带外部控制负反馈调节功能的线性软启动控制方法及系统与流程

1.本发明涉及软启动控制技术领域，尤其涉及一种带外部控制负反馈调节功能的线性软启动控制方法及系统。


背景技术：

2.在电力电子技术及自动控制领域，经常需要使用软启动功能，最常见的软启动控制方法为线性软启动及线性软关功能。由于负载特性及控制精度的影响，经常导致软启动过程中，实际输出并不是线性的，而是存在一定的偏差。一般的软启动装置内部控制没有负载信号的反馈控制功能。其内部控制器的算法可以进行预测反馈功能，例如，公开号为cn108134541a的中国专利公开的一种异步电机软启动器及在其基础上的预测反馈控制方法即是这种内部控制器的算法，但这种控制算法复杂且不能做到真正的负载端输出信号的反馈控制功能，并不能真正实现装置的线性准确输出。


技术实现要素：

3.为了解决背景技术中的技术问题，本发明提供了一种带外部控制负反馈调节功能的线性软启动控制方法及系统，由软启动装置的外部控制器实现，反馈信号的比较量为软启动对象的输出端信号，通过设定的控制方法实现软启动及软关过程更加线性、准时，实际输出斜坡与设定斜坡一致。
4.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
5.一种带外部控制负反馈调节功能的线性软启动控制方法，所述的控制方法由软启动装置的外部控制器实现，反馈信号的比较量为软启动对象的输出端信号，所述的控制方法包括如下：
6.1)软启动阶段：外部控制器按照设定的启动斜坡进行软启动，通过引入负反馈控制，实现启动过程负载呈线性输出，与设定的启动斜坡的斜率和软启动时间相同，软启动阶段负反馈控制方法如下：
7.外部控制器的控制程序为固定时间周期执行一次，软启动开始前，系统设定稳定运行时的给定值i0和软启时间ts；软启动开始时，外部控制器输出被置零，同时根据软启时间ts和每个程序执行周期时长tz，计算剩余软启程序执行周期数量x1：
8.x1＝ts/tz9.每个软启程序执行周期，外部控制器对反馈信号的比较量ia和稳定运行的给定值i0进行比较，得到实际值与给定值的偏差ib，并计算剩余每个软启程序周期软启的增量i
x
，外部控制器在该软启程序周期内输出量iq上增加增量i
x
，计算完成后对剩余软启程序执行周期数量x1值减1；
10.ib＝i
0-ia11.i
x
＝ib/x112.当反馈的比较量ia≥稳定运行的给定值i0或剩余软启程序执行周期数量x1＝0时，
软启动阶段结束；通过该控制方法，有效消除各种干扰因素，得到与给定斜率一致的软启动输出斜坡。
13.2)稳定运行阶段：外部控制器按照设定的输出值，通过负反馈方式控制输出稳定，稳定运行阶段负反馈控制方法如下：
14.外部控制器的控制程序为固定时间周期执行一次；系统设定反馈信号的比较量ia和稳定运行的给定值i0的静态误差范围iw及偏差调整时间tj；根据偏差调节时间tj和每个程序执行周期时长tz，计算得到偏差调节程序执行周期数量x2：
15.x2＝tj/tz16.每个程序执行周期内，外部控制器对反馈的比较量ia和稳定运行的给定值i0进行比较，当ia和i0的差值ic大于iw时，外部控制器自动启动偏差调节程序，采用负反馈的方式进行偏差调节。
17.ic＝i
a-i018.每个调节程序执行周期内，所述的偏差调节程序的调节量i
t
为：
19.i
t
＝ic/x220.当ic＞iw时，且外部控制器输出量iq＞0时，外部控制器输出量iq减少i
t
，直至ic小于或等于iw时调节程序执行结束；当ic＜-iw时，且外部控制器输出量iq小于最大输出限幅时，外部控制器输出量iq增加|i
t
|，直至|ic|小于或等于iw，偏差调节程序执行结束。
21.3)软关阶段：外部控制器按照设定的关断斜坡进行软关，通过引入负反馈控制，实现关断过程负载输出呈线性，与设定的关断斜坡的斜率和软关时间相同；软关阶段负反馈控制方法如下：
22.外部控制器的控制程序为固定时间周期执行一次；软关开始时，外部控制器根据软关时间tg和每个程序执行周期时长tz，计算剩余程序执行周期数量x3：
23.x3＝tg/tz24.每执行一个程序周期，外部控制器对反馈信号的比较量ia和0进行比较，得到与0的差值ic，并计算剩余每个程序周期软关的减少量i
x
，外部控制器输出量iq减少i
x
，计算完成后对x3值减1。
25.ic＝i
a-0
26.i
x
＝ib/x327.当反馈的比较量ia≤0或剩余程序执行周期数量x3＝0时，软关结束；通过该控制方法，有效消除各种干扰因素，得到与给定斜率一致的软关输出斜坡。
28.所述的一种带外部控制负反馈调节功能的线性软启动控制方法的系统，包括软启动装置、外部控制器和软启动对象；所述的外部控制器是具有负反馈功能的控制器，其集成了斜坡发生器、比较器和控制器的全部功能，所述的外部控制器输出控制信号至软启动装置，所述的软启动装置对软启动对象进行驱动，同时软启动对象的输出信号作为被控量经由反馈环节输入至外部控制器，作为外部控制器负反馈功能的比较量，外部控制器内运行所述的一种带外部控制负反馈调节功能的线性软启动控制方法。
29.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
30.本发明提供了一种带外部控制负反馈调节功能的线性软启动控制方法，由软启动装置的外部控制器实现，反馈信号的比较量为软启动对象的输出端信号，控制方法与常规
49.每个调节程序执行周期内，所述的偏差调节程序的调节量i
t
为：
50.i
t
＝ic/x251.当ic＞iw时，且外部控制器输出量iq＞0时，外部控制器输出量iq减少i
t
，直至ic小于或等于iw时调节程序执行结束；当ic＜-iw时，且外部控制器输出量iq小于最大输出限幅时，外部控制器输出量iq增加|i
t
|，直至|ic|小于或等于iw，偏差调节程序执行结束。
52.3)软关阶段：外部控制器按照设定的关断斜坡进行软关，通过引入负反馈控制，实现关断过程负载输出呈线性，与设定的关断斜坡的斜率和软关时间相同；软关阶段负反馈控制方法如下：
53.外部控制器的控制程序为固定时间周期执行一次；软关开始时，外部控制器根据软关时间tg和每个程序执行周期时长tz，计算剩余程序执行周期数量x3：
54.x3＝tg/tz55.每执行一个程序周期，外部控制器对反馈信号的比较量ia和0进行比较，得到与0的差值ic，并计算剩余每个程序周期软关的减少量i
x
，外部控制器输出量iq减少i
x
，计算完成后对x3值减1。
56.ic＝i
a-0
57.i
x
＝ib/x358.当反馈的比较量ia≤0或剩余程序执行周期数量x3＝0时，软关结束；通过该控制方法，有效消除各种干扰因素，得到与给定斜率一致的软关输出斜坡。
59.常规的负反馈控制系统由给定、比较器、控制器、执行器、被控对象、反馈环节构成。本发明的一种带外部控制负反馈调节功能的线性软启动控制方法的控制系统，控制系统由带外部控制负反馈功能的控制器(以下简称控制器)、执行器(软启动器)、被控对象、反馈环节构成，系统框图见图1。其中带外部控制负反馈功能的控制器集成了斜坡发生器(图中0-t1为斜坡上升时间即启动阶段、t
1-t2为平稳运行时间、t
2-t3为斜坡下降时间即软关时间)、比较器和控制器的全部功能，且控制方法与常规控制方法不同，运行如前所述的一种带外部控制负反馈调节功能的线性软启动控制方法。
60.具体实施例一
61.以轧辊镀铬使用的可控硅整流电源为例，380v三相交流电源经过整流变压器降压后，输出电压为25v的12相低压交流电，经12个可控硅进行整流，再经过电抗器和电容滤波后变为直流电流输出，通过调整控制可控硅的触发脉冲导通角来控制输出直流电流的大小。
62.控制系统由带外部控制负反馈功能的控制器(以下简称控制器)、调节板、触发脉冲板、可控硅及输出电流变送器构成。带外部控制负反馈功能的控制器内部集成了斜坡发生器、比较器和控制器于一体的控制功能，其输出信号为0-10v电压信号，对应电源输出电流为0-15000a，0-10v电压信号作为调节板的输入信号输入调节板。调节板控制可控硅触发脉冲板，用于控制可控硅的导通角，从而控制电源的输出电流。在可控硅输出端的直流母排上装有直流电流变送器，将0-15000a的输出电流变送为0-10v电压信号，输入控制器进行反馈，实现闭环控制。
63.带外部控制负反馈功能的控制器的控制过程包括：
64.1)软启动阶段：
65.控制器的控制程序每tz＝0.1s执行一次。例如，系统启动前通过人机界面hmi设定系统设定稳定运行时电流i0为8000a，对应控制器输出电压为5.33v，软启时间ts为60s。软启动开始时，控制器输出被置为0v，同时根据软启时间ts和每个程序执行周期间隔时长tz，计算软启程序执行周期总次数x1：
66.x1＝ts/tz＝60/0.1＝600次
67.在第一个软启程序周期，控制器对反馈的比较量ia＝0a和稳定运行的给定值i0＝8000a进行比较，得到实际值与给定量的差值ib，并计算剩余每个软启程序周期软启的增量i
x
，具体计算如下：
68.ib＝i
0-ia＝8000-0＝8000a
69.i
x
＝ib/x1＝8000/600＝13.33a
70.控制器在该软启程序周期内输出iq增加i
x
，即：iq＝0+i
x
＝0+13.33＝13.33a，对应控制器输出电压为0.0089v。同时对剩余软启程序执行周期数量x1减1，即：
71.x1＝600-1＝599次。
72.在软启程序的第二个执行周期，假设反馈电压信号为0.0133v，对应电流比较量ia为20a时，反馈电流和稳定运行的给定值i0＝8000a进行比较，得到实际值与给定量的差值ib，并计算剩余每个软启程序周期软启的增量i
x
，具体计算如下：
73.ib＝i
0-ia＝8000-20＝7980a
74.i
x
＝ib/x1＝7980/599＝13.32a
75.控制器在该软启程序周期内输出iq增加i
x
，即：
76.iq＝13.33+i
x
＝13.33+13.32＝26.65a
77.对应控制器输出电压为0.0178v。同时对剩余软启程序执行周期数量x1减1，即：
78.x1＝599-1＝598次
79.因此，我们发现每个软启程序周期内，输出增量在负反馈的作用下不断变化，保证最终输出电流的斜率保持不变。重复上述程序执行过程，当反馈的比较量ia≥稳定运行的给定值i0或剩余软启程序执行周期数量x1＝0时，软启结束。通过该控制方法，可以有效消除各种干扰因素，得到与给定斜率一致的软启动输出斜坡。
80.2)稳定运行阶段：
81.控制器的控制程序每tz＝0.1s执行一次。例如，系统启动前通过人机界面hmi设定系统设定反馈的比较量ia和稳定运行的给定值i0的静态误差范围iw＝2a，偏差调整时间tj＝2s。根据偏差调节时间tj和每个程序执行周期时长tz，计算得到偏差调节程序执行周期数量x2：
82.x2＝tj/tz＝2/0.1＝20次
83.每个程序执行周期内，控制器对反馈的比较量ia和稳定运行的给定值i0进行比较，当ia和i0的差值ic大于iw时，控制器自动启动偏差调节程序，采用负反馈的方式进行偏差调节。假设当前程序执行周期内ia＝7800a，i0＝8000a，则：
84.ic＝i
a-i0＝7800-8000＝-200a
85.由于ic＜-iw，且iq＜15000a，因此当前程序执行周期内，iq增加i
t
，调节量为：
86.i
t
＝ic/x2＝-200/20＝-10a
87.控制器在该程序执行周期内，将输出iq增加|i
t
|，即输出iq增加10a，对应控制器输
出电压增加0.0067v。
88.下一个程序执行周期，重复执行上述过程，直至|ic|小于或等于iw。通过负反馈控制，保证输出电流恒定。
89.3)软关阶段：
90.控制器的控制程序每tz＝0.1s执行一次。例如，系统启动前通过人机界面hmi设定软关时间tg为40s。软关开始时，控制器根据软关时间tg和每个程序执行周期时长tz，计算剩余程序执行周期数量x3:
91.x3＝tg/tz＝40/0.1＝400次
92.在第一个软关程序周期，控制器对反馈的比较量ia和0a进行比较，假设ia＝8000a，得到实际值与0a的差值ic，并计算剩余每个软关程序周期的输出减少量i
x
，同时剩余程序执行次数减1，具体计算如下：
93.ic＝i
a-0＝8000-0＝8000a
94.i
x
＝ic/x3＝8000/400＝20a
95.控制器在该软关程序周期内输出量iq较少i
x
，即：
96.iq＝8000-i
x
＝8000-20＝7980a
97.对应控制器输出电压为5.32v。同时对剩余软启程序执行周期数量x3减1，即：
98.x3＝400-1＝399次
99.在第二个软关程序周期，控制器对反馈的比较量ia和0a进行比较，假设ia＝7950a，得到实际值0a的差值ic，并计算剩余每个软关程序周期的输出减少量i
x
，具体计算如下：
100.ic＝i
a-0＝7950-0＝7950a
101.i
x
＝ic/x3＝7950/399＝19.92a
102.控制器在该软关程序周期内输出量iq较少i
x
，即：
103.iq＝7950-i
x
＝7980-19.92＝7960.08a
104.对应控制器输出电压为5.307v。同时对剩余软启程序执行周期数量x3减1，即：
105.x3＝399-1＝398次
106.因此，我们发现每个软关程序周期内，输出减少量在负反馈的作用下不断变化，保证最终输出电流的斜率保持不变。重复上述过程，当反馈的比较量ia≤0或剩余程序执行周期数量x3＝0时，软关结束。通过该控制方法，可以有效消除各种干扰因素，得到与给定斜率一致的软关输出斜坡。
107.由图2-图3的实施例图可见，本发明的一种带外部控制负反馈调节功能的线性软启动控制方法，通过设定的控制方法实现软启动及软关过程更加线性、准时，实际输出斜坡与设定斜坡一致。
108.对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行改进与修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种带外部控制负反馈调节功能的线性软启动控制方法，其特征在于，所述的控制方法由软启动装置的外部控制器实现，反馈信号的比较量为软启动对象的输出端信号，所述的控制方法包括如下：1)软启动阶段：外部控制器按照设定的启动斜坡进行软启动，通过引入负反馈控制，实现启动过程负载呈线性输出，与设定的启动斜坡的斜率和软启动时间相同，软启动阶段负反馈控制方法如下：外部控制器的控制程序为固定时间周期执行一次，软启动开始前，系统设定稳定运行时的给定值i0和软启时间t
s
；软启动开始时，外部控制器输出被置零，同时根据软启时间t
s
和每个程序执行周期时长t
z
，计算剩余软启程序执行周期数量x1：x1＝t
s
/t
z
每个软启程序执行周期，外部控制器对反馈信号的比较量i
a
和稳定运行的给定值i0进行比较，得到实际值与给定值的偏差i
b
，并计算剩余每个软启程序周期软启的增量i
x
，外部控制器在该软启程序周期内输出量i
q
上增加增量i
x
，计算完成后对剩余软启程序执行周期数量x1值减1；i
b
＝i
0-i
a
i
x
＝i
b
/x1当反馈的比较量i
a
≥稳定运行的给定值i0或剩余软启程序执行周期数量x1＝0时，软启动阶段结束；通过该控制方法，有效消除各种干扰因素，得到与给定斜率一致的软启动输出斜坡；2)稳定运行阶段：外部控制器按照设定的输出值，通过负反馈方式控制输出稳定，稳定运行阶段负反馈控制方法如下：外部控制器的控制程序为固定时间周期执行一次；系统设定反馈信号的比较量i
a
和稳定运行的给定值i0的静态误差范围i
w
及偏差调整时间t
j
；根据偏差调节时间t
j
和每个程序执行周期时长t
z
，计算得到偏差调节程序执行周期数量x2：x2＝t
j
/t
z
每个程序执行周期内，外部控制器对反馈的比较量i
a
和稳定运行的给定值i0进行比较，当i
a
和i0的差值i
c
大于i
w
时，外部控制器自动启动偏差调节程序，采用负反馈的方式进行偏差调节；i
c
＝i
a-i0每个调节程序执行周期内，所述的偏差调节程序的调节量i
t
为：i
t
＝i
c
/x2当i
c
＞i
w
时，且外部控制器输出量i
q
＞0时，外部控制器输出量i
q
减少i
t
，直至i
c
小于或等于i
w
时调节程序执行结束；当i
c
＜-i
w
时，且外部控制器输出量i
q
小于最大输出限幅时，外部控制器输出量i
q
增加|i
t
|，直至|i
c
|小于或等于i
w
，偏差调节程序执行结束；3)软关阶段：外部控制器按照设定的关断斜坡进行软关，通过引入负反馈控制，实现关断过程负载输出呈线性，与设定的关断斜坡的斜率和软关时间相同；软关阶段负反馈控制方法如下：外部控制器的控制程序为固定时间周期执行一次；软关开始时，外部控制器根据软关时间t
g
和每个程序执行周期时长t
z
，计算剩余程序执行周期数量x3：
x3＝t
g
/t
z
每执行一个程序周期，外部控制器对反馈信号的比较量i
a
和0进行比较，得到与0的差值i
c
，并计算剩余每个程序周期软关的减少量i
x
，外部控制器输出量i
q
减少i
x
，计算完成后对x3值减1；i
c
＝i
a-0i
x
＝i
b
/x3当反馈的比较量i
a
≤0或剩余程序执行周期数量x3＝0时，软关结束；通过该控制方法，有效消除各种干扰因素，得到与给定斜率一致的软关输出斜坡。2.如权利要求1所述的一种带外部控制负反馈调节功能的线性软启动控制方法的系统，其特征在于，包括软启动装置、外部控制器和软启动对象；所述的外部控制器是具有负反馈功能的控制器，其集成了斜坡发生器、比较器和控制器的全部功能，所述的外部控制器输出控制信号至软启动装置，所述的软启动装置对软启动对象进行驱动，同时软启动对象的输出信号作为被控量经由反馈环节输入至外部控制器，作为外部控制器负反馈功能的比较量，外部控制器内运行所述的一种带外部控制负反馈调节功能的线性软启动控制方法。

技术总结
本发明提供了一种带外部控制负反馈调节功能的线性软启动控制方法及系统，由软启动装置的外部控制器实现，反馈信号的比较量为软启动对象的输出端信号，通过设定的控制方法实现软启动及软关过程更加线性、准时，实际输出斜坡与设定斜坡一致。所述的控制方法包括如下：软启动阶段：外部控制器按照设定的启动斜坡进行软启动，通过引入负反馈控制，实现启动过程负载呈线性输出，与设定的启动斜坡的斜率和软启动时间相同。稳定运行阶段：外部控制器按照设定的输出值，通过负反馈方式控制输出稳定。软关阶段：外部控制器按照设定的关断斜坡进行软关，通过引入负反馈控制，实现关断过程负载输出呈线性，与设定的关断斜坡的斜率和软关时间相同。间相同。间相同。


技术研发人员：赵子军 高阳
受保护的技术使用者：鞍山科德轧辊表面处理有限公司
技术研发日：2023.04.25
技术公布日：2023/8/9