【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水声通信系统，尤其涉及一种用于水声功率放大器多极限功率限制的控制方法。
技术介绍
1、远距离水声通信是海上通信重要技术之一，低频声波在水中传输的能量衰减小，传播范围可从几百米延伸至上百公里，更适用于远程水下通讯应用，功率放大器作为驱动水声换能器的动力部分，其运行性能对整个系统至关重要，是海底远程信息传递的核心动力支撑。
2、然而水声换能器的阻抗特性十分复杂，其等效阻抗在实际工况中受许多因素的影响，通常某一具体的换能器存在工作频率范围限制，功率放大器的输出电压频率变化带来的水声换能器等效阻抗变化是可知可控的。对于外界因素的影响，例如海水的温度和压力变化，对换能器的等效阻抗影响是不可控的。尤其是多个换能器组成的换能器基阵在大功率工作时所带来的互辐射阻抗影响，会使得单个换能器的等效阻抗急剧变化，超过其工作频率限制范围内的等效阻抗上下限。因此功率放大器以恒压输出时，换能器可能承受超过其额定有功功率的能量，这将会损坏换能器。由于水声换能器通常被投放在远海深水区域，其打捞维修成本巨大，因此需要提出一种有效的控制方法用于保护水声换能器。
3、相关技术中，通过检测功率放大器的输出电压和输出电流，对超过换能额定工作电压和电流的值，对功率放大器实施过压、过流停机保护。
4、另一相关技术中，提出基于热保护的换能器控制系统，由换能器消耗的电功率作为控制输入信号，计算换能器的直流阻抗，通过解析换能器的热模型，以电阻-温度转换器实时计算换能器线圈工作温度，当计算温度超过换能器工作温度时，对换能器实施过温保护
5、因此，现有技术存在的弊端是，上述所有技术提出的方案均通过关停功率放大器来保护换能器，这对用于水声通信的换能器来说是不允许的，功率放大器的停机将导致水声通信系统的通信中断和信息无法及时传达的问题。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供一种用于水声功率放大器多极限功率限制的控制方法，旨在解决现有技术中均是通过关停功率放大器来保护换能器，存在功率放大器的停机导致水声通信系统的通信中断和信息无法及时传达的问题。
2、为实现上述目的，本专利技术提供的一种用于水声功率放大器多极限功率限制的控制方法中，水声功率放大器包括依次连接的全桥逆变器、变压器和滤波电路；所述滤波电路用于与水声换能器连接；所述方法包括：
3、设置多极限功率限制控制环和电压控制环，其中，所述多极限功率限制控制环包括功率计算器和多极限功率限制器；所述电压控制环包括锁相环、输出调整峰值电压计算器、输出峰值电压计算器、ip控制器和全桥输出峰值电压限制器；
4、采样所述水声功率放大器的输出电压和输出电流；
5、进入所述电压控制环，通过所述锁相环、所述输出调整峰值电压计算器、所述输出峰值电压计算器、所述ip控制器和所述全桥输出峰值电压限制器实施电压控制模式，或进入所述多极限功率限制控制环和进入所述电压控制环，以通过所述功率计算器和所述多极限功率限制器，以及所述锁相环、所述输出调整峰值电压计算器、所述输出峰值电压计算器、所述ip控制器和所述全桥输出峰值电压限制器，共同实施功率极限控制模式，从而控制水声功率放大器输出电压的实时峰值，将所述水声功率放大器的输出功率限制在预设的极限视在功率内，并将所述水声换能器承受的有功功率限制在预设的极限有功功率内。
6、优选地，所述进入所述多极限功率限制控制环和进入所述电压控制环，以通过所述功率计算器和所述多极限功率限制器，以及所述锁相环、所述输出调整峰值电压计算器、所述输出峰值电压计算器、所述ip控制器和所述全桥输出峰值电压限制器，共同实施功率极限控制模式的步骤，包括：
7、进入所述多极限功率限制控制环；
8、获取通过所述功率计算器采样的所述水声功率放大器的输出电压和输出电流，计算所述多极限功率限制控制环的有功功率和视在功率；
9、通过多极限功率限制器将所述有功功率与所述水声换能器的极限有功功率进行比较运算，并将所述视在功率和所述水声功率放大器的极限视在功率进行比较运算，得出用于调整所述水声功率放大器的输出参考电压的比例系数；
10、根据所述比例系数，得到水声功率放大器输出参考电压调整值。
11、优选地，所述进入所述多极限功率限制控制环和进入所述电压控制环，以通过所述功率计算器和所述多极限功率限制器，以及所述锁相环、所述输出调整峰值电压计算器、所述输出峰值电压计算器、所述ip控制器和所述全桥输出峰值电压限制器，共同实施功率极限控制模式的步骤，还包括：
12、进入所述电压控制环；
13、通过所述锁相环对所述输出参考电压调整值进行锁相和积分运算；
14、通过所述输出调整峰值电压计算器计算水声功率放大器输出参考电压调整值的峰值电压；
15、由所述ip控制器控制输出全桥逆变器的全桥输出峰值参考电压；
16、所述全桥输出峰值电压限制器对所述全桥输出峰值参考电压做电压限制，得到所述全桥输出峰值电压限制器输出值，以调整所述水声功率放大器输出电压，从而将所述水声功率放大器的输出功率限制在预设的极限视在功率内，并将所述水声换能器承受的有功功率限制在预设的极限有功功率内。
17、优选地，用于调整所述水声功率放大器的输出参考电压的比例系数通过如下方式计算：
18、mt＝m+mo.cosθ×po.cosθ.ε+mo×po.ε；
19、po.cosθ.ε＝po.cosθ.lim-po.cosθ；
20、po.ε＝po.lim-po；
21、其中，mt为多极限功率限制器的实时输出的比例系数；m为多极限功率限制器的初始输出的比例系数；mo.cosθ为有功功率误差信号的调制度；po.cosθ.ε为有功功率误差信号；mo为视在功率误差信号的调制度；po.ε为视在功率误差信号；po.cosθ.lim为水声换能器极限有功功率；po.cosθ为有功功率；po.lim为水声功率放大器极限视在功率；po为视在功率；
22、mt＜0时，规定mt＝0；mt＞1时，规定mt＝1，以使0≤mt≤1，避免mt值超调。
23、优选地，所述多极限功率限制控制环的有功功率po.cosθ采用如下方式计算：
24、po.cosθ＝(vo.rms.v'io.rms.v'+vo.rms.qv'io.rms.qv')/2＝vo.rmsio.rms cos(θ)；
25、vo.rms.v'＝vo.pk cos(ωt)；
26、vo.rms.qv'＝v本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于水声功率放大器多极限功率限制的控制方法，其特征在于，水声功率放大器包括依次连接的全桥逆变器、变压器和滤波电路；所述滤波电路用于与水声换能器连接；所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的用于水声功率放大器多极限功率限制的控制方法，其特征在于，所述进入所述多极限功率限制控制环和进入所述电压控制环，以通过所述功率计算器和所述多极限功率限制器，以及所述锁相环、所述输出调整峰值电压计算器、所述输出峰值电压计算器、所述IP控制器和所述全桥输出峰值电压限制器，共同实施功率极限控制模式的步骤，包括：
3.根据权利要求2所述的用于水声功率放大器多极限功率限制的控制方法，其特征在于，所述进入所述多极限功率限制控制环和进入所述电压控制环，以通过所述功率计算器和所述多极限功率限制器，以及所述锁相环、所述输出调整峰值电压计算器、所述输出峰值电压计算器、所述IP控制器和所述全桥输出峰值电压限制器，共同实施功率极限控制模式的步骤，还包括：
4.根据权利要求2所述的用于水声功率放大器多极限功率限制的控制方法，其特征在于，用于调整所述水声功率放大器的输出参考电压的比
5.根据权利要求2所述的用于水声功率放大器多极限功率限制的控制方法，其特征在于，所述多极限功率限制控制环的有功功率PO.cosθ采用如下方式计算：
6.根据权利要求2所述的用于水声功率放大器多极限功率限制的控制方法，其特征在于，所述通过多极限功率限制器将所述有功功率与所述水声换能器的极限有功功率进行比较运算，并将所述视在功率和所述水声功率放大器的极限视在功率进行比较运算，得出用于调整所述水声功率放大器的输出参考电压的比例系数的步骤，包括：
7.根据权利要求3所述的用于水声功率放大器多极限功率限制的控制方法，其特征在于：
8.根据权利要求7所述的用于水声功率放大器多极限功率限制的控制方法，其特征在于，两路正交信号V*O.ref.v’和V*O.ref.qv’由自适应滤波的二阶广义积分器对V*O.ref进行相位偏移得到，从输入信号V*O.ref到稳态同步误差信号εv的传递函数为E(s)：
9.根据权利要求7所述的用于水声功率放大器多极限功率限制的控制方法，其特征在于，将所述全桥输出峰值电压限制器输出值V*S离散化后得到时域表达式为：
10.根据权利要求1至9中任一项所述的用于水声功率放大器多极限功率限制的控制方法，其特征在于，所述电压控制环实施频率和控制速度快于所述多极限功率限制控制环；
...【技术特征摘要】
1.一种用于水声功率放大器多极限功率限制的控制方法，其特征在于，水声功率放大器包括依次连接的全桥逆变器、变压器和滤波电路；所述滤波电路用于与水声换能器连接；所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的用于水声功率放大器多极限功率限制的控制方法，其特征在于，所述进入所述多极限功率限制控制环和进入所述电压控制环，以通过所述功率计算器和所述多极限功率限制器，以及所述锁相环、所述输出调整峰值电压计算器、所述输出峰值电压计算器、所述ip控制器和所述全桥输出峰值电压限制器，共同实施功率极限控制模式的步骤，包括：
3.根据权利要求2所述的用于水声功率放大器多极限功率限制的控制方法，其特征在于，所述进入所述多极限功率限制控制环和进入所述电压控制环，以通过所述功率计算器和所述多极限功率限制器，以及所述锁相环、所述输出调整峰值电压计算器、所述输出峰值电压计算器、所述ip控制器和所述全桥输出峰值电压限制器，共同实施功率极限控制模式的步骤，还包括：
4.根据权利要求2所述的用于水声功率放大器多极限功率限制的控制方法，其特征在于，用于调整所述水声功率放大器的输出参考电压的比例系数通过如下方式计算：
5.根据权利要求2所述的用于水声功率放大器多极限功率限制的控制方...
【专利技术属性】
技术研发人员：宁勇，漆俊，徐毛邓，李文魄，
申请(专利权)人：湖南北顺源智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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