基于自適應(yīng)預(yù)測控制的數(shù)字功率放大方法與裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及數(shù)?；旌霞呻娐吩O(shè)計領(lǐng)域，為提出一種精度高、轉(zhuǎn)換速度快、適應(yīng)性強的功率放大裝置，用于一次仿真系統(tǒng)到二次實際系統(tǒng)的功率放大。為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，基于自適應(yīng)預(yù)測控制的數(shù)字功率放大裝置，包括采樣芯片、兩路電壓調(diào)理電路和兩路電流調(diào)理電路、采樣芯片、FPGA控制芯片、電平轉(zhuǎn)換芯片、光耦隔離芯片、IPM，經(jīng)過調(diào)理電路處理電流和電壓輸入由FPGA控制芯片控制的采樣芯片，F(xiàn)PGA讀取其輸出結(jié)果進行參數(shù)估計，再結(jié)合目標電流值計算控制信號的占空比；由計算出的占空比生成四路開關(guān)周期內(nèi)的方波，再經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換芯片和光耦隔離芯片，驅(qū)動IPM里的IGBT工作。本發(fā)明主要應(yīng)用于數(shù)?；旌霞呻娐吩O(shè)計。
【專利說明】基于自適應(yīng)預(yù)測控制的數(shù)字功率放大方法與裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及數(shù)字物理混合型仿真領(lǐng)域，具體來說是一種能夠?qū)⒁淮蜗到y(tǒng)實時數(shù)字仿真模塊輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)化為符合功率要求的模擬量的裝置，即基于自適應(yīng)預(yù)測控制的數(shù)字功率放大裝置。
技術(shù)背景
[0002]數(shù)字物理混合型仿真區(qū)別于物理仿真系統(tǒng)和純軟件仿真系統(tǒng)，它的一次系統(tǒng)采用數(shù)字仿真器，例如1993年由加拿大Manitoba高壓直流研究中心開發(fā)的第一臺電力系統(tǒng)實時數(shù)字仿真器RTDS ;二次系統(tǒng)采用實際設(shè)備，例如自動控制裝置、繼電保護裝置、模擬操作屏等。在數(shù)字物理混合型仿真中，數(shù)字仿真器與實際設(shè)備形成了一個閉環(huán)系統(tǒng)，數(shù)字仿真模塊產(chǎn)生的電氣量的數(shù)字信號需要轉(zhuǎn)化為模擬量，再經(jīng)過功率放大后，才能提供給二次系統(tǒng)的實際設(shè)備。
[0003]現(xiàn)有的數(shù)字功率放大器主要運用三角波比較控制、滯環(huán)控制、無差拍控制等控制策略，并且運用DSP控制芯片進行開發(fā)。但是由于運算量增大、系統(tǒng)的復(fù)雜化和對計算精度要求的提高，現(xiàn)有的功率放大裝置已經(jīng)難以滿足實時仿真的要求。
[0004]根據(jù)上述問題，為了滿足數(shù)字物理混合型仿真的實時性需求，需要研究出一種轉(zhuǎn)換速度快、精度高的功率放大裝置，用于一次系統(tǒng)數(shù)字仿真與二次系統(tǒng)實際設(shè)備之間功率轉(zhuǎn)換。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種精度高、轉(zhuǎn)換速度快、適應(yīng)性強的功率放大裝置，用于一次仿真系統(tǒng)到二次實際系統(tǒng)的功率放大。為此，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是，基于自適應(yīng)預(yù)測控制的數(shù)字功率放大裝置，包括采樣芯片、兩路電壓調(diào)理電路和兩路電流調(diào)理電路、采樣芯片、FPGA控制芯片、電平轉(zhuǎn)換芯片、光耦隔離芯片、IPM，經(jīng)過調(diào)理電路處理電流和電壓輸入由FPGA控制芯片控制的采樣芯片，F(xiàn)PGA讀取其輸出結(jié)果進行參數(shù)估計，再結(jié)合目標電流值計算控制信號的占空比；由計算出的占空比生成四路開關(guān)周期內(nèi)的方波，再經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換芯片和光耦隔離芯片，驅(qū)動IPM里的IGBT工作。
[0006]輸出的4路方波信號兩兩互補，并添加死區(qū)；當IPM非正常工作時，會產(chǎn)生一個低電平的錯誤信號，通過與非門輸出高電平，使電平轉(zhuǎn)換芯片關(guān)斷，閉鎖IPM的控制信號，起到保護的作用。
[0007]FPGA控制芯片包括浮點數(shù)乘累加器，浮點數(shù)乘累加器分為浮點數(shù)乘法和浮點數(shù)累加兩部分。浮點數(shù)乘法分為兩級流水線；第一級進行指數(shù)相加和尾數(shù)相乘運算；第二級對相乘的結(jié)果進行規(guī)格化處理；浮點數(shù)累加分為三級流水線；第一級對相加的浮點數(shù)進行指數(shù)對階；第二級對相加的浮點數(shù)進行尾數(shù)求和；第三級對相加的結(jié)果進行規(guī)格化處理。
[0008]基于自適應(yīng)預(yù)測控制的數(shù)字功率放大方法，借助于前述裝置實現(xiàn)，利用電流電壓采樣值實時估計負載的基本參數(shù)，再根據(jù)下一開關(guān)周期給定的目標電流值，計算出IGBT控制信號的占空比，并生成控制信號。自適應(yīng)預(yù)測控制的算法步驟如下:
[0009]①負載參數(shù)估計
[0010]根據(jù)圖2列寫負載的電壓方程并離散化可得
【權(quán)利要求】
1.一種基于自適應(yīng)預(yù)測控制的數(shù)字功率放大裝置，其特征是，包括采樣芯片、兩路電壓調(diào)理電路和兩路電流調(diào)理電路、采樣芯片、FPGA控制芯片、電平轉(zhuǎn)換芯片、光耦隔離芯片、IPM,經(jīng)過調(diào)理電路處理電流和電壓輸入由FPGA控制芯片控制的采樣芯片，F(xiàn)PGA讀取其輸出結(jié)果進行參數(shù)估計，再結(jié)合目標電流值計算控制信號的占空比；由計算出的占空比生成四路開關(guān)周期內(nèi)的方波，再經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換芯片和光耦隔離芯片，驅(qū)動IPM里的IGBT工作。
2.如權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)預(yù)測控制的數(shù)字功率放大裝置，其特征是，輸出的4路方波信號兩兩互補，并添加死區(qū)；當IPM非正常工作時，會產(chǎn)生一個低電平的錯誤信號，通過與非門輸出高電平，使電平轉(zhuǎn)換芯片關(guān)斷，閉鎖IPM的控制信號，起到保護的作用。
3.如權(quán)利要求1所述的基于自適應(yīng)預(yù)測控制的數(shù)字功率放大裝置，其特征是，F(xiàn)PGA控制芯片包括浮點數(shù)乘累加器，浮點數(shù)乘累加器分為浮點數(shù)乘法和浮點數(shù)累加兩部分。浮點數(shù)乘法分為兩級流水線；第一級進行指數(shù)相加和尾數(shù)相乘運算；第二級對相乘的結(jié)果進行規(guī)格化處理；浮點數(shù)累加分為三級流水線；第一級對相加的浮點數(shù)進行指數(shù)對階；第二級對相加的浮點數(shù)進行尾數(shù)求和；第三級對相加的結(jié)果進行規(guī)格化處理。
4.一種基于自適應(yīng)預(yù)測控制的數(shù)字功率放大方法，其特征是，借助于權(quán)I所述裝置實現(xiàn)，利用電流電壓采樣值實時估計負荷的基本參數(shù)，再根據(jù)下一開關(guān)周期給定的目標電流值，計算出IGBT控制信號的占空比，并生成控制信號。自適應(yīng)預(yù)測控制的算法步驟如下: ①負載參數(shù)估計 根據(jù)圖2列寫負載的電壓方程并離散化可得
【文檔編號】H03F3/20GK104009719SQ201410261447
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】張炳達, 陳銘, 袁奎 申請人:天津大學(xué)