专利名称：发生器输出的预测控制的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及具有可编程输出的发生器，特别是涉及使用数字采样技术来控制可编程输出的发生器。
当传统的发生器控制技术可以被用来提供具有脉冲性能的可编程输出时，那些技术不具有扩展数字采样控制回路的操作范围的能力。同样地，传统的发生器控制电路需要昂贵的高性能数字或者模拟技术才能提供具有快速的瞬变次数的脉冲输出。
如以下更加详细描述的，该可编程输出包括一个具有相应设定点的输出电平。发生器具有一个驱动输入，它被驱动到一个实际的驱动点来控制可编程输出的输出电平。确定一个对应于需要的输出电平的设定点。然后确定一个预测驱动点。发生器驱动输入的实际驱动点被强制到预测驱动点。接着检测可编程输出的输出电平。产生一个表示检测的输出电平的数字输出信号。依据数字输出信号控制发生器驱动输入的实际驱动点，由此控制可编程输出的输出电平。然后保存与需要输出电平相对应的实际驱动点。
为了更加完整的理解本发明以及它的目的和优点，需要参考下面的说明书和附图。
参考图2，其表示根据本发明一种预测控制电路20与发生器22组合的目前优选实施例。尽管本发明被表示和描述为控制一种电化学沉淀(ECD)发生器22，可以知道，控制电路20的这个应用只是示范性的并且发生器22可以是任何可控制的功率源。通过预定的一组顺序阶跃循环可编程输出24，预测控制电路20进行运行。在优选实施例中一个顺序阶跃是一个100usec的最小值，然而本发明包含变量和固定时间段以及大于或小于100usec时间段。如
图1表示那样，每个顺序阶跃通过一个顺序点和一个设定点来定义。在目前优选实施例中，与顺序点有关的设定点被保存在顺序点阵列26中。然而，本发明的范围包含把设定点保存在离散存储位置也接收与顺序阶跃无关的设定点。与顺序点阵列26耦合的是一个顺序点控制器28，用来确定与特定的顺序点或需要的输出一致的设定点。顺序点控制器28提供设定点、相应的顺序点或需要的输出给驱动点控制器30和回路控制器32。
驱动点控制器30确定一个驱动信号31提供给回路控制器32。在优选实施例中，驱动点控制器30使用由顺序点控制器28提供的顺序点来确定一个预测驱动信号并提供给回路控制器32。该驱动信号由保存在预测存储器中的驱动点来描述。在该优选实施例中，驱动点阵列34用来保存与顺序点一致的驱动点。本发明的范围另外考虑使用设定点或需要的输出或者与顺序点组合或者单独来确定一个适当的驱动信号。驱动点控制器30也更新保存在驱动点阵列34中的驱动点信息。在从一个顺序阶跃转换到下一个顺序阶跃之前，驱动点控制器30根据测量的驱动信号来更新驱动点阵列34。本发明的范围包括根据测量的驱动信号的其它表示来更新驱动点阵列34，该表示包括统计表示例如分组平均值、峰值、最小值和平均伍。虽然在本优选实施例中，只有与顺序阶跃一致的驱动点被更新，可以想象，驱动点控制器30可以更新驱动阵列34中所有的驱动点。更新的驱动点值可以从测量的驱动信号中内插，使用例如一种线性或最小二乘方插值方案。另外，可以想象，只有驱动值的子集可以被更新，例如那些大致与设定点一致的值，该设定点与顺序阶跃有关。
一旦驱动信号已经被驱动给预测驱动点，回路控制器32给可编程输出24提供闭合回路控制。在本优选实施例中，回路控制器32是一个比例-积分-微分(PID)控制器，它是在摩托罗拉(Motorola)56303数字信号处理器中实现。本领域的技术人员将知道本发明可以使用其它控制器配置。使用一种反映该处理器功能的模拟逻辑阵列或逻辑元件来替换数字信号处理器也是在本发明的范围内。回路控制器32使用从顺序点控制器28中接收的设定点作为参考输入。转换的信号输入36与参考输入进行比较，信号输入36是可编程输出24的数字表示，响应其比较回路控制器32产生驱动信号31。对于本领域的技术人员来说它是公知的，即，使用信号数字转换的控制回路一般包括一个延时，该延时限定回路的时间响应。限定的控制回路的时间响应在具有脉冲输出的系统中特别麻烦。在这样的系统中，控制回路驱动输出的性能受到时间响应的限定，产生期望的快速脉冲输出上升和下降边缘。如前面所述，围绕时间响应限定的传统系统设计或者使用一种模拟控制回路或者一种高性能数字控制回路(如果它足够快)并伴随着附加费和规模费。
本发明通过驱动回路控制器输出给预测驱动点来解决时间响应限定，该预测驱动点强制可编程输出24到大致期望的设定点。为了最小化可编程输出24的不良过冲和欠度，在本优选实施例中回路控制器32的响应被变慢。
响应于驱动信号31，发生器22转换输入功率到可编程输出24。通过改变驱动信号31的驱动点，由发生器22执行的输入功率转换得到控制。可编程输出24相对于输入功率的转换率由一个转换函数来描述。与本优选实施例联合使用的发生器22的转换函数是一个复杂的非线性比率，包括输入功率的倒数。由于转换函数非线性，计算用于给出的输入功率和期望的可编程输出的预测驱动点是困难的。另外，来自温度的增益漂移和操作点变化，及负载变化，进一步增加计算驱动点的复杂性。本发明的优选实施例通过保存得到的驱动点来避免必须精确计算预测驱动点的复杂性，同时可编程输出24由回路控制器32来控制。
传感器电路40采样可编程输出24和检测输出24的电气特性例如电压、电流、功率和相位。采样输出被耦合到信号转换器38来转换为数字信号。在该优选实施例中，一种运行在200KHZ下摩托罗拉模拟到数字转换器被用作信号转换器38。然而，本发明的范围包含使用其他用于转换模拟信号到数字信号的设备。
另外参考图3，将描述预测控制回路20的操作。图3表示了可编程输出24的一种示范波形。在时间零点，回路控制器32积极地调节可编程输出24到一个输出电平X1，它与用于顺序阶跃或需要输出电平的设定点相一致。回路控制器32继续调节输出24直到达到波形的点B1。在点B1时，从回路控制器32中输出的驱动点被保存在驱动点阵列34中。与下一个顺序阶跃或下一个需要输出电平相一致的驱动点从预测存储器中恢复并用来强制驱动信号到一个值，该值使得可编程输出24跟踪从点B1到A2的期望的转换。通过强制驱动信号，回路控制器响应中固有的延时被避免，所以可编程输出24的上升时间只由发生器22响应驱动信号31变化的时间来限定。从点A2开始，回路控制器32又积极地调节可编程输出24到设定点，它与相应的顺序阶跃或需要的输出电平相一致。在点B2时，驱动点又被保存在驱动点阵列34内的预测存储器中。与下一个顺序阶跃相一致的驱动点从预测存储器中恢复并用来强制驱动输入到一个电平，该电平驱动可编程输出24到期望的电平。
参考图4，其表示了产生脉冲输出的程序。在步骤42，确定与顺序阶跃或需要输出电平相一致的设定点。接着，在步骤44确定与顺序阶跃或者设定点相一致的预测驱动点。在步骤46强制驱动信号31的实际驱动点到预测驱动点。在步骤48，可编程输出24的控制接着被移交给回路控制器32。回路控制器32比较可编程输出24的数字表示和设定点，该设定点与顺序阶跃或需要输出电平相一致。在步骤50，向着顺序阶跃的端点，驱动信号31的实际驱动点被保存。在本优选实施例中，预测驱动点用在步骤50中得到的实际驱动点更新。它是在本发明的范围内，即，从预测驱动点和实际驱动点中计算统计测量，并保存统计驱动点以便将来用作预测驱动点。在步骤52，程序接着进入下一个顺序阶跃。
参考图5，其表示了用于把预测存储器和顺序存储器联系在一起的几个配置。在第一个配置中，驱动点阵列34a包括设定点和以一种表格方式设置的相应的驱动点。顺序点阵列26a包括对应于每个顺序阶跃的指针，每个指针指向驱动点阵列34a中一个相关的设定点。驱动点阵列34a可以是一种包括预定数量的设定点的固定长度或者驱动点阵列34a可以是动态可扩展的以包括与驱动点相一致的附加设定点。这些附加驱动点的初始值可以从存在的驱动点中内插或可以被初始为一个预定的常数。
除了设定点不是以升序排列外，第二个配置与第一个配置相似。这里，顺序点阵列26b的指针也指向相应的设定点，该设定点保存在驱动点阵列34b中。附加的指针包括在用于每个附加顺序阶跃的顺序点阵列26b中，该阶跃被加到可编程输出24上。
参考图6，其表示根据本发明的教导在预测控制电路20的启动期间的可编程输出24的波形。波形“A”描述预测控制电路20目前优选实施例的软启动特性。当电源初始提供时，控制电路20的操作强制每个顺序阶跃从0开始并倾斜上升到期望设定点，该图示的波形包括13个重复的顺序阶跃。通过从0启动和倾斜上升，耦合到发生器22的负载上的应力被有效的减少。
波形“B”描述预测控制电路20另一个实施例的软启动特性。该图示的波形包括5个重复的顺序阶跃。在这个实施例中，驱动点以一种类似于图5的第一配置中图示的方式被关联到设定点和顺序阶跃。这里，用于每个顺序阶跃的设定点是一样的，导致一种脉动波形。
本发明的预测控制电路扩展了用于具有脉冲输出的发生器的数字采样控制回路的操作范围。该控制电路提供一种具有瞬变时间的输出，该时间由回路控制器中的延时来限定。本发明的技术允许使用相当低性能的数字转换电路元件来产生高性能脉冲输出。
另外，该预测控制电路被设计成使用相对少量的元件，该元件比传统电路中需要的高性能元件更便宜。
因此从上面可以领会到作为本发明的结果，提供一种用于发生器和其它电源装置的控制电路，通过该电路，除了别的之外其主要目的被完全地实现。它将是相当地明显并被考虑到，在图示的实施例中不违背本发明可以进行修改和/或更换。因此清楚的旨意是前述的说明书和附图仅仅图示了优选实施例，而不是限定，参考后附的权利要求和它们的法律等价物来确定本发明的实质和范围。
权利要求
1.一种控制发生器的可编程输出的方法，该可编程输出包括一个具有相应设定点的输出电平，该发生器具有驱动输入，它被驱动到实际的驱动点来控制可编程输出的输出电平，包含以下步骤确定与需要输出电平相一致的设定点；确定与该设定点相一致的预测驱动点；强制实际驱动点大致到预测驱动点；接着控制发生器驱动输入的实际驱动点。
2.根据权利要求1所述的方法，其中可编程输出进一步包括至少一个具有顺序点、输出电平和设定点的顺序阶跃，进一步包含以下步骤确定与该顺序阶跃相一致的需要输出电平；其中该控制步骤适用于剩余的顺序阶跃。
3.根据权利要求2所述的方法，进一步包含以下步骤检测可编程输出的输出电平；产生代表检测的输出电平的数字输出信号；保存与顺序阶跃相一致的实际驱动点；其中控制步骤包括比较设定点和数字输出信号的步骤，由此可编程输出的输出电平得到控制。
4.根据权利要求2所述的方法，其中确定预测驱动点的步骤包含恢复保存的与设定点相一致的驱动点。
5.根据权利要求1所述的方法，其中确定预测驱动点的步骤包含恢复保存的与设定点相一致的驱动点。
6.根据权利要求4所述的方法，其中恢复步骤进一步包括在预测存储器里定位保存的驱动点。
7.根据权利要求3所述的方法，其中保存实际驱动点的步骤进一步包括根据实际驱动点更新预测驱动点。
8.根据权利要求7所述的方法，其中更新预测驱动点的步骤基于实际驱动点的统计测量。
9.根据权利要求8所述的方法，其中统计测量从下组中选择峰值、最小值、滚动平均数和平均值。
10.根据权利要求1所述的方法，其中确定预测驱动点的步骤包含恢复保存的与设定点相一致的驱动点，和其中控制步骤包括比较输出电平的表示和该设定点的步骤。
11.一种用于发生器的控制电路，所说发生器用于调节输入功率来提供具有一个期望时间表的可编程输出信号，该表包括多个顺序阶跃，该发生器具有驱动输入用于驱动可编程输出信号，包含一个耦合到可编程输出信号上的信号转换器，用于产生代表该可编程输出信号的数字输出信号；包括多个预定设定点的顺序存储器，每个所述的设定点表示一个顺序阶跃的期望的电压、电流或功率电平；根据多个设定点可用来产生编程的参考信号的一个顺序点控制器，该编程的参考信号提供期望的时间表的表示；一个回路控制器，其可操作地响应编程的参考信号和数字输出信号的比较而把驱动信号提供给驱动输入，由此可编程输出信号的实际时间表实质上跟踪期望的时间表；包括至少一个驱动点的预测存储器，所述驱动点表示这样的驱动信号，该信号与产生设定点的期望的电压、电流或功率电平相对应；一个驱动点控制器，其可操作地耦合该驱动点到回路控制器以至于该驱动信号被大致驱动到该驱动点。
12.根据权利要求11所述的控制电路，其中可编程输出是可编程电压。
13.根据权利要求11所述的控制电路其中可编程输出是可编程电流。
14.根据权利要求11所述的控制电路，其中可编程输出是可编程功率。
15.根据权利要求11所述的控制电路，其中信号转换器是模拟到数字转换器。
16.根据权利要求11所述的控制电路，其中预测存储器包含一个驱动点阵列。
17.根据权利要求11所述的控制电路，进一步包含一个耦合在信号转换器和可编程输出之间的传感器电路。
18.根据权利要求16所述的控制电路，其中驱动点阵列包括至少一个与每个顺序阶跃相对应的驱动点。
19.根据权利要求16所述的控制电路，其中驱动点阵列包括至少一个与每个设定点相对应的驱动点。
20.根据权利要求16所述的控制电路，其中驱动点代表驱动信号的一种统计测量。
21.根据权利要求11所述的控制电路，其中顺序存储器包含一个顺序点阵列。
22.一种用于发生器的控制电路，所说发生器用于调节输入功率来提供具有一个期望时间表的可编程输出信号，该表包括多个顺序阶跃，该发生器具有用于驱动可编程输出信号的驱动输入，包含一个耦合到可编程输出信号上的模拟到数字转换器，其用于产生代表可编程输出信号的数字输出信号；包括多个预定的设定点的一个顺序点阵列，每个所述的设定点表示一个顺序阶跃的期望的电压、电流或功率电平；根据多个设定点可操作地产生编程的参考信号的一个顺序点控制器，该编程的参考信号提供期望的时间表的表示；一个回路控制器，其可操作地响应编程的参考信号和数字输出信号的比较而把驱动信号提供给驱动输入，由此可编程输出信号的实际时间表实质上跟踪期望的时间表；包括与所述每个顺序阶跃相一致的驱动点的一个驱动点阵列，所述驱动点表示这样的驱动信号，该信号与产生设定点的期望的电压、电流或功率电平相对应；一个驱动点控制器，其可操作地耦合该驱动点到回路控制器以至于该驱动信号被大致驱动到该驱动点。
全文摘要
本控制电路和方法扩展了数字采样控制回路的操作范围。发生器的可编程输出得到控制。可编程输出包括具有相应设定点的输出电平。发生器具有一个驱动输入,它被驱动到一个实际的驱动点来控制可编程输出的输出电平。确定一个与需要的输出电平相对应的设定点。接着确定一个预测驱动点。发生器驱动输入的实际驱动点被强制到预测驱动点。检测可编程输出的输出电平。产生一个表示检测的输出电平的数字输出信号。根据该数字输出信号,控制发生器驱动输入的实际驱动点,由此可编程输出的输出电平得到控制。接着保存与需要的输出电平相对应的实际驱动点。
文档编号G05B21/02GK1351289SQ01143649
公开日2002年5月29日 申请日期2001年10月11日 优先权日2000年10月11日
发明者安东尼·R·A·基恩, 丹尼尔·M·吉尔 申请人:Eni技术公司