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申请/专利权人：南京理工大学

摘要：本发明公开了考虑寄生参数的电火花脉冲电源电流预测控制策略，通过对开关电容式脉冲电源中的输入电压、输出电压、电感电流的平均值进行闭环反馈控制，在控制电路中计算出开关管的占空比，并将计算出的占空比与三角载波信号比较生成PWM信号，从而通过驱动电路控制开关管的开关动作使得电感电流到达设定好的电流基准值。本发明提出的控制策略能够迅速预测电流达到稳态时所需的占空比，具有高动态响应的优点。该策略采用三角载波信号调制方法，能有效抑制电路中的次谐波振荡，从而提升脉冲电源的稳定性。此外，该策略还能够计算出寄生参数对电路的影响，进一步增强了系统的控制精度，在间隙寄生参数发生变化时，可以闭环控制电流保持在电流基准值。

主权项：1.考虑寄生参数的电火花脉冲电源电流预测控制策略，其特征在于，包括开关电容式升降压电路、采样电路、控制电路和驱动电路；所述开关电容式升降压电路包括直流电压源Vin、第一功率切换开关管QA1、第二功率切换开关管QA2、第三功率切换开关管QA3、第四功率切换开关管QC1、第五功率切换开关管QC2、第六功率切换开关管QC3、第一续流开关管QB1、第二续流开关管QB2、第三续流开关管QB3、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一电容CF1、第二电容CF2、第三电容CF3、电感L、电火花间隙Vd、防回流二极管D，其中第一功率切换开关管QA1的源极与第一续流开关管QB1的漏极相连接，第一续流开关管QB1的源极与第四功率切换开关管QC1的漏极相连接，直流电压源Vin的正极与第一功率切换开关管QA1的源极与第一续流开关管QB1的漏极的连接点相连接，直流电压源Vin的负极与第四功率切换开关管QC1的源极相连接，第一功率切换开关管QA1的漏极与第二功率切换开关管QA2的源极相连接，第一电容CF1的正极与第一功率切换开关管QA1的漏极与第二功率切换开关管QA2的源极的连接点相连接，第一电容CF1的负极与第一续流开关管QB1的源极与第四功率切换开关管QC1的漏极的连接点相连接，第二续流开关管QB2的漏极与第一功率切换开关管QA1的漏极与第二功率切换开关管QA2的源极的连接点相连接，第二续流开关管QB2的源极与第五功率切换开关管QC2的漏极相连接，第五功率切换开关管QC2的源极与第一续流开关管QB1的源极与第四功率切换开关管QC1的漏极的连接点相连接，第二功率切换开关管QA2的漏极与第三功率切换开关管QA3的源极相连接，第二电容CF2的正极与第二功率切换开关管QA2的漏极与第三功率切换开关管QA3的源极的连接点相连接，第二电容CF2的负极与第二续流开关管QB2的源极与第五功率切换开关管QC2的漏极的连接点相连接，第三续流开关管QB3的漏极与第二功率切换开关管QA2的漏极与第三功率切换开关管QA3的源极的连接点相连接，第三续流开关管QB3的源极与第六功率切换开关管QC3的漏极相连接，第六功率切换开关管QC3的源极与第二续流开关管QB2的源极与第五功率切换开关管QC2的漏极的连接点相连接，第三功率切换开关管QA3的漏极与第一开关管Q1的漏极相连接，第三电容CF3的正极与第三功率切换开关管QA3的漏极与第一开关管Q1的漏极的连接点相连接，第三电容CF3的负极与第三续流开关管QB3的源极与第六功率切换开关管QC3的漏极的连接点相连接，第一开关管Q1的源极与第二开关管Q2的漏极相连接，第二开关管Q2的源极与第三续流开关管QB3的源极与第六功率切换开关管QC3的漏极的连接点相连接，电感L的左端与第一开关管Q1的源极与第二开关管Q2的漏极的连接点相连接，电感L的右端与防回流二极管D的阳极相连接，防回流二极管D的阴极与工件相连接，第一开关管Q1和第二开关管Q2互补导通，其占空比为d，开关周期为Ts，开关频率为fs；对输入电压、输出电压、电感电流进行闭环反馈控制，考虑线缆存在寄生参数，通过设定好的开关频率fs、电感感值L、输入电压Vin、参考电流基准值iref，电压采样值vH和vL、电感电流平均值iL_a，计算出第一开关管的占空比d[n]，将计算出的占空比与三角载波信号比较生成PWM信号，从而控制开关管的开关动作使得电感电流到达电流基准值iref，具体步骤如下：步骤一：根据加工场合和加工状态，设置好脉冲电源的开关频率fs、电感感值L、输入电压Vin、参考电流基准值iref；步骤二：实时采样电路的电压信号和电流信号，分别进行AD转换得到电感电流上升中点时刻的输出电压vH、电感电流下降中点时刻的输出电压vL与电感电流平均值iL_a，计算单个开关周期内第一开关管Q1的占空比d[n]，具体采样时刻和占空比计算公式为：当三角载波信号为三角前沿载波时：采样前一个开关周期电感电流上升中点时刻的输出电压vH[n-1]，当前开关周期电感电流下降中点时刻的vL[n]和当前开关周期的电感电流平均值iL_a[n]，占空比计算公式为： 当三角载波信号为三角后沿载波信号时：采样前一个开关周期电感电流上升中点时刻的输出电压vH[n-1]，电感电流下降中点时刻的vL[n-1]和电感电流平均值iL_a[n-1]，占空比计算公式为： 步骤三：将计算出的占空比与三角载波信号比较生成PWM信号；步骤四：通过驱动电路将生成的PWM信号送给第一开关管Q1，第二开关管Q2控制信号与第一开关管Q1互补；步骤五：重复上述步骤一至步骤四，实现开关周期的循环。

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