[发明专利]基于数字式delta-sigma与PID的双环控制方法及高精度交流电流源

权利要求书

1.一种基于数字式delta-sigma与PID的双环控制方法，其特征在于，包括：

S1′，对待调节电路目标采样点处的信号依次进行采样、解码及数字PID调节后输出；

S2′，对所述待调节电路目标采样点处的信号进行delta-sigma型AD采样以得到单比特的数据流，当所述数据流的位数达到M位时，对所述M位数据流进行滤波解码以得到一有效数据点，之后每采样得到一数据流时，对当前最新采样得到的M位数据流进行滤波解码，得到相应的有效数据点，M为解码所需数据流的位数；

S3′，对各所述有效数据点与数字PID调节后输出的信号之间的差值进行积分、量化以转化为控制信号；

S4′，根据所述控制信号控制所述待调节电路，使得所述目标采样点处的信号等于预期信号；

其中，所述S1′之前还包括：

将数字式delta-sigma控制模型中的注入噪声源替换为0到+∞范围内变化的可变增益λ，并基于替换后的模型建立所述待调节电路的传递函数；

计算所述传递函数对应的特征方程，并根据所述特征方程中可变增益λ的变化计算绘制所述特征方程的根轨迹；

调节PID控制模型中的比例参数、积分参数和微分参数，直至所述特征方程的根轨迹中仅有一条非对称的根轨迹沿着可变增益λ减小的方向穿越虚轴一次；

所述S1′中基于最后一次调节得到的比例参数、积分参数和微分参数进行数字PID调节。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特征方程为：

其中，L为所述待调节电路中滤波电感的电感值，C为所述待调节电路中滤波电容的电容值，r为所述待调节电路中的综合阻尼，K为所述待调节电路与积分器的等效增益，T₁为积分量化与逆变环节的时延，T₂为反馈通道的时延，k_fb为反馈通道的增益，k_p、k_i和k_d分别为所述比例参数、积分参数和微分参数。

3.一种基于数字式delta-sigma与PID双环控制的电流源，其特征在于，包括：

逆变电路(1)，输出端依次连接有LC滤波器和负载，所述负载通过采样电阻连接至地，所述LC滤波器用于对所述逆变电路(1)输出端的电流信号进行LC滤波，所述采样电阻用于将LC滤波后所述负载上的电流信号转化为电压信号；

PID外环控制模块(2)，连接所述采样电阻与负载的连接点，用于对所述电压信号依次进行采样、隔离解码和数字PID调节后输出；

数字式delta-sigma内环控制模块(3)，连接所述逆变电路(1)的桥臂中点和所述PID外环控制模块(2)的输出端，用于对所述桥臂中点的电压信号进行delta-sigma型AD采样以得到单比特的数据流，当所述数据流的位数达到M位时，对所述M位数据流进行滤波解码以得到一有效数据点，之后每采样得到一数据流时，对当前最新采样得到的M位数据流进行滤波解码，得到相应的有效数据点，M为解码所需数据流的位数，以及用于对所述PID外环控制模块(2)输出的信号与各所述有效数据点之间的差值进行积分、量化以转化为驱动信号，以驱动所述逆变电路(1)中的开关管，使得所述逆变电路(1)输出的交流电流等于目标交流电流；

其中，所述PID外环控制模块(2)还用于将数字式delta-sigma控制模型中的注入噪声源替换为0到+∞范围内变化的可变增益λ，并基于替换后的模型建立待调节电路的传递函数；计算所述传递函数对应的特征方程，并根据所述特征方程中可变增益λ的变化计算绘制所述特征方程的根轨迹；调节PID控制模型中的比例参数、积分参数和微分参数，直至所述特征方程的根轨迹中仅有一条非对称的根轨迹沿着可变增益λ减小的方向穿越虚轴一次；并基于最后一次调节得到的比例参数、积分参数和微分参数进行数字PID调节。

4.如权利要求3所述的电流源，其特征在于，还包括RC滤波器，所述桥臂中点通过所述RC滤波器连接至地；所述数字式delta-sigma内环控制模块(3)用于对经过分压与RC滤波后的桥臂中点电压信号进行delta-sigma型AD采样。

5.如权利要求3所述的电流源，其特征在于，所述采样电阻并联设置有陶瓷电容。