一种双环反馈控制的浅地表磁性源发射机及其控制方法与流程

技术特征：

1.一种双环反馈控制的浅地表磁性源发射机，其特征在于，包括：直流电源(1)、斩波稳流电路(2)、全桥逆变电路(3)、滤波电路(4)、负载线圈(5)、主控制器(6)、电流采样模块(7)、电压采样模块(8)、从控制器(9)；直流电源(1)经斩波稳流电路(2)、全桥逆变电路(3)、滤波电路(4)与负载线圈(5)连接，斩波稳流电路(2)输出端与电流采样模块(7)相连，滤波电路(4)输出端与电压采样模块(8)相连，负载线圈(5)与电压采样模块(8)并联，电流采样模块(7)、电压采样模块(8)的输出端经主控制器(6)直接与斩波稳流电路(2)连接，主控制器(6)的输出端经从控制器(9)与全桥逆变电路(3)相连。

2.根据权利要求1所述的一种双环反馈控制的浅地表磁性源发射机，其特征在于，斩波稳流电路(2)由开关管VT，二极管D，电感L₁和电容C₁构成，采用buck降压斩波拓扑结构；全桥逆变电路(3)是由四个开关管V₁、开关管V₂、开关管V₃和开关管V₄构成，斩波稳流电路(2)中的电容C₁正端与开关管V₁和开关管V₃的漏极相连，电容C₁的负端与开关管V₂和开关管V₄的源极相连，开关管V₁的源极与开关管V₂的漏极相连于A点，开关管V₃的源极与开关管V₄的漏极相连于B点，使开关管V₁和开关管V₄构成一组桥臂，开关管V₂和开关管V₃构成一组桥臂，且在开关管V₁、开关管V₂、开关管V₃和开关管V₄中的每个开关管两端各自并联一个反馈二极管；滤波电路(4)由滤波电感L₂和滤波电容C₂组成，滤波电感L₂一端与A点相连，滤波电感L₂另一端与滤波电容C₂正极相连，滤波电容C₂负极与B点相连；负载线圈(5)为感性负载，等效为由负载电感L₀与负载电阻R₀串联组成，并且负载线圈(5)与滤波电路(4)的滤波电容C₂并联。

3.根据权利要求2所述的一种双环反馈控制的浅地表磁性源发射机，其特征在于，主控制器(6)由稳流环路(6-A)和电压保护及稳压环路(6-B)组成，稳流环路(6-A)是由均值计算模块(6-1)经频率补偿器A(6-2)和选择控制器(6-3)与比较器A(6-5)连接、三角波发生器A(6-4)与比较器连接构成的，电流采样模块(7)与均值计算模块(6-1)连接，比较器A(6-5)与斩波稳流电路(2)连接，选择控制器(6-3)与从控制器(9)连接；电压保护及稳压环路(6-B)包括比较器B(6-6)、频率补偿器B(6-7)和工作参数设置单元(6-8)，比较器B(6-6)、频率补偿器B(6-7)、工作参数设置单元(6-8)分别与稳流环路(6-A)中的选择控制器(6-3)连接，工作参数设置单元(6-8)又经过比较器B(6-6)与稳流环路(6-A)中的选择控制器(6-3)连接，比较器B(6-6)和频率补偿器B(6-7)又分别和电压采样模块(8)连接。

4.根据权利要求3所述的一种双环反馈控制的浅地表磁性源发射机，其特征在于，所述的从控制器(9)包括三角波发生器B(9-1)、比较器(9-3)、两个反相器和四路输出(9-4)，三角波发生器B(9-1)与比较器C(9-3)连接，比较器C(9-3)经四路输出(9-4)与全桥逆变电路(3)中的开关管V₁栅极连接，比较器C(9-3)经四路输出(9-4)与全桥逆变电路(3)中的开关管V₄栅极连接，比较器C(9-3)经过一个反相器和四路输出(9-4)与全桥逆变电路(3)中的开关管V₂栅极连接，比较器C(9-3)经过另一个反相器和四路输出(9-4)与全桥逆变电路(3)中的开关管V₃栅极连接，主控制器(6)中的选择控制器(6-3)与比较器C(9-3)连接。

5.一种双环反馈控制的浅地表磁性源发射机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：向主控制器(6)的工作参数设置单元(6-8)设定发射机发射电流值I_set、发射频率f₀和发射电流波形，设定发射机最大工作电压U_max，设置选择控制器(6-3)脉宽调制载波比N₁、N₂；

第二步：主控制器(6)根据设置的参数，确定安全电压值U_set，确定的原则为：U_set为发射机直流电源(1)正常工作电压U和发射机最大工作电压U_max的平均值，取

第三步：主控制器(6)通过电压采样模块(8)实时采集滤波电路(4)滤波电容C₂处的实际电压值U_AV送入电压保护及稳压环路(6-B)，U_set与U_AV送入比较器B(6-6)，通过比较生成一种脉宽调制信号并送入选择控制器(6-3)中，U_AV通过频率补偿器B(6-7)传输至选择控制器(6-3)，通过电流采样模块(7)实时采集流过斩波稳流电路(2)电感L₁的电流并送入稳流环路(6-A)，通过均值计算模块(6-1)、频率补偿器A(6-2)得到电流平均值I_AV并送入选择控制器(6-3)，选择控制器(6-3)根据步骤一中设定的参数，按照设定的控制规则，选择输出正弦信号a和正弦信号b，正弦信号b作为从控制器控制信号发送至从控制器(9)，三角波发生器B(9-1)根据设定的载波比N₁以及公式其中f_c1为载波频率即三角波发生器B(9-1)发出的三角波B的频率，f_r1为调制信号频率即正弦信号b频率，确定出三角波B的频率f_c1，发出具有相应频率f_c1的三角波B，三角波B与从控制器控制信号即正弦信号b共同输入到比较器C(9-3)，比较器C(9-3)通过比较，输出PWM调制信号并将PWM调制信号发送至全桥逆变电路(3)，控制全桥逆变电路(3)中开关管V₁、开关管V₂、开关管V₃、开关管V₄的各自的导通时间，通过调节上述四个开关管各自的导通时间来调节和稳定不同发射频率下流过负载线圈(5)的电流；

第四步：三角波发生器A(6-4)根据步骤一中设定的载波比N₂及公式其中f_c2为载波频率即三角波发生器A(6-4)发出的三角波A的频率，f_r2为调制信号频率即正弦信号a频率，确定出三角波A的频率f_c2，发出具有相应频率f_c2的三角波A，该三角波A与正弦信号a共同输入到A(6-5)通过比较器A(6-5)比较，输出PWM调制信号，控制斩波稳流电路(2)开关管VT的导通和关断，从而控制斩波稳流电路(2)输出电压，即全桥逆变电路(3)的母线电压，来间接调节流过负载线圈(5)的电流。

6.按照权利要求5所述的一种双环反馈控制的浅地表磁性源发射机，其特征在于，第三步中所述的设定的控制规则包括：先将输出电压U_AV与安全电压U_set进行比较：当U_AV大于安全电压值U_set时，主控制器(6)通过电压保护及稳压环路(6-B)控制磁性源发射机滤波电容C₂的输出电压，将其限制在U_set；当U_AV小于或等于安全电压值U_set时，则主控制器(6)进行频率检测，对实际发射频率f与设定发射频率f₀进行比较：当实际发射频率f大于或等于设定发射频率f₀时，通过稳流环路(6-A)和从控制器(9)控制发射频率f并使其稳定在f₀；当实际发射频率f小于设定发射频率f₀时，主控制器(6)通过稳流环路(6-A)控制流过负载线圈(5)电流幅值并使输出电流平均值稳定在I_set。