[发明专利]一种限制钢轨电压的直流电子负载三闭环控制方法

摘要

一种限制钢轨电压的直流电子负载三闭环控制方法，包括对非隔离型直流降压电子负载装置进行三闭环控制，最外环为通过变步长扰动控制算法对钢轨电压进行调节，中间环为Buck变换器输出电压控制，内环为电感电流控制；本发明在钢轨上增加了对钢轨能量进行消耗的电子负载装置，通过电子负载装置的三闭环控制，在额定功率条件下，实现电子负载装置的等效输入电阻R阻值的无级调节，以此来消耗钢轨末端能量，降低源端电压，实现末端电压对源端电压的控制，并将源端电压稳定到安全值上。本发明采用的控制方式能够有效控制钢轨上能量的输出，通过等效电阻对源端能量的消耗，实现钢轨电压控制，使钢轨电压以最优速率逼近参考值并维持在安全范围内。

主权项

1.一种限制钢轨电压的直流电子负载三闭环控制方法，其特征在于，包括对非隔离型直流降压电子负载装置进行三闭环控制，最外环为通过变步长扰动控制算法对钢轨电压进行调节，中间环为Buck变换器输出电压控制，内环为电感电流控制；具体包括以下步骤：步骤一：对钢轨电压进行采样，获得钢轨电压瞬时值，并计算得到一个开关周期内的钢轨电压的平均值；步骤二：建立非隔离型直流Buck变换器的数学模型，通过拉式变换得到功率开关占空比信号到变换器输出电压的复频域传递函数；步骤三：将钢轨电压的平均值与设定安全电压值进行比较，并根据电子负载装置的等效输入电阻R与钢轨电压的关系，确定电子负载装置的等效输入电阻R阻值的改变方向；若钢轨电压的平均值小于设定安全电压值，则降低Buck变换器电路输出电压参考值，等效增大电子负载装置的等效输入电阻R的阻值；反之，当钢轨电压的平均值大于设定安全电压值，则提高Buck变换器电路输出电压参考值，等效减小电子负载装置的等效输入电阻R的阻值；步骤四：将固定步长ΔU作为扰动，叠加在Buck变换器中环参考信号上，用于调节变换器直流输出电压；步骤五：U(k+1)和U(k)分别为当前时刻和上一时刻的电压值，当U(k)<U(k+1)，说明当前时刻电子负载工作点位于R₀右侧，此时在Buck变换器中间环参考信号上继续叠加ΔU；当U(k)>U(k+1)且U(k+1)>U(0)时，则说明当前时刻点电子负载工作点位于R₁到R₀之间，此时在Buck变换器中间环参考信号上继续叠加ΔU；当U(k)>U(k+1)且U(k+1)<U(0)时，则说明当前时刻电子负载工作点位于R₁左侧，此时在Buck变换器中间环参考信号上叠加μΔU；当U(k)>U(k+1)且U(k+1)<60V时；则说明钢轨电压在设定安全电压值以下，此时在Buck变换器中间环参考信号上减去μΔU，将钢轨电压稳定在设定安全电压值上；步骤六：将Buck变换器输出端电压反馈值与加入扰动的参考电压值进行比较，差值送入PI调节器后得到电感电流参考信号，将该参考信号与电感电流反馈值再进行对比，差值经过PI调节器调节得到占空比d；通过改变占空比d调节Buck变换器末端功率，控制输入端的电压，将输入端电压即钢轨电压维持在安全范围内。