本發(fā)明涉及一種數(shù)字化拋物線電流控制器及其控制方法。

背景技術：

現(xiàn)有通常使用數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)產(chǎn)生拋物線，但是該方法對DAC的速度和精度要求很高，相應的硬件成本也高；要產(chǎn)生平滑的拋物線，對DAC數(shù)據(jù)更新速度的要求較高，這對控制器的要求也相應較高；此外還需要精度和速度較高的比較器和用來產(chǎn)生開關信號及死區(qū)的邏輯器件，這些都增加了拋物線電流控制器的成本。

因此，現(xiàn)在急需一種能夠產(chǎn)生平滑拋物線、低成本、高精度控制的拋物線電流控制器。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種數(shù)字化拋物線電流控制器及其控制方法，本發(fā)明將采樣到的電流減去參考信號得到誤差信號，通過計算得到下一開關時刻，能夠減少對數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器更新速度的而依賴，同時降低對控制器的要求，有效地降低了拋物線電流控制器的成本，同時增強了產(chǎn)生的拋物線的平滑度。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：

一種數(shù)字化拋物線電流控制器，包括變換器、模擬量采樣及調(diào)理電路、控制器和數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器，其中，所述變換器輸出的負載電流經(jīng)過模擬量采樣及調(diào)理電路進行采集與調(diào)理，轉(zhuǎn)化為模擬信號，所述數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，控制器將數(shù)字信號與參考信號做差后得到誤差信號，依據(jù)其計算變換器的下一個開關時刻，將控制器的定時器清零，并相應的改變開關狀態(tài)。

所述變換器為電壓型變換器。

所述控制器為DSP控制器。

優(yōu)選的，所述數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器為DSP控制器自帶的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器。

所述DSP控制器包括數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、EPWM模塊和定時器，其中定制器連接外部晶振，所述EPWM模塊向變換器輸送開關信號。

所述變換器包括串聯(lián)的第一開關和第二開關，所述第一開關和第二開關的中點通過電感連接模擬量采樣及調(diào)理電路。

一種數(shù)字化拋物線電流控制方法，包括以下步驟：

采集負載電流，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后減去參考信號之后得到誤差信號，使用計算補償和采樣點表達數(shù)字化拋物線載波，結合誤差信號計算電流上升和下降階段的電流誤差，控制開關狀態(tài)改變改變電流值，得到下一個開關時刻，同時定時器清零，相應地改變開關狀態(tài)。

所述方法中，將每個采樣周期離散化到各個采樣點的值，其與計算步長有關，利用采樣點數(shù)目、計算步長表達數(shù)字化拋物線載波。

所述方法中，在電流上升階段，確定電流與正的拋物線確定相交時刻。

在電流下降階段，確定負的拋物線相交時刻。

當電流誤差大于零時，改變開關狀態(tài)讓電流減小，確定負的拋物線相交時刻，在該時刻判斷電流誤差，改變開關狀態(tài)的同時為定時器清零，確定與正拋物線的相交時刻，再次判斷電流誤差，同時定時器清零，相應地改變開關狀態(tài)，如此反復。

本發(fā)明的有益效果為：

(1)只需要采用控制器自帶的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、模數(shù)變換器就可以實現(xiàn)拋物線電流控制，無需外設數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、模數(shù)變換器、比較器、邏輯器件，大大降低了拋物線電流控制器的成本；

(2)采用外設數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器、模數(shù)變換器、比較器、邏輯器件來實現(xiàn)此控制，每一環(huán)節(jié)都存在大量的控制延時，本發(fā)明對此進行了優(yōu)化。

(3)該方法能避免對模擬外設更新?lián)Q代的速度的依賴，數(shù)字離散度越高，生成的拋物線越平滑。

附圖說明

圖1為數(shù)字化拋物線電流控制的系統(tǒng)簡化圖。

圖2為數(shù)字化拋物線電流控制的原理圖。

圖3為數(shù)字化拋物線電流控制的主流程圖；

圖4為數(shù)字化拋物線電流控制的Epwm1中斷處理流程圖；

圖5為數(shù)字化拋物線電流控制的ADC中斷處理流程圖。

圖中1電壓型變換器、2電感、3電源或負載、4模擬量采樣調(diào)理單元、5DSP控制器、6外部晶振、7開關信號、5-1ADC模塊、5-2EPWM模塊、5-3時鐘模塊。

具體實施方式：

下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1所示，一種數(shù)字化拋物線電流控制器，采用依次串聯(lián)的電壓型變換器、電感、電源或負載、模擬量采樣調(diào)理單元、DSP控制器組成。其步驟包括：負載電流經(jīng)過模擬量采樣及調(diào)理電路，轉(zhuǎn)換成DSP能夠處理的模擬信號；經(jīng)過DSP上自帶的ADC，將負載電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；該數(shù)字信號減去參考信號之后得到誤差信號，送入數(shù)字化拋物線電流控制器與數(shù)字化拋物線載波進行比較，相交時刻即為下一個開關時刻，同時定時器清零，相應地改變開關狀態(tài)，如此反復。

先進行符號說明：

T^*：開關周期；t：連續(xù)時間；n：采樣點；delt：計算步長；N：開關周期對應的采樣點數(shù)。

U_p：正母線電壓；U_n：負母線電壓；L：變換器端口串聯(lián)電感；f_pa(n·delt)：采樣點n對應的拋物線函數(shù)值。

在進行數(shù)字化控制時，需要將t離散化到各個采樣點n的值，這是跟計算步長delt(即系統(tǒng)時鐘)有關系的，所以在DSP控制時，t＝n·delt，而且T^*＝N·delt。

數(shù)字化拋物線載波表達式為：

$f_{pq}(n\·delt)=\frac{(U_p-U_n)\·N\·delt}{2L}\[\frac{n}{N}-{\left(\frac{n}{N}\right)}^2\]=A_{mp}\·delt\[\frac{n}{N}-{\left(\frac{n}{N}\right)}^2\]$

其中：

1)電流上升階段，數(shù)字化電流誤差δ(n·delt)的表達式為：

${\mathrm{\δ}}_p(n\·delt)=k_{up}\·n\·delt+\frac{{\mathrm{\δ}}_{p0}}{delt}\·delt$

式中δ_p0表示電流上升階段結束時的電流誤差。

在電感電流上升階段，應與正的拋物線比較確定相交時刻n，即解下列方程：

$\frac{(U_p-U_n)\·N}{2L}\[\frac{n}{N}-{\left(\frac{n}{N}\right)}^2\]=k_{up}\·n+\frac{{\mathrm{\δ}}_{p0}}{delt}---\left(1\right)$

2)電流下降階段，數(shù)字化電流誤差δ(n·delt)的表達式為：

${\mathrm{\δ}}_n(n\·delt)=k_{dn}\·n\·delt+\frac{{\mathrm{\δ}}_{n0}}{delt}\·delt$

式中δ_n0表示電流下降階段結束時的電流誤差。

在電感電流下降階段，應與負的拋物線比較確定相交時刻，即解下列方程：

$-\frac{(U_p-U_n)\·N}{2L}\[\frac{n}{N}-{\left(\frac{n}{N}\right)}^2\]=k_{dn}\·n+\frac{{\mathrm{\δ}}_{n0}}{delt}---\left(2\right)$

數(shù)字化拋物線電流控制的原理圖如圖2所示。在a時刻，電流誤差δ＝δ_pp＞0，應改變開關狀態(tài)讓電流減小，并利用式(2)計算出相交時刻b，在b時刻判斷電流誤差(圖中δ＝δ_np＜0)，改變開關狀態(tài)的同時為定時器清零，然后利用式(1)確定出下一個相交時刻c，再次判斷電流誤差，同時定時器清零，相應地改變開關狀態(tài)，如此反復。這里計算出來的相交時刻即為需要實時更新的EPWM周期寄存器的值。

圖3-圖5為數(shù)字化拋物線電流控制的流程圖。主流程主要是對系統(tǒng)進行各種初始化配置。包括設置系統(tǒng)時鐘、端口初始化、配置EPWW和ADC，使能EPWM、ADC中斷。每一次的開關狀態(tài)改變系統(tǒng)都會進入EPWM中斷處理子流程，將計數(shù)器重新清零，同時啟動ADC轉(zhuǎn)換。并且根據(jù)數(shù)字化拋物線電流控制器計算出來的開關時刻設置周期寄存器的值，達到計數(shù)周期后，再次改變開關狀態(tài)，如此反復。

上述雖然結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發(fā)明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。