋(Kpmax-Kpmin)/100；如果X＜＝Bmin，則Kp＝Kp-(Kpmax-Kpmin)/100。
參數(shù)Kp第二調(diào)整器，根據(jù)所述參數(shù)Kp第一調(diào)整器輸出的參數(shù)Kp進(jìn)行邊界調(diào)整，如果Kp＞＝Kpmax，則Kp＝Kpmax；如果Kp＜＝Kpmin，則Kp＝Kpmin。
實(shí)施本發(fā)明提供的基于自學(xué)習(xí)控制的PID控制方法及其控制的UPS，由于采用了自學(xué)習(xí)控制的PID控制技術(shù)，當(dāng)負(fù)載為線性負(fù)載時(shí)，能有效控制比例調(diào)節(jié)器參數(shù)Kp不至于太大；當(dāng)負(fù)載為非線性負(fù)載時(shí)，能有效控制比例調(diào)節(jié)器參數(shù)Kp不至于太小。因此，當(dāng)UPS帶線性負(fù)載時(shí)，輸出電壓不易出現(xiàn)抖動(dòng)；當(dāng)UPS為非線性負(fù)載時(shí)，輸出電壓波形能夠滿(mǎn)足失真度的要求(THD＜5％)，即使在帶功率因數(shù)較低(小于0.7)、電流峰制值比較高(大于3∶1)的額定整流性負(fù)載時(shí)亦可獲得較好的輸出電壓波形。由于自學(xué)習(xí)控制PID控制技術(shù)可以在價(jià)格比較低廉的CPU(如單片機(jī)、16位定點(diǎn)DSP)上得到實(shí)現(xiàn)，這樣可以有效地減低UPS系統(tǒng)的硬件成本，增強(qiáng)中小容量在線式UPS的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。此外，采用自學(xué)習(xí)控制的PID控制技術(shù)的UPS輸出電流波形也比較穩(wěn)定。
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中

圖1是采用本發(fā)明自學(xué)習(xí)控制的PID控制方法的UPS的逆變器控制原理示意圖；圖2是實(shí)施本發(fā)明自學(xué)習(xí)控制的PID控制方法的一個(gè)實(shí)施例的程序流程示意圖。
如圖1所示，在按照本發(fā)明構(gòu)造的UPS逆變器中包括減法器1，用于將輸入的參考電壓Vref和輸出電壓Vo相減產(chǎn)生輸出電壓誤差E；采樣器2，用于提供輸出電壓誤差E的絕對(duì)值|E|；自學(xué)習(xí)控制器3，用于將采樣器2輸出的輸出電壓誤差的絕對(duì)值|E|作為輸入量，計(jì)算PID的比例調(diào)節(jié)器參數(shù)Kp，并提供給線性PID控制器；線性PID控制器4，將所述自學(xué)習(xí)控制器輸出的Kp作為PID的比例調(diào)節(jié)器參數(shù)，對(duì)輸入的輸出電壓誤差E進(jìn)行線性PID控制，產(chǎn)生逆變器的控制量Vi提供給逆變器5。其中自學(xué)習(xí)控制器3包括工頻周期計(jì)時(shí)器31，用于提供工頻周期計(jì)時(shí)信號(hào)；輸出電壓誤差計(jì)算裝置32用于計(jì)算輸出電壓誤差E的絕對(duì)值|E|；比較計(jì)算器33用于將輸出電壓誤差E絕對(duì)值與誤差參考值A(chǔ)進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果計(jì)算累加值Xi，如果|E|＞A，則Xi＝|E|-A；累加值X計(jì)算器34用于在所述工頻周期計(jì)時(shí)器確定的一個(gè)工頻周期T內(nèi)，根據(jù)所述比較計(jì)算器的輸出，計(jì)算Xi的累加值X＝∑Xi＝∑(|E|-A)；參數(shù)Kp第一調(diào)整器35，用于根據(jù)所述累加值Xi工頻周期計(jì)算器輸出的累加值X的大小，調(diào)整比例調(diào)節(jié)器參數(shù)Kp如果X＞＝Bmax，則Kp＝Kp＋(Kpmax-Kpmin)/100；如果X＜＝Bmin，則Kp＝Kp-(Kpmax-Kpmin)/100。參數(shù)Kp第二調(diào)整器36，根據(jù)所述參數(shù)Kp第一調(diào)整器輸出的參數(shù)Kp進(jìn)行邊界調(diào)整，如果Kp＞＝Kpmax，則Kp＝Kpmax；如果Kp＜＝Kpmin，則Kp＝Kpmin。
在圖2示出的實(shí)施本發(fā)明的自學(xué)習(xí)控制的PID控制方法的程序流程圖中，其中，用于計(jì)算PID控制器的比例調(diào)節(jié)器參數(shù)Kp的部分，包括以下步驟1、計(jì)算一個(gè)工頻周期T內(nèi)，Xi的累加值X如下a、計(jì)算輸出電壓誤差E(框101)用參考電壓Vref減去輸出電壓Vo，得出輸出電壓誤差E；b、取輸出電壓誤差E的絕對(duì)值|E|(框102)；c、比較輸出電壓誤差|E|與誤差參考值A(chǔ)的大小(框103)；d、計(jì)算Xi的累加值X(框104)如果|E|＞A，則X＝∑Xi＝∑(|E|-A)；e、判斷一個(gè)工頻周期T滿(mǎn)否(框105)如果一個(gè)工頻周期T未滿(mǎn)，則回到(框101)，即繼續(xù)累加計(jì)算累加值X，如果一個(gè)工頻周期T已滿(mǎn)，則轉(zhuǎn)入(框106)根據(jù)X的大小，調(diào)整比例調(diào)節(jié)器參數(shù)Kp。
2、根據(jù)X的大小，調(diào)整比例調(diào)節(jié)器參數(shù)Kpa、判斷X與Bmax的大小(框106)；b、如果X＞＝Bmax(在非線性負(fù)載區(qū)域內(nèi))，則Kp＝Kp＋(Kpmax-Kpmin)/100(框107)；c、判斷X與Bmin的大小(框108)；
d、如果X＜＝Bmin(在線性負(fù)載區(qū)域內(nèi))，則Kp＝Kp-(Kpmax-Kpmin)/100(框109)。
3、校正比例調(diào)節(jié)器參數(shù)Kpa、比較Kp與Kpmax的大小(框110)；b、如果Kp＞＝Kpmax，則Kp＝Kpmax(框111)；c、Kp與Kpmin的大小(框112)；d、如果Kp＜＝Kpmin，則Kp＝Kpmin(框113)4、將X清零，完成了一個(gè)工頻周期T內(nèi)控制參數(shù)Kp的計(jì)算(框114)。
以上涉及到的參數(shù)A、Bmax、Bmin、Kpmax、Kpmin，可以根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)確定。其中，Bmax＞Bmin，Kpmax＞、Kpmin。
權(quán)利要求
1.一種基于自學(xué)習(xí)控制的PID控制方法，其特征在于，根據(jù)識(shí)別UPS是線性負(fù)載還是非線性負(fù)載，調(diào)整自學(xué)習(xí)控制參數(shù)Kp。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，所述調(diào)整自學(xué)習(xí)控制參數(shù)Kp包括以下步驟如果檢測(cè)出是線性負(fù)載，減小比例控制器的Kp參數(shù)；如果檢測(cè)出是非線性負(fù)載，增大比例控制器的Kp參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，包括以下步驟計(jì)算輸出電壓誤差E用參考電壓Vref減去輸出電壓Vo，得出輸出電壓誤差E；采樣信號(hào)并根據(jù)自學(xué)習(xí)控制算法，計(jì)算PID控制器的比例調(diào)節(jié)器參數(shù)Kp；計(jì)算逆變器的控制量Vi以Kp作為PID的比例調(diào)節(jié)器參數(shù)，對(duì)計(jì)算輸出電壓誤差E進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，得出控制量Vi。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述方法，其特征在于，所述采樣信號(hào)并根據(jù)自學(xué)習(xí)控制算法，計(jì)算PID控制器的比例調(diào)節(jié)器參數(shù)Kp包括以下步驟a、計(jì)算輸出電壓誤差E的絕對(duì)值|E|；b、比較輸出電壓誤差|E|與誤差參考值A(chǔ)，如果|E|＞A，則取Xi＝|E|-A；c、計(jì)算一個(gè)工頻周期T內(nèi)，Xi的累加值X＝∑Xi＝∑(|E|-A)；d、根據(jù)X的大小，調(diào)整比例調(diào)節(jié)器參數(shù)Kp如果X＞＝Bmax，則 Kp＝Kp＋(Kpmax-Kpmin)/100；如果X＜＝Bmin，則Kp＝Kp-(Kpmax-Kpmin)/100。e、校正PID的比例調(diào)節(jié)器參數(shù)Kp如果Kp＞＝Kpmax，則Kp＝Kpmax；如果Kp＜＝Kpmin，則Kp＝Kpmin。其中的參數(shù)A、Bmax、Bmin、Kpmax、Kpmin等，可以根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)確定，其中Bmax＞Bmin、Kpmax＞Kpmin。
5.一種不間斷電源UPS，其特征在于所述UPS中的逆變器采用基于自學(xué)習(xí)控制的PID控制方法的控制器，包括減法器用于將輸入的參考電壓Vref和輸出電壓Vo相減產(chǎn)生輸出電壓誤差E；采樣器用于采樣輸出電壓誤差E的絕對(duì)值|E|；自學(xué)習(xí)控制器將采樣器輸出的輸出電壓誤差的絕對(duì)值|E|作為輸入量，計(jì)算PID的比例調(diào)節(jié)器參數(shù)Kp；線性PID控制器將所述自學(xué)習(xí)控制器輸出的Kp作為PID的比例調(diào)節(jié)器參數(shù)，對(duì)輸入的輸出電壓誤差E進(jìn)行線性PID控制，產(chǎn)生逆變器的控制量Vi。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述不間斷電源，其特征在于，所述自學(xué)習(xí)控制器包括工頻周期計(jì)時(shí)器用于提供工頻周期計(jì)時(shí)信號(hào)；輸出電壓誤差計(jì)算裝置用于計(jì)算輸出電壓誤差E的絕對(duì)值|E|；比較計(jì)算器用于將輸出電壓誤差E絕對(duì)值與誤差參考值A(chǔ)進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果計(jì)算累加值Xi，如果|E|＞A，則Xi＝|E|-A；累加值X計(jì)算器用于在所述工頻周期計(jì)時(shí)器確定的一個(gè)工頻周期T內(nèi)，根據(jù)所述比較計(jì)算器的輸出，計(jì)算Xi的累加值X＝∑Xi＝∑(|E|-A)；參數(shù)Kp第一調(diào)整器，用于根據(jù)所述累加值Xi工頻周期計(jì)算器輸出的累加值X的大小，調(diào)整比例調(diào)節(jié)器參數(shù)Kp如果X＞＝Bmax，則Kp＝Kp＋(Kpmax-Kpmin)/100；如果X＜＝Bmin，則Kp＝Kp-(Kpmax-Kpmin)/100；參數(shù)Kp第二調(diào)整器，根據(jù)所述參數(shù)Kp第一調(diào)整器輸出的參數(shù)Kp進(jìn)行邊界調(diào)整，如果Kp＞＝Kpmax，則Kp＝Kpmax；如果Kp＜＝Kpmin，則Kp＝Kpmin。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述UPS，其特征在于，所述減法器、采樣器、自學(xué)習(xí)控制器包含在一個(gè)微處理器器或DSP中。
全文摘要
一種基于自學(xué)習(xí)控制的UPS的數(shù)字控制方法和利用這種數(shù)字控制方法控制的UPS,根據(jù)輸出電壓誤差E及對(duì)信號(hào)的采樣,按照自學(xué)習(xí)控制算法計(jì)算PID控制器的比例調(diào)節(jié)器參數(shù)Kp;如果檢測(cè)出是線性負(fù)載,減小比例控制器的Kp參數(shù);如果檢測(cè)出是非線性負(fù)載,增大比例控制器的Kp參數(shù),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)逆變器的輸出電壓波形的控制,使應(yīng)用這種數(shù)字控制方法控制的UPS具有成本低、性能可靠的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02M7/00GK1329391SQ0011718
公開(kāi)日2002年1月2日 申請(qǐng)日期2000年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月15日
發(fā)明者孫文煥, 周黨生, 張?jiān)葡?申請(qǐng)人:深圳市華為電氣技術(shù)有限公司