專利名稱：使用帶非線性過程模型的非線性△∑調節(jié)器的控制系統(tǒng)的制作方法
使用帶非線性過程模型的非線性AZ調節(jié)器的控制系統(tǒng)優(yōu)先4又要求和相關專利申請本專利申請要求依據35 U.S.C. § 119(e)和37 C.F.R. § 1.78 享有2007年5月2日遞交名為"功率因數校正(PFC)控制器裝 置和方法"的60/915,547號美國臨時專利申請的權益，其通過引用 #皮整體納入本專利申i青。技術領域一肩殳來i兌，本發(fā)明涉及信號處理領域，更具體地講，本發(fā)明涉 及使用非線性AZ調節(jié)器的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用非線性反饋模型 模擬非線性過程。
背景技術：
許多電子系統(tǒng)使用非線性過程產生輸出信號。例如，伺服控制系統(tǒng)和 功率轉換系統(tǒng)等設備系統(tǒng)經常使用非線性過程。功率轉換系統(tǒng)通常使用開 關功率轉換器將交流(AC)電壓轉換為直流(DC)電壓或進行DC至 DC轉換。開關功率轉換器通常包括一個非線性能量傳遞過程，向負載提 供經過功率因數校正的能量。圖1所示為一臺設備和控制系統(tǒng)100，它包括有一個開關功率轉換 器102和一臺設備104。例如，設備104是一個伺服控制系統(tǒng)或一個供 電系統(tǒng)。開關功率轉換器102向負載112提供恒壓電源。開關功率轉換器102按照非線性過程在斷續(xù)電流模式下工作。 一個全二極管橋式整流 器103對交流電源101提供的交流電壓Vin(t)進行整流，產生經過整流的時變輸入電壓Vx(t)。開關功率轉換器102的開關108調節(jié)經整流的 時變輸入電壓Vx(t)通過電感器110到電容器106的能量傳遞。峰值輸 入電流iin與開關108的'接通時間，成正比，而傳遞的能量與'接通時間， 的平方成正比。因此，能量傳遞過程是非線性過程的一個實施例。在至少 一個實施例中，控制信號Cs是一個脈沖寬度調制信號，而開關108是 一個n-通道場效應晶體管，當Cs的脈沖寬度處于高電平時導通。此外， 開關108的'接通時間，是由控制信號Cs的脈沖寬度決定的。因此，傳遞 的能量與控制信號Cs的脈沖寬度的平方成正比。二極管111防止反向 電流流進電感器110。從電感器110傳遞來的能量儲存在電容器106 中。向負載112提供電流時，電容器106的電容足以保持大致恒定的電 壓Vc 。在至少一個實施例中，開關功率轉換器102是一種升壓型轉換 器，即電壓Vc比峰值輸入電壓Vx(t)大。設備和控制系統(tǒng)100還包括一個開關狀態(tài)控制器114。開關狀態(tài)控 制器114產生控制信號Cs，其目的是使用開關功率轉換器102將所需 的能量傳遞到電容器106,進而傳遞到負載112上。所需的能量取決于 負載112的電壓和電流要求。為了使功率因數校正接近1，開關狀態(tài)控 制器114設法控制輸入電流iin,使輸入電流iin能夠追蹤到輸入電壓 Vx(t)的變化，而同時保持電容器電壓Vc的恒定。能量從電感器110傳遞到電容器106的過程即為一個非線性過程。 峰值輸入電流iin與控制信號Cs (即開關108的'接通，(導通)時間) 的脈沖寬度成正比，而傳遞到電容器106的能量與控制信號Cs的脈沖 寬度的平方成正比，與控制信號Cs的周期成反比。因此能量在電感器 110和電容器106之間的傳遞過程本來就是非線性的。由于開關功率轉 換器102的能量傳遞過程是非線性的，產生保持功率校正、效率和穩(wěn)定 輸出功率的控制信號Cs自然就更為困難。發(fā)明內容在本發(fā)明的 一個實施例中，信號處理系統(tǒng)包括一個非線性Ai:調節(jié)器。 該非線性Ai:調節(jié)器包括一個環(huán)路濾波器、 一個與環(huán)路濾波器耦合的量化 器以及一個在環(huán)路濾波器和量化器之間耦合的反饋通道，其中反饋通道包 括一個非線性反饋模型，該模型模擬了功率因數校正電路非線性過程的非 線性。在本發(fā)明的另一個實施例中， 一種信號處理方法使用了非線性Ai:調 節(jié)器來模擬非線性系統(tǒng)過程的非線性，該方法包括量化器輸出信號的生 成。該方法還包括將非線性函數應用到非線性Ai:調節(jié)器反饋回路中的量 化器輸出信號，以產生反^t信號，其中非線性函凄M莫擬非線性過程的非線 性，并將反饋信號與非線性Ai;調節(jié)器的輸入信號結合起來，產生一個差 值信號。在本發(fā)明的另一個實施例中， 一個包括非線性Ai:調節(jié)器的控制系統(tǒng) 向非線性設備提供控制信號，而非線性設備在其中產生一個響應信號，對此控制信號進行響應。該非線性AZ調節(jié)器包括一個環(huán)路濾波器、 一個與環(huán)路濾波器耦合的量化器以及一個在環(huán)路濾波器和量化器之間耦合的反 饋通道，其中反饋通道包括一個非線性反饋模型，該模型模擬非線性設備 的非線性設備過程的非線性。在運行時，該非線性Ai:調節(jié)器產生一個量 化器輸出信號，至少控制該控制信號的一個信號方式，而且非線性Ai:調 節(jié)器在響應信號的頻譜范圍進行噪聲整形。在本發(fā)明的另 一個實施例中， 一種控制非線性過程的方法包括輸入信 號的接收，在該控制方法中，非線性過程產生一個響應控制系統(tǒng)所產生的控制信號的輸出信號。該方法還包括通過非線性AZ調節(jié)器對輸入信號進行頻譜整形，將噪聲移出非線性過程輸出信號的基本頻帶，并且產生一個非線性Aj;調節(jié)器輸出信號，其數值表示輸入信號的頻譜整形。該方法還包括使用非線性Ai:調節(jié)器輸出信號來產生控制信號。


參考附圖可以更好地理解本發(fā)明，還可以使熟悉該技術領域者明白本 發(fā)明的各種目的、特征和優(yōu)點。在這些附圖中使用相同參考號代表相同或 相似要素。圖1 (標為先前技術)所示為 一個帶有功率因數校正級的開關功率轉換器。圖2所示為一個帶有非線性Ai:調節(jié)器的非線性系統(tǒng)。圖3所示為一個非線性AZ調節(jié)器。 圖4所示為一臺設備和控制系統(tǒng)。 圖5所示為一個開關狀態(tài)控制器。圖6所示為一個帶有平方非線性系統(tǒng)反饋模型的非線性Ai:調節(jié)器。 圖7所示為一個模擬非線性Ai:調節(jié)器的程序。圖8所示為開關狀態(tài)控制器輸入信號隨時間變化的曲線圖。圖9所示為非線性AZ調節(jié)器輸出信號隨時間變化的曲線圖。 圖10所示為設備能量傳遞隨時間變化的曲線。
具體實施方式
控制系統(tǒng)包括一個非線性Ai:調節(jié)器，而此非線性Ai:調節(jié)器包括一個 非線性過程模型，用于模擬諸如非線性設備等信號處理系統(tǒng)中的非線性過程。該非線性AZ調節(jié)器產生一個或多個信號，例如可用于控制非線性過程。常規(guī)的Az調節(jié)器對A2:調節(jié)器的輸出進行頻譜整形，將噪聲移出厶i:調節(jié)器輸出信號的基本頻帶，而不是在非線性過程響應信號的頻譜范圍進行噪聲頻譜整形。在至少一個實施例中，該非線性Ai:調節(jié)器包括一個反饋 模型，用于模擬受控的非線性過程，并且便于進行頻譜整形，將噪聲移出 非線性過程響應信號的頻譜范圍中的基本頻帶。在至少一個實施例中，該非線性Ai;調節(jié)器屬于控制開關功率轉換器 功率因數^f交正和輸出電壓的控制系統(tǒng)的一部分。在至少一個實施例中，該 開關功率轉換器包括一個調節(jié)能量從功率因數校正級傳遞到負載以及調 節(jié)開關功率轉換器輸出電壓的開關。該開關的導通性受到一個由控制系統(tǒng) 產生的脈沖寬度調制控制信號的控制，該控制系統(tǒng)包括一個非線性Ai:調 節(jié)器。該控制系統(tǒng)對控制功率因凝^交正和輸出電壓水平的控制信號的脈沖 寬度和周期進行控制。在至少一個實施例中，該非線性Ai:調節(jié)器產生一 個信號以對控制信號的脈沖寬度進行控制，而另 一個子系統(tǒng)產生一個信號 對控制信號的周期進行控制。圖2所示為一臺設備和控制系統(tǒng)200。該設備和控制系統(tǒng)200包括 控制系統(tǒng)202和設備206?？刂葡到y(tǒng)202產生一個控制信號Cs控制設 備206的非線性過程204。為了響應控制信號Cs,該非線性過程204產 生一個響應信號Rs。在至少一個實施例中，該非線性過程204是一個平 方函數。例如，在至少一個實施例中，設備206是一個功率轉換器，而 非線性過程204代表從輸入級到負載210的一個能量傳遞過程。負載 212可以是任何負載，且包括另一個功率傳遞級。控制系統(tǒng)202包括一 個非線性AZ調節(jié)器208,而該非線性Ai:調節(jié)器208包括一個非線性模型 210對非線性過程204的非線性進行才莫擬。如下文詳述，控制系統(tǒng)202 使用非線性Ai;調節(jié)器208產生控制信號Cs。在至少一個實施例中，控制系統(tǒng)202產生控制信號Cs，使響應信號 Rs的頻鐠進行噪聲整形，即噪聲從響應信號Rs的基本頻帶移出并進入 帶外頻譜。許多設備具有固有的低通頻率響應。因此，噪聲整形去除低頻噪聲并防止噪聲轉為控制信號Cs的一部分。將噪聲移出響應信號Rs的
基本頻帶可從響應信號Rs消除不必要的信號，該信號可以對負載212 的運行產生不良影響和/或寄生耦合到設備206的其它電路中。非線性 過程模型210通過模擬非線性過程204,有利于響應信號Rs的噪聲整 形。
圖3所示為非線性A^調節(jié)器300,是非線性Ai;調節(jié)器208的一個 實施例。非線性AZ調節(jié)器300在非線性AZ調節(jié)器300的反饋通道304 中包括一個'非線性系統(tǒng)，反饋模型302。反饋模型302模擬非線性過程 204的非線性。在至少一個實施例中，反饋模型302用f(x)表示。非線 性Ai;調節(jié)器輸出信號y(n)經過延時306反饋，而反饋模型302按照 f(y(n-l))處理延時的量化器輸出信號y(n-1)。并合器308確定代表反饋 模型302輸出f(y(n-l))和輸入信號x(n)之差的信號差d(n)。 Ath諧波 環(huán)路濾波器310濾去信號差d(n),產生環(huán)路濾波器輸出信號u(n)，其中 A是大于等于1的整數，而&的數值是一個設計選擇。 一般來說，增大 的數值會減小基本頻帶的噪聲并增大帶外噪聲。
非線性AZ調節(jié)器300包括非線性補償模塊312。然而，在至少一個 實施例中，非線性補償模塊不作為非線性Ai:調節(jié)器300的一部分。非線 性補償模塊312補償由非線性反饋模型302引入的非線性。在至少一個 實施例中，非線性補償模塊312使用補償函數f乂x)處理環(huán)路濾波器輸 出信號u(n),該函數是反饋模型302函數f(x)的逆函數，例如，如果f(x) =x2,則f'(x) = x1/2。量化器314量化補償模塊312的輸出，以確定非 線性AZ調節(jié)器300的輸出信號y(n)。在至少一個實施例中，補償模塊 312的補償函數f乂x)是非線性系統(tǒng)反饋模型302的逆函數的估算值。 在至少一個實施例中，非線性AZ調節(jié)器300的前饋通道311中的補償 函數f'(x)可以為所有頻率提供噪聲整形。在至少一個實施例中， 一個不 完全補償函數(即近似f乂x))在所有頻率中允許有更多噪聲。在至少一 個實施例中，補償函數f乂x)為非線性AZ調節(jié)器300提供穩(wěn)定性。在至少一個實施例中，非線性補償模塊312納為量化器314的一部 分，而不是作為量化過程之外的獨立過程。補償模塊312使量化器314 按照量化補償函數對環(huán)路輸出信號u(n)進行量化。在至少一個實施例中， 量化器補償函數根據反饋模型302的導數df(x)確定非線性A"周節(jié)器 的輸出信號y(n)。例如，如果非線性系統(tǒng)反饋模型302的函數f(x)等于 x2,則量化器的補償函數是2x。量化器補償函數可估算為x。量化器314 的決定點則為x+A1/2。
圖4表示一臺設備和控制系統(tǒng)400,這是設備和控制系統(tǒng)200的一 個實施例。該設備和控制系統(tǒng)400包括一個開關功率轉換器402和一臺 設備404。設備404代表設備206的一個實施例。開關功率轉換器402 按照非線性過程在斷續(xù)電流模式下工作。開關功率轉換器402的開關 408調節(jié)經整流的時變輸入電壓Vx(t)通過電感器410到電容器406 的能量傳遞。峰值輸入電流iin與開關408的'接通時間，成正比，而傳遞 的能量與'接通時間，的平方成正比。在至少一個實施例中，控制信號CS1 是一個脈沖寬度調制信號，而開關408是一個n-通道場效應晶體管， 當CS1的脈沖寬度處于高電平時導通。因此，開關408的'接通時間，是 由控制信號CS1的脈沖寬度決定的。所以，傳遞的能量與控制信號CS1的 脈沖寬度的平方成正比。因此，能量傳遞過程是一個平方過程，并代表非 線性過程205的一個實施例。二極管412防止反向電流流進電感器 410。從電感器410傳遞來的能量儲存在電容器406中。向負載412提 供電流時，電容器406的電容足以保持大致恒定的電壓VC1 。在至少一 個實施例中，開關功率轉換器402是一種升壓型轉換器，即電壓VC1比 峰值輸入電壓Vx(t)大。
設備和控制系統(tǒng)400還包括一個開關狀態(tài)控制器414，它代表控制 系統(tǒng)202的一個實施例。開關狀態(tài)控制器414對控制信號CS1的脈沖 寬度PW和周期T進行控制。因此開關狀態(tài)控制器414控制著開關功 率轉換器402的非線性過程，使得所需的能量被傳遞給電容器406。所需的能量取決于負載412的電壓和電流要求?？刂菩盘柕恼伎毡菴S1經
過:^殳置，以保持所需的電容器電壓VC1和負載電壓VL，而且在至少一個 實施例中，控制信號CS1的占空比D等于[VL/(VC1+VL)]。當輸入電壓 Vx(t)增大時，能量傳遞在這一時段也增大。為了調節(jié)傳遞的能量并將功 率因數保持在接近1，開關狀態(tài)控制器414改變控制信號CS1的周期， 使得輸入電流iin能夠追蹤到輸入電壓Vx(t)的變化，并使輸出電容器電 壓VC1保持恒定。因此，當輸入電壓V"t)增大時，開關狀態(tài)控制器414 將增大控制信號CS1的周期T;而當輸入電壓Vx(t)減小時，開關狀態(tài) 控制器414將減小控制信號CS1的周期。同時，控制信號CS1的脈沖寬 度PW經過調節(jié)，以保持恒定的占空比D，并使電容器電壓VCj保持恒 定。在至少一個實施例中，開關狀態(tài)控制器414以遠高于輸入電壓Vx(t) 的頻率更新控制信號CS1。輸入電壓Vx(t)的頻率一^l殳為50至60 Hz。 例如，控制信號CS1的頻率1/T介于25 kHz與100 kHz之間。等于或 高于25 kHz的頻率避免了音頻干擾，等于或低于100 kHz的頻率避免 了有較大影響的開關無效性，同時又能保持良好的功率因數校正，比如0.9 和1之間的功率因數校正，且電容器電壓VC1保持近似的恒定值。
圖5所示為開關狀態(tài)控制器500,它代表開關狀態(tài)控制器414的一 個實施例。開關狀態(tài)控制器500產生控制信號CS1,以對開關功率轉換 器402的非線性能量傳遞過程進行控制。非線性AZ調節(jié)器300接收到 輸入信號v(n)，該輸入信號顯示控制信號CS1在下一周期所需的能量傳 遞，以保持所需的負載電壓VL。非線性Ai:調節(jié)器300處理該輸入信號 v(n)，并產生量化器輸出信號QPW。非線性Ai:調節(jié)器300的非線性反饋 模型302 (圖3)模擬開關功率轉換器402的非線性能量傳遞過程，使 得量化器的輸出信號QPW發(fā)出的控制信號CS1脈沖寬度與電容器406 所需能量傳遞以保持負載電壓VL的恒定。輸入信號v(n)將結合圖4進
4亍更"^細的^H侖。在至少一個實施例中，輸入信號Vx(t)是整流電壓，因此隨著時間變化而上升和下降。開關狀態(tài)控制器500追蹤輸入信號Vx(t)的變化并調
節(jié)控制信號CS1的周期，使之隨輸入信號Vx(t)的增大而增大，并隨輸入信號Vx(t)的減小而減小。為了確定控制信號CS1的每個周期，開關狀態(tài)控制器500包括一個輸入信號估算器502,該估算器估算控制信號CS1在每個周期的輸入電壓Vx(t)的瞬時值，并產生一個估算的電壓值e(n)。估算器502的輸入信號Vx可以是輸入電壓Vx(t)的實際值或比例值或者是輸入電壓Vx(t)的取樣值。開關狀態(tài)控制器500包括一個常規(guī)AZ調節(jié)器504,用于處理估算電壓值e(n)并將估算的電壓值e(n)轉換為量化器輸出信號QT。量化器輸出信號QT代表一個控制信號CS1周期，用于輸入電壓Vx(t)的估算值。常規(guī)AZ調節(jié)器的典型設計和運行請參見Schreier和Temes的著作 Z)e/ta-5Vgma Z)ato
O "veWen 7^dZ炎凝脊換器入IEEE Press, 2005， ISBN 0-471-46585-2。
開關狀態(tài)控制器500包括一個脈沖寬度調節(jié)器506，該調節(jié)器將量化器輸出信號QPW(n)轉換為脈沖寬度，并且將量化器輸出信號QT(n)轉換為控制信號CS1的周期，其中"可以是表示相關變量的特定實例的數字。為了進行此轉換，在至少一個實施例中，脈沖寬度調節(jié)器506包括一個計數器。量化器輸出信號QPW(n)顯示脈沖控制信號CS1的計數，而量化器輸出信號QT(n)顯示控制信號CS1的周期計lt。脈沖寬度調節(jié)器506將量化器輸出信號QPW(n)和量化器輸出信號QT(n)的計數轉換為控制信號CS1的相應脈沖寬度和周期。在至少一個實施例中，開關狀態(tài)控制器500使用數字技術執(zhí)行。在其它實施例中，開關狀態(tài)控制器500可使用模擬或者數字與模擬混合技術執(zhí)行。
對于圖3、4和5，當非線性Ai;調節(jié)器300作為開關狀態(tài)控制器(如開關狀態(tài)控制器500 (圖5))的一部分使用時，為了保持功率因數的校正，輸入信號v(n)與(1- (Vx(t)/VC1).K成正比。"Vx(t)"和"VC1"如圖4所述。"K"是一個常數，表示負載412的功率需求，由一個比例積分補償器(未顯示)決定，該補償器將負載電壓VL (圖4)與標準電壓進行比較，并將輸出電壓誤差的積分和比例函數組合確定為反饋信號。比例積
分才卜償器的一個例子i貪參見Alexander Prodi6的著作Co/w; era(3torZ)as7;g77
Jss&MwewfFast Fb/fage丄oo/wPower Fa"or Co/recdow7 e"折era (^孕西凝戎jS整^器的鍵遽冶在環(huán)路的#償器說#與籍定#申/介)，正EE Transactions on Power Electronics (IEEE電力電子學匯刊)2007年9月，第22巻，第5冊，以及Erickson和Maksomovi6的著作，/^"(iamewto/s o/Power五/ecfram.cs卩^羊^ "^差^^),第2片反,Boston, MA:Kluwer， 2000年。對輸入信號v(n)進行限制以確保開關功率轉換器402在斷續(xù)電流才莫式下運行。
圖6所示為非線性AZ調節(jié)器600,是非線性AJ:調節(jié)器300的一個實施例。開關功率轉換器402的非線性能量傳遞過程可以模擬成平方函數x2。非線性AZ調節(jié)器600包括一個非線性系統(tǒng)反饋模型602,用x2表示。因此，反饋模型602的輸出是下一循環(huán)的量化器輸出信號QPW(n)的平方，即[QPW(n-l)]2。非線性Ai;調節(jié)器600與非線性AZ調節(jié)器300一樣，包括一個獨立于量化器314的補償模塊604。非線性補償模塊604使用平方根函數x1/2處理環(huán)路濾波器310的輸出信號u(n)。補償模塊604的輸出c(n)通過量化器314進行量化，從而產生量化器輸出信號Qpw(n)。
圖7所示為一個Mathematica 程序，該程序才莫擬非線性Ai:調節(jié)器300用于非線性反饋模型302以及非線性補償模塊312的函數f(x)=x2，該函數作為量化器補償函數使用，表示x+A1/2的量化器決定點給出f(x)的更改導數。該Mathmatica 程序可從Wolfram Research, Inc.獲
得，其總部位于伊利諾斯州香檳市。
圖8所示為開關狀態(tài)控制器輸入信號v(n)隨時間變化的曲線圖800。該開關狀態(tài)控制器的輸入信號v(n)隨時間變化呈線性，可跟蹤時變輸入電壓Vx(t)的變化，使得開關功率轉換器402的能量傳遞可跟蹤輸入電壓Vx(t)的變化。
圖9所示為非線性AZ調節(jié)器600 (圖6)的非線性AS調節(jié)器輸出信號Qpw(n)隨時間變化的曲線圖900。非線性AZ調節(jié)器600進行一次平方根運算，使得輸出信號QPW(n)的平均值如虛線卯2所示，是開關狀態(tài)控制器輸入信號v(n)的平方根。
圖10所示為曲線圖1000，顯示當非線性過程203有一個x2變換函數時，設備206的非線性過程204對曲線圖900所示輸入圖案資料群集的響應信號Rs。由于非線性Ai:調節(jié)器600包括了模擬開關功率轉換器402的能量傳遞過程平方的非線性系統(tǒng)反饋模型602,響應信號Rs如虛線1002。
所示，是線性的。因此，該非線性AZ調節(jié)器包括一個反饋模型，用于模擬受控的非線性過程，并且便于進行頻譜整形，將噪聲移出非線性過程響應信號的頻譜范圍中的基本頻帶。
盡管已經對本發(fā)明作了詳細描述，但應明白，在不偏離所附權利要求中定義的本發(fā)明之范圍和精神情況下仍可以進行多種變化、替代和更改。
權利要求
1.一種信號處理系統(tǒng)，它包含一個非線性Δ∑調節(jié)器，其中該非線性Δ∑調節(jié)器包括一個環(huán)路濾波器；一個與環(huán)路濾波器耦合的量化器；以及一個在環(huán)路濾波器和量化器之間耦合的反饋通道，其中反饋通道包括一個非線性反饋模型，該模型模擬一個功率因數校正電路的非線性過程的非線性。
2. 權利要求1中的信號處理系統(tǒng)，其中非線性Aj:調節(jié)器在非線性AZ調節(jié)器的前饋通道中包括一個補償模塊，用來補償非線性反饋模型的非線性。
3. 權利要求2中的信號處理系統(tǒng)，其中的補償模塊包括一個與量化器耦合的逆模型，在其中該逆模型模擬非線性反饋模型的逆函數。
4. 權利要求3中的信號處理系統(tǒng)，其中非線性反饋模型模擬平方函數，而逆模型模擬平方根函數。
5. 權利要求2中的信號處理系統(tǒng)，其中補償才莫塊包含一個或多個量化器元件，用于按照非線性反饋模型的逆函數近似值來確定量化器的輸出。
6. 權利要求1中的信號處理系統(tǒng)，其中功率因數校正電路的非線性過程包含一個來自時變電壓源經過該功率因數校正電路的電感器的能量傳遞過程。
7. 權利要求6中的信號處理系統(tǒng)在運4亍時，其中非線性AZ調節(jié)器的量化器產生一個輸出信號，該輸出信號與控制功率因數校正電路中功率因數調節(jié)開關的控制信號的脈沖寬度相關，所述信號處理系統(tǒng)還包括一個功率因數4交正控制電路，其中的功率因數校正控制電路包含一個以時間離散方式產生時變輸入信號的估算值的信號估算器；一個與信號估算器耦合的初始AZ調節(jié)器，處理時變輸入信號的估算值并產生與控制功率因數調節(jié)開關的控制信號的周期相關的輸出；以及一個與非線性AZ調節(jié)器和初始AZ調節(jié)器耦合的脈沖寬度調節(jié)器，產生控制功率因數調節(jié)開關的控制信號，其中控制信號的脈沖寬度由非線性A^:調節(jié)器量化器的輸出信號確定，而周期由開關周期信號發(fā)生器確定。
8. —種使用非線性AZ調節(jié)器處理信號的方法用于模擬一個非線性系統(tǒng)過禾呈的非線性，該方法包含產生一個量化器輸出信號；在非線性AS調節(jié)器的反饋回路中的量化器輸出信號加上一個非線性函數，以產生一個反饋信號，其中非線性函數才莫擬該非線性過程的非線性；并且將反饋信號與非線性AS調節(jié)器的輸入信號結合起來，以產生一個差值信號。
9. 片又利要求8的方法，它還包含過濾差值信號；以及補償非線性AZ調節(jié)器的反饋回路中的非線性函數的應用。
10. 權利要求9中的方法，其中過濾差值信號產生一個過濾后的差值信號，而補償非線性Ai;調節(jié)器的反饋回路中的非線性函數的應用包括量化過濾后的差值信號，按照非線性函數的逆函數近似值確定一個量化器輸出。
11. 權利要求10中的方法，其中非線性函數的逆函數近似值包括該非線性函數的導數。
12. 權利要求9中的方法，其中過濾差值信號產生一個過濾后的差值信號，而補償非線性A Z調節(jié)器的反饋回路中的非線性函凄史的應用包4舌將非線性函數的逆函數應用到過濾后的差值信號上。
13. 權利要求12中的方法，其中非線性函數包含一個平方函數。
14. 權利要求8中的方法，其中反饋信號與非線性AS調節(jié)器的輸入信號的結合包括從非線性AZ調節(jié)器輸入信號減去反饋信—弓—
15. 4又利要求8的方法，它還包含將非線性AZ調節(jié)器的輸出信號轉換為時間信號，以確定控制信號的脈沖寬度；產生一個時間離散方式的時變輸入信號估算值；確定開關頻率信號，其中開關頻率信號對應于信號發(fā)生器處理后的估算值；產生一個脈沖寬度調制過的開關控制信號，用于按照時間信號控制該開關控制信號的脈沖寬度，并按照開關頻率信號控制該開關控制信號的頻率；并且將該開關控制信號應用到開關功率轉換器的開關上，用于控制從該開關功率轉換器的電感器進出的能量傳遞。
16. —個向非線性設備提供控制信號的控制系統(tǒng)，其中該非線性設備產生一個與控制信號對應的響應信號，該控制系統(tǒng)包括一個非線性AZ調節(jié)器，其中該非線性A^調節(jié)器包括一個環(huán)3各濾波器；一個與環(huán)^^濾波器耦合的量化器；以及一個在環(huán)路濾波器和量化器之間耦合的反饋通道，其中反饋通道包括一個非線性反饋模型，該模型模擬非線性設備的非線性設備過程的非線性；以及在運行時，其中的非線性AZ調節(jié)器產生一個量化器輸出信號，至少控制該控制信號的一個信號方式，而非線性Ai:調節(jié)器在響應信號的頻譜范圍內進行噪聲整形。
17. 權利要求16中的信號處理系統(tǒng)，其中的非線性設備包括一個具有功率因數校正電路的開關功率轉換器，以及一 個模擬該功率因數校正電路的非線性的非線性反饋模型。
18. 權利要求17中的信號處理系統(tǒng)，其中的非線性反饋模型表示一個平方函tt。
19. 權利要求16中的信號處理系統(tǒng)，其中非線性設備過程控制信號的至少 一 個信號方式包括非線性設備過程控制信號的脈沖寬度。
20. 斗又利要求16中的信號處理系統(tǒng)，在運4亍時其中的非線性AZ調節(jié)器將噪聲移出響應信號的基本頻帶。
21. 權利要求16中的信號處理系統(tǒng)，其中非線性AZ調節(jié)器在非線性AZ調節(jié)器的前饋通道中包括一個補償模塊，用來補償非線性反饋模型的非線性。
22. —種控制非線性過程的方法，其中非線性過程產生一個輸出信號，與控制系統(tǒng)產生的控制信號對應，該方法包括接收一個輸入信號；使用非線性AZ調節(jié)器對輸入信號進行頻譜整形，將噪聲移出非線性過程輸出信號的基本頻帶；產生一個非線性AZ調節(jié)器輸出信號，其^t值表示輸入信號的頻i普整形；以及使用非線性AS調節(jié)器輸出信號來產生控制信號。
23. 權利要求22中的方法，其中使用非線性Ai:調節(jié)器對輸入信號進行頻譜整形，將噪聲移出非線性過程輸出信號的基本頻帶還包含將非線性函數應用到剛剛產生的非線性Ai:調節(jié)器的量化器輸出信號上，以產生一個量化器反饋信號；確定一 個代表輸入信號和量化器反々貴信號之差的差值信號；過濾該差值信號，產生一個過濾后的差值信號；以及使用補償函數處理該過濾后的信號，對非線性函數進行補償。
24.權利要求22所述的方法還包含將控制信號應用到一個開關功率轉換器的開關上，用于控制從該開關功率轉換器的電感器進出的能量傳遞。
全文摘要
控制系統(tǒng)包括一個非線性Δ∑調節(jié)器，而此非線性Δ∑調節(jié)器包括一個非線性過程模型，用于模擬諸如非線性設備等信號處理系統(tǒng)中的非線性過程。該非線性Δ∑調節(jié)器包括一個反饋模型，用于模擬受控的非線性過程，并且便于進行頻譜整形，將噪聲移出非線性過程響應信號的頻譜范圍內的基本頻帶。在至少一個實施例中，該非線性Δ∑調節(jié)器屬于控制系統(tǒng)的一部分，該控制系統(tǒng)控制開關功率轉換器的功率因數校正和輸出電壓。該控制系統(tǒng)對控制功率因數校正和輸出電壓水平的控制信號的脈沖寬度和周期進行控制。在至少一個實施例中，該該非線性Δ∑調節(jié)器產生一個信號，對該控制信號的脈沖寬度進行控制。
文檔編號H03M3/00GK101675593SQ200880014472
公開日2010年3月17日 申請日期2008年5月2日 優(yōu)先權日2007年5月2日
發(fā)明者約翰·L·梅蘭松 申請人:塞瑞斯邏輯公司