一種east快控電源給定信號預(yù)測方法及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種EAST快控電源給定信號預(yù)測方法及其應(yīng)用，其特征是采用預(yù)測控制算法，對EAST快控電源給定信號進(jìn)行預(yù)測，得到等離子體控制系統(tǒng)PCS的預(yù)測給定信號，利用預(yù)測給定信號和反饋信號的差值進(jìn)行比例調(diào)節(jié)計(jì)算，獲得功率管的PWM波的占空比，實(shí)現(xiàn)超前調(diào)節(jié)。本發(fā)明有效提高了主動反饋電源的快速響應(yīng)能力，提升主動反饋的控制效果。
【專利說明】一種EAST快控電源給定信號預(yù)測方法及其應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種EAST快控電源給定信號預(yù)測方法及其應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 超導(dǎo)托卡馬克裝置是一種利用磁約束和真空絕熱來實(shí)現(xiàn)受控核聚變的環(huán)形容器， 它使得磁約束位形的連續(xù)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行成為現(xiàn)實(shí)。等離子體在高拉長比位形下的垂直不穩(wěn)定位 移是托卡馬克裝置必須要克服的問題。
[0003]Tokamak等離子體垂直位移主動反饋控制器通過對等離子體垂直位移進(jìn)行檢測， 計(jì)算快速控制電源的給定信號，由快速控制電源（簡稱快控電源）對主動反饋線圈勵磁，產(chǎn) 生快速變化的磁場來維持等離子體在垂直方向上的穩(wěn)定性。其給定電壓信號與快控電源 輸出電流成線性對應(yīng)關(guān)系，±l〇V對應(yīng)±9000A。即給定信號為10V時，要求快控電源輸出 9000A;若給定信號為-5V，則要求快控電源輸出-4500A。若等離子體發(fā)生很小位移，而等離 子體的控制系統(tǒng)（PlasmaControlSystem，簡稱為PCS)能準(zhǔn)確、快速地為電源發(fā)出指令，電 源能快速建立所需要的磁場，這時只要很小的電流就可將等離子體拉回到平衡位置；反之 電源系統(tǒng)要輸出很大電流，通過強(qiáng)大的磁場促使等離子體回到平衡位置。對電源系統(tǒng)來說， 主動反饋線圈是一個近似于電阻很小的純感性負(fù)載，為提高線圈的電流變化率，則要求電 源能夠輸出足夠高的電壓，故在主動反饋線圈耐壓耐流的允許范圍內(nèi)，對于快控電源的輸 出電壓和電流的能力要求不斷提高。而對于應(yīng)用于電源系統(tǒng)的功率器件而言，隨著電壓和 電流的提高，受制于開關(guān)損耗的影響，器件所允許的開關(guān)頻率急劇下降?？炜仉娫吹墓ぷ鞣?式為電源控制器按開關(guān)頻率實(shí)時采集PCS的給定信號，經(jīng)計(jì)算后發(fā)出功率器件所需的脈寬 控制信號，功率器件根據(jù)控制信號導(dǎo)通和關(guān)斷，建立線圈所需的電流，即從給定信號到來到 電流建立需要一定的時間，該時間包含控制器的采樣延遲時間、計(jì)算時間和電流建立時間， 其中電流建立時間與電源輸出電壓能力相關(guān)，而控制器的采樣延遲時間和計(jì)算時間屬于電 源的響應(yīng)速度，而開關(guān)頻率會影響到電源的響應(yīng)速度?？紤]到采樣時刻和給定信號到來時 刻的最大差異，電源系統(tǒng)對于給定信號響應(yīng)的最長時間是1. 5倍的開關(guān)周期，設(shè)電源的器 件開關(guān)頻率為5kHz，則對于給定信號響應(yīng)的最長時間是0. 3ms，即從給定信號到來到電源 輸出電壓最長的延時時間是〇. 3ms。由于快控電源目前采用的是上述的滯后控制方式，控制 器的采樣延遲時間和計(jì)算時間受制于功率器件的開關(guān)頻率，為能夠迅速的建立主動反饋線 圈的電流，對電源輸出電壓的能力不斷提高；為在等離子體發(fā)生較大偏移時能夠建立足夠 的將等離子體拉回到平衡位置的磁場，對電源輸出電流的能力不斷提高。即要求電源中所 采用的功率器件耐電壓和通電流能力不斷提高，而受制于開關(guān)損耗，功率器件的允許開關(guān) 頻率則持續(xù)下降，造成電源響應(yīng)速度持續(xù)下降，形成一個矛盾，故只能在開關(guān)頻率與器件容 量之間尋求平衡。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種EAST快控電源給定 信號預(yù)測方法及其應(yīng)用，使得針對EAST裝置等離子體垂直不穩(wěn)定的復(fù)雜情況，采用預(yù)測控 制算法，對PCS向主動反饋快速電源發(fā)出的指令進(jìn)行預(yù)測控制，縮短電源控制器的采樣延 遲時間和計(jì)算時間，實(shí)現(xiàn)超前調(diào)節(jié)，以提高主動反饋電源的快速響應(yīng)能力，進(jìn)而提升主動反 饋控制效果。
[0005] 本發(fā)明為解決技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案：
[0006] 本發(fā)明EAST快控電源給定信號預(yù)測方法的特點(diǎn)是按如下步驟進(jìn)行：
[0007] 對于由等離子體控制系統(tǒng)PCS發(fā)送給EAST快控電源的電壓信號進(jìn)行提升，獲得非 負(fù)信號，對于所述非負(fù)信號按照〇.2ms的采樣周期進(jìn)行實(shí)時采集，獲得由四個采集數(shù)據(jù)組

【權(quán)利要求】
1. 一種EAST快控電源給定信號預(yù)測方法，其特征是按如下步驟進(jìn)行： 對于由等離子體控制系統(tǒng)PCS發(fā)送給EAST快控電源的電壓信號進(jìn)行提升，獲得非負(fù)信 號，對于所述非負(fù)信號按照〇. 2ms的采樣周期進(jìn)行實(shí)時采集，獲得由四個采集數(shù)據(jù)組成的 采集數(shù)據(jù)序列 X(Q)，X(Q) = Ix (Q) (I)，x(Q) (2)，x(Q) (3)，x(Q) (4)}; 利用所述四個采集數(shù)據(jù)獲得式（I)所列的累加數(shù)據(jù)序列X(1): X⑴={x ⑴⑴，χω(2)，χω ⑶，X⑴⑷} (1) 式⑴中，:c(1)〇)= Σ V〇>W，《 = l，2,3,4; (1-1) k=\ 利用Χ(1)中四個采集數(shù)據(jù)獲得式（2)所列的緊鄰均值序列Z (1): Ζ(1)= {ζ ω(2),ζ(1)(3),ζω(4)} (2) 式⑵中 = + = 鑒于EAST快控電源控制器采樣頻率（5kHz)遠(yuǎn)高于給定信號變化頻率（100Hz)，即給定 信號相對于采樣頻率來說變化較緩慢，X(1)滿足微分方程式（3):
式（3)中a反映 x(1)的發(fā)展態(tài)勢，b反映數(shù)據(jù)變化的關(guān)系； 采用最小二乘法，通過式（4)和式（5)分別獲得a和b :
利用式⑷和式（5)，求得式（3)的模型解為式（6): xl){m)-[x{t>>{l)--]e a^m = 1,2,.,.,5 (6); a a 采用累減還原，即進(jìn)行式（1-1)的逆變換，得到式（7)所示的還原值 (m) (m) - (m -1) , m - 2,3... 5 (7); 當(dāng)式（7)中m = 5時，.PYm)即為通過四個采樣數(shù)據(jù)χω (I)?(4)計(jì)算得到的下 一個采樣時刻給定值的預(yù)測值iw(5)，隨著采樣的實(shí)時進(jìn)行，Xft0中的四個采集數(shù)據(jù)實(shí)時更 新，由此得到實(shí)時更新的預(yù)測值? (°?5)。
2. -種EAST快控電源調(diào)節(jié)方法，其特征是：首先對EAST快控電源給定信號進(jìn)行預(yù)測， 得到PCS系統(tǒng)的預(yù)測給定信號，利用所述預(yù)測給定信號和反饋信號的差值進(jìn)行比例調(diào)節(jié)計(jì) 算，獲得功率管的PWM波的占空比，實(shí)現(xiàn)超前調(diào)節(jié)。
【文檔編號】H02M1/08GK104518649SQ201510018555
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2015年1月14日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月14日
【發(fā)明者】黃海宏, 常越萌, 王海欣, 汪鳳鳳 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)