一种EAST快控电源给定信号预测方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种EAST快控电源给定信号预测方法及其应用，其特征是采用预测控制算法，对EAST快控电源给定信号进行预测，得到等离子体控制系统PCS的预测给定信号，利用预测给定信号和反馈信号的差值进行比例调节计算，获得功率管的PWM波的占空比，实现超前调节。本发明专利技术有效提高了主动反馈电源的快速响应能力，提升主动反馈的控制效果。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种EAST快控电源给定信号预测方法及其应用，其特征是采用预测控制算法，对EAST快控电源给定信号进行预测，得到等离子体控制系统PCS的预测给定信号，利用预测给定信号和反馈信号的差值进行比例调节计算，获得功率管的PWM波的占空比，实现超前调节。本专利技术有效提高了主动反馈电源的快速响应能力，提升主动反馈的控制效果。【专利说明】一种EAST快控电源给定信号预测方法及其应用
本专利技术涉及一种EAST快控电源给定信号预测方法及其应用。
技术介绍
超导托卡马克装置是一种利用磁约束和真空绝热来实现受控核聚变的环形容器， 它使得磁约束位形的连续稳态运行成为现实。等离子体在高拉长比位形下的垂直不稳定位 移是托卡马克装置必须要克服的问题。 Tokamak等离子体垂直位移主动反馈控制器通过对等离子体垂直位移进行检测， 计算快速控制电源的给定信号，由快速控制电源（简称快控电源）对主动反馈线圈励磁，产 生快速变化的磁场来维持等离子体在垂直方向上的稳定性。其给定电压信号与快控电源 输出电流成线性对应关系，±l〇V对应±9000A。即给定信号为10V时，要求快控电源输出 9000A;若给定信号为-5V，则要求快控电源输出-4500A。若等离子体发生很小位移，而等离 子体的控制系统（PlasmaControlSystem，简称为PCS)能准确、快速地为电源发出指令，电 源能快速建立所需要的磁场，这时只要很小的电流就可将等离子体拉回到平衡位置；反之 电源系统要输出很大电流，通过强大的磁场促使等离子体回到平衡位置。对电源系统来说， 主动反馈线圈是一个近似于电阻很小的纯感性负载，为提高线圈的电流变化率，则要求电 源能够输出足够高的电压，故在主动反馈线圈耐压耐流的允许范围内，对于快控电源的输 出电压和电流的能力要求不断提高。而对于应用于电源系统的功率器件而言，随着电压和 电流的提高，受制于开关损耗的影响，器件所允许的开关频率急剧下降。快控电源的工作方 式为电源控制器按开关频率实时采集PCS的给定信号，经计算后发出功率器件所需的脉宽 控制信号，功率器件根据控制信号导通和关断，建立线圈所需的电流，即从给定信号到来到 电流建立需要一定的时间，该时间包含控制器的采样延迟时间、计算时间和电流建立时间， 其中电流建立时间与电源输出电压能力相关，而控制器的采样延迟时间和计算时间属于电 源的响应速度，而开关频率会影响到电源的响应速度。考虑到采样时刻和给定信号到来时 刻的最大差异，电源系统对于给定信号响应的最长时间是1. 5倍的开关周期，设电源的器 件开关频率为5kHz，则对于给定信号响应的最长时间是0. 3ms，即从给定信号到来到电源 输出电压最长的延时时间是〇. 3ms。由于快控电源目前采用的是上述的滞后控制方式，控制 器的采样延迟时间和计算时间受制于功率器件的开关频率，为能够迅速的建立主动反馈线 圈的电流，对电源输出电压的能力不断提高；为在等离子体发生较大偏移时能够建立足够 的将等离子体拉回到平衡位置的磁场，对电源输出电流的能力不断提高。即要求电源中所 采用的功率器件耐电压和通电流能力不断提高，而受制于开关损耗，功率器件的允许开关 频率则持续下降，造成电源响应速度持续下降，形成一个矛盾，故只能在开关频率与器件容 量之间寻求平衡。
技术实现思路
本专利技术是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种EAST快控电源给定 信号预测方法及其应用，使得针对EAST装置等离子体垂直不稳定的复杂情况，采用预测控 制算法，对PCS向主动反馈快速电源发出的指令进行预测控制，缩短电源控制器的采样延 迟时间和计算时间，实现超前调节，以提高主动反馈电源的快速响应能力，进而提升主动反 馈控制效果。 本专利技术为解决技术问题采用如下技术方案： 本专利技术EAST快控电源给定信号预测方法的特点是按如下步骤进行： 对于由等离子体控制系统PCS发送给EAST快控电源的电压信号进行提升，获得非 负信号，对于所述非负信号按照〇.2ms的采样周期进行实时采集，获得由四个采集数据组 【权利要求】1. 一种EAST快控电源给定信号预测方法，其特征是按如下步骤进行： 对于由等离子体控制系统PCS发送给EAST快控电源的电压信号进行提升，获得非负信 号，对于所述非负信号按照〇. 2ms的采样周期进行实时采集，获得由四个采集数据组成的 采集数据序列 X(Q)，X(Q) = Ix (Q) (I)，x(Q) (2)，x(Q) (3)，x(Q) (4)}; 利用所述四个采集数据获得式（I)所列的累加数据序列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)中四个采集数据获得式（2)所列的紧邻均值序列Z (1): Ζ(1)= {ζ ω(2),ζ(1)(3),ζω(4)} (2) 式⑵中 = + = 鉴于EAST快控电源控制器采样频率（5kHz)远高于给定信号变化频率（100Hz)，即给定 信号相对于采样频率来说变化较缓慢，X(1)满足微分方程式（3):式（3)中a反映 x(1)的发展态势，b反映数据变化的关系； 采用最小二乘法，通过式（4)和式（5)分别获得a和b :利用式⑷和式（5)，求得式（3)的模型解为式（6): xl){m)-e a^m = 1,2,.,.,5 (6); a a 采用累减还原，即进行式（1-1)的逆变换，得到式（7)所示的还原值 (m) (m) - (m -1) , m - 2,3... 5 (7); 当式（7)中m = 5时，.PYm)即为通过四个采样数据χω (I)?(4)计算得到的下 一个采样时刻给定值的预测值iw(5)，随着采样的实时进行，Xft0中的四个采集数据实时更 新，由此得到实时更新的预测值? (°?5)。2. -种EAST快控电源调节方法，其特征是：首先对EAST快控电源给定信号进行预测， 得到PCS系统的预测给定信号，利用所述预测给定信号和反馈信号的差值进行比例调节计 算，获得功率管的PWM波的占空比，实现超前调节。【文档编号】H02M1/08GK104518649SQ201510018555【公开日】2015年4月15日 申请日期:2015年1月14日 优先权日:2015年1月14日 【专利技术者】黄海宏, 常越萌, 王海欣, 汪凤凤 申请人:合肥工业大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种EAST快控电源给定信号预测方法，其特征是按如下步骤进行：对于由等离子体控制系统PCS发送给EAST快控电源的电压信号进行提升，获得非负信号，对于所述非负信号按照0.2ms的采样周期进行实时采集，获得由四个采集数据组成的采集数据序列X(0)，X(0)＝{x(0)(1),x(0)(2),x(0)(3),x(0)(4)}；利用所述四个采集数据获得式(1)所列的累加数据序列X(1)：X(1)＝{x(1)(1),x(1)(2),x(1)(3),x(1)(4)}   (1)式(1)中，x(1)(n)=Σk=1nx(0)(k),n=1,2,3,4;---(1-1)]]>利用X(1)中四个采集数据获得式(2)所列的紧邻均值序列Z(1)：Z(1)＝{z(1)(2),z(1)(3),z(1)(4)}   (2)式(2)中z(1)(n)=12[x(1)(n)+x(1)(n-1)],n=2.3.4;]]>鉴于EAST快控电源控制器采样频率(5kHz)远高于给定信号变化频率(100Hz)，即给定信号相对于采样频率来说变化较缓慢，X(1)满足微分方程式(3)：dx(1)dt+ax(1)=b---(3)]]>式(3)中a反映x(1)的发展态势，b反映数据变化的关系；采用最小二乘法，通过式(4)和式(5)分别获得a和b：a=Σk=24z(1)(k)Σk=24x(0)(k)-3Σk=24z(1)(k)x(0)(k)3Σk=24[z(1)(k)]2-[Σk=24z(1)(k)]2---(4);]]>b=Σk=24x(0)(k)Σk=24[z(1)(k)]2-Σk=24z(1)(k)Σk=24z(1)(k)z(0)(k)3Σk=24[z(1)(k)]2-[Σk=24z(1)(k)]2---(5);]]>利用式(4)和式(5)，求得式(3)的模型解为式(6)：x^(1)(m)=[x(0)(1)-ba]e-a(m-1)+ba,m=1,2,...,5---(6);]]>采用累减还原，即进行式(1‑1)的逆变换，得到式(7)所示的还原值x^(0)(m)=x^(1)(m)-x^(1)(m-1),m=2,3...5---(7);]]>当式(7)中m＝5时，即为通过四个采样数据x(0)(1)～x(0)(4)计算得到的下一个采样时刻给定值的预测值随着采样的实时进行，X(0)中的四个采集数据实时更新，由此得到实时更新的预测值...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海宏，常越萌，王海欣，汪凤凤，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34