[发明专利]基于有限状态机的采样保持控制策略的实现方法

说明书

本发明公开了一种基于有限状态机的采样保持控制策略的实现方法，属于电流调制领域。确定有限状态机采样保持控制策略的各工作状态；依据采样保持控制策略的原理，确定各工作状态之间的转换顺序及转换条件；根据各工作状态之间的转换顺序及条件，确定设计有限状态机的输入和输出信号；仿真验证分析设计有限状态机各工作状态的转换顺序和时机是否与设定相符；依据验证后的有限状态机的输入和输出信号设计硬件电路。本发明易于理解、实现和修正，控制更加便捷；若要对调制方式、电路功能等进行增加与完善，可以在原有有限状态机的基础上修改状态或状态转换条件即可，其拓展性能强，无需进行重新设计，可扩展性强，提高了实现效率。

技术领域

本发明涉及一种采样保持控制策略的实现方法，具体讲是一种基于有限状态机的采样保持控制策略的实现方法，属于电流调制领域。

背景技术

磁悬浮轴承（简称磁轴承）利用可控电磁力对转子各自由度的位移进行控制，实现对转子的悬浮定位，因而具有低摩擦、低损耗、高转速、无需润滑等优点。在磁轴承的控制系统中，开关型功率放大器（简称开关功放）的作用就是将控制信号转换成线圈中具有驱动能力的电流信号，在磁轴承控制系统中属于执行机构，起着关键作用。除磁轴承铁心外，磁轴承系统的主要损耗由开关功放产生，其引入电流振荡的固有特点是引起损耗的主要原因，因此降低电流振荡是磁轴承开关功放设计中的关键问题之一。

经研究发现，电流三态调制技术能够很好地满足磁轴承系统对开关功放的要求，其中包括有三态脉宽调制（PWM）、三态滞环比较、三态采样保持等诸多控制策略。采用采样保持策略的开关功放具有控制简单、动态响应快、频带宽、受负载影响小等优点，能够很好地适用于磁轴承控制系统。当然，由于采样保持控制策略为电流调制的一种方式，因此也可以广泛应用在诸多电流调制的电力电子功率变换器中。

三态调制的采样保持控制策略是一种逐周期调整的控制方法，目的在于控制实际电流实时跟踪给定信号，其原理是：在每个采样时钟的上升沿，采样保持器检测电流跟踪误差的极性，触发相应的功率器件，此时开关功放处于储能状态（充电）或能量回馈状态（放电）来跟踪给定信号，这种状态一直持续到下一个误差极性信号跳变的产生或本周期的结束；若在同一个周期内误差极性已经跳变，则开关功放切换到能量续流状态。以往，实现该调制过程的方法是通过两级D触发器以及组合逻辑电路来实现的，虽然大量的实践证明了该方法的有效性，但是由于时序逻辑与组合逻辑相结合的电路复杂性，使得电路工作原理不易理解；且在此基础上若想对调制方式进行改进或对电路功能进行增加与完善，则变得极为复杂，甚至可能需要推翻原有的电路结构进行重新设计，这将大大增加控制系统设计的复杂性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种结构原理简单、实现容易，可扩展性强的基于有限状态机的采样保持控制策略的实现方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的基于有限状态机的采样保持控制策略的实现方法，包括以下步骤：

1）确定基于有限状态机的采样保持控制策略的各工作状态，所述工作状态包括正、反向的充电、续流和放电；

2）依据采样保持控制策略的原理，确定各工作状态之间的转换顺序与转换条件；

3）根据步骤2）确定的各工作状态之间的转换顺序及条件，确定有限状态机的输入和输出信号；

4）仿真验证分析有限状态机各工作状态的转换顺序和时机是否与设定相符；若相符则进行下一步，若不符则重复执行步骤1）至步骤4）进行修正；

5）依据步骤4）验证后的有限状态机的输入和输出信号设计硬件电路。

上述步骤2）的具体过程为：