[发明专利]一种高压直流电源的宽范围调压和稳压控制系统

说明书

本发明属于高压直流电源相关设备领域，并公开了一种高压直流电源的宽范围调压和稳压控制系统，其包括被控对象，采样模块，控制模块和信号变换模块，其中对被控对象和控制模块的具体组成结构及工作算法等多个方面做出优化设计。通过本发明，可通过数字控制实现输出电压从几百伏到数千伏范围的连续调压，同时整体电压控制不依赖系统的精确模型，输出电压精度高，且系统的动态响应性、稳定性和鲁棒性高；相应有效解决了现有的宽范围调压需通过复杂电路拓扑才能实现的困境，弥补了现有高压直流电源稳压控制方案的低精度和低鲁棒性的不足。

技术领域

本发明属于高压直流电源相关设备领域，更具体地，涉及一种高压直流电源的宽范围调压和稳压控制系统。

背景技术

高压直流电源在许多领域中发挥着重大作用，如军事领域的雷达发射器，研究领域的等离子体物理设备，医疗领域的X光机和CT机，工业领域的静电喷涂和静电纺丝等都有高发直流电源的身影。高压直流电源通过几十年的发展，目前已经到数字化控制阶段，即通过单一的数字芯片实现高压直流电源系统的整体控制。

目前，由于工况要求，需要高压直流电源能够从几百伏到几千伏的宽范围连续调压，且保证输出电压稳定和高精度，因此近年来，国内外在高压直流电源的宽范围调压拓扑和稳压控制方案上进行了一些研究。例如，在调压拓扑上，CN200710124704.X公布了一种宽范围调压电路及宽范围实现方法，其通过降压型变换器和升压型变换器的有效结合来拓宽调压范围；在稳压控制方案上，CN201510996778.7公布了一种DC-AC逆变器离散控制和预测控制方法，其通过建立能够体现逆变器混杂特性的离散时间状态空间模型，解决了传统控制方案中忽略PWM脉宽周期内系统动态行为的缺点，为预测控制方案设计提供模型基础。

然而，进一步的研究表明，上述现有技术仍然具备以下的缺陷或不足：首先，目前在宽范围调压实现的过程中，大多基于模拟调压进行拓扑创新研究，从而来实现更宽范围的调压，这样的实现方法复杂且调压范围有限。；其次，在输出电压稳压控制方面，基于传统的PID控制的数字高压直流电源，其在控制参数整定过程中对系统建模的精确性要求高，由于系统组成复杂，很难建立准确描述系统的数学模型，又基于开关电源技术的高压直流电源系统的非线性、系统元件参数的波动、负载和输入电压的变化等会导致PID控制器的控制不准确；最后，由于系统的操作环境、输入电压范围等都会随机切换，固定的PID控制参数很难适应环境的变化，系统鲁棒性不高。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种高压直流电源的宽范围调压和稳压控制系统，其中通过对该系统的整体电路组成以及关键组成元件如控制模块等的具体组成构造及算法机理等方面作出改进，相应能够通过数字控制实现高压直流电源系统宽范围调压，其在单一数字芯片控制下，实现输出电压从几百到数千伏的连续调节，同时在输出电压稳压控制上不依赖系统的精确模型，保证输出电压高精度和系统的高稳定性、高动态响应性和鲁棒性。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种高压直流电源的宽范围调压和稳压控制系统，该系统包括被控对象、采样模块、控制模块和信号变换模块，其特征在于：

所述被控对象包括依次电路相连的全桥逆变谐振变换器、全桥母线电压控制器、变压器和倍压整流器，其用于输入电压Uin，最后输出高压直流电Uo；

所述采样模块包括高压信号到低压信号的变换隔离电路，并用于对所述倍压整流器获取高压输出信号，然后输出为低幅值的采样信号；