一种提高磁控管输出功率稳定性的控制方法及系统与流程

本发明涉及磁控管技术领域，具体涉及一种提高磁控管输出功率稳定性的控制方法及系统。

背景技术：

随着社会经济与科技的发展，磁控管微波源得到了越来越广泛地应用，现有的微波源方案中，主要通过控制阳极电压、阳极电流的方法，来达到控制磁控管输出功率的目的。但是磁控管是通过磁场与电场之间的复杂相互作用产生微波输出，其磁场场强、阳极电压、阳极电流之间存在近似的公式：

$U_a=\frac{1884B(r_a^2-r_K^2)}{N\mathrm{\λ}}-\frac{8.08\×{10}^7{r}_a^2}{N^2{\mathrm{\λ}}^2{(1+\frac{21300}{N\mathrm{\λ}B})}^2}+{\[\frac{2900I_{a}NB{(r_a-r_K)}^4}{\sqrt{u_a}{h}_a{r}_a^2}\]}^{2/3};$

一般来说影响磁控管功率输出的主要因素是其磁场强度、阳极电压和阳极电流。其中，控制阳极电压、阳极电流的方法只能粗略的控制磁控管输出功率，无法达到精度控制稳定输出的目的。尤其是在磁控管微波源长期使用后，磁控管永磁铁退磁导致磁场场强变弱，此时如果只是单纯地控制阳极电压、阳极电流，磁控管微波源输出功率的一致性将大打折扣，所以，对微波源输出功率影响最大的是磁场强度的变化。

由于磁控管使用永磁铁提供磁场场强，随着磁控管的使用时间推移，永磁铁会出现退磁现象，磁场场强减弱，因此，磁控管微波源不仅存在输出功率的稳定度不高，而且，长期工作后一致性差。

技术实现要素：

针对磁控管微波源输出功率稳定度不高，及长期工作一致性差的问题，本申请提供一种提高磁控管输出功率稳定性的控制方法及系统。

根据第一方面，一种实施例中提供一种提高磁控管输出功率稳定性的控制方法，包括步骤：

预设磁控管输出功率检测点，标定磁控管在所述输出功率检测点处的工作阳极电压和阳极电流；

校准所述功率检测点处的实际工作阳极电压和阳极电流是否与所述标定的工作阳极电压和阳极电流一致，若不一致，基于PID控制补偿磁控管在所述功率检测点处的磁场场强，根据补偿后的磁场场强调节所述实际工作阳极电压和阳级电流。

一种实施例中，预设磁控管输出功率检测点，标定磁控管在输出功率检测点处的工作阳极电压和阳极电流，具体包括步骤：

设定输出功率检测点的输出功率；

获取磁控管在输出功率检测点处的实际工作阳极电压和阳极电流；

计算磁控管在输出功率检测点处的实际输出功率；

判断所述实际输出功率是否稳定：判断设定的输出功率与实际输出功率的差值的绝对值是否小于预设值，若小于预设值，则实际输出功率稳定；

标定磁控管在输出功率检测点的工作阳极电压和阳极电流。

一种实施例中，标定磁控管在输出功率检测点处的工作阳极电压和阳极电流，还包括步骤：将标定的工作阳极电压与阳极电流一一对应的存储于标定表。

一种实施例中，预设值为设定的输出功率的1‰。

一种实施例中，校准功率检测点处的实际工作阳极电压和阳极电流是否与标定表中的工作阳极电压和阳极电流一致，若不一致，基于PID控制补偿磁控管在功率检测点处的磁场场强，根据补偿后的磁场场强调节实际工作阳极电压和阳级电流，具体包括步骤：

获取磁控管在功率检测点处的实际工作阳极电压和阳极电流；

判断实际工作阳极电压和阳极电流是否与标定表中的工作阳极电压和阳极电流一致；

若不一致，将实际工作阳极电压反馈于PID控制器，通过PID控制器计算出调节电压，并将调节电压输入至电磁铁可调电源；

电磁铁可调电源获取调节电压后产生补偿场强，将补偿场强输入至磁控管；

磁控管根据补偿后的场强调节实际工作阳极电压和阳极电流。

根据第二方面，一种实施例中提供一种提高磁控管输出功率稳定性的控制系统，包括磁控管，还包括，中央控制模块、标定模块、检测模块和校准模块；

中央控制模块用于预设磁控管输出功率检测点并设定输出功率检测点的输出功率；

标定模块用于标定磁控管在输出功率检测点处的工作阳极电压和阳极电流，并形成阳极电压与阳极电流一一对应的标定表；

检测模块用于检测磁控管在功率检测点处的实际工作阳极电压和阳极电流；

校准模块用于校准功率检测点处的实际工作阳极电压和阳极电流是否与标定表中的工作阳极电压和阳极电流一致，若不一致，基于PID控制补偿磁控管在功率检测点处的磁场场强；

磁控管用于根据补偿后的磁场场强调节与标定表中的工作阳极电压和阳极电流不一致的实际工作阳极电压和阳级电流。

一种实施例中，标定模块包括第一获取单元、计算单元、第一判断单元、标定单元和反馈单元；

第一获取单元用于获取检测模块检测的磁控管在输出功率检测点处的实际工作阳极电压和阳极电流；

计算单元用于计算磁控管在输出功率检测点处的实际输出功率；

第一判断单元用于判断设定的输出功率与实际输出功率的差值的绝对值是否小于预设值；

若小于预设值，则标定单元用于将检测的实际工作阳极电压和阳极电流标定为磁控管在输出功率检测点处标定的工作阳极电压和阳极电流，并用于将阳极电压与阳极电流一一对应的存储于标定表；

反馈单元用于向中央控制模块反馈已标定的信息。

一种实施例中，校准模块包括第二获取单元、第二判断单元、PID控制单元和电磁铁可调电源；

第二获取单元用于获取所述检测模块检测的磁控管在输出功率检测点处的实际工作阳极电压和阳极电流；

第二判断单元用于判断实际工作阳极电压和阳极电流是否与标定表中的工作阳极电压和阳极电流一致；

若不一致，PID控制单元用于根据实际工作阳极电压的反馈，计算出调节电压，并将调节电压输入至电磁铁可调电源；

电磁铁可调电源用于根据调节电压产生补偿场强，并将补偿场强输入磁控管。

一种实施例中，检测模块包括阳极电压检测电路和阳极电流检测电路。

一种实施例中，阳极电压检测电路为降压电路，阳极电流检测电路包括I/V转换电路。

依据上述实施例的控制方法，由于通过标定磁控管在输出功率检测点的工作阳极电压和阳极电流，在校准的过程中，如果功率检测点处的实际工作阳极电压和阳极电流是否与标定表中的工作阳极电压和阳极电流不一致，基于PID控制补偿磁控管在功率检测点处的磁场场强，磁控管根据补偿后的磁场场强调节实际工作阳极电压和阳极电流，使得实际工作阳极电压和阳极电流与标定的工作阳极电压和阳极电流一致，从而确保磁控管输出功率稳定性，进一步，通过采用补偿磁场场强的方式实现磁控管长期工作一致性。

附图说明

图1为提高磁控管输出功率稳定性的控制方法的流程图；

图2为磁控管标定程序流程图；

图3为磁控管校准程序流程图；

图4为提高磁控管输出功率稳定性的控制系统原理图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

在本发明实施例中，通过补偿磁控管磁场场强达到永磁铁初始场强的强度，从而使磁控管总是工作在相同磁场场强的状态下，达到提高磁控管输出功率稳定性及确保磁控管长期稳定工作的目的。

实施例一：

本例提供一种提高磁控管输出功率稳定性的控制方法，其流程图如图1所示，具体包括如下步骤。

S100：预设磁控管输出功率检测点，标定磁控管在输出功率检测点处的工作阳极电压和阳极电流。

根据磁控管输出功率由低至高依次设置多个检测点，再标定磁控管在各个输出功率检测点处的工作阳极电压和阳极电流，为后续方便获取标定的工作阳极电压和阳极电流，本例还将各个输出功率检测点的阳极电压与阳极电流一一对应的存储于标定表中。

标定磁控管在各个输出功率检测点处的工作阳极电压和阳极电流的标定程序具体包括如下步骤，其流程图如图2所示。

1)设定输出功率检测点的输出功率；

2)获取磁控管在输出功率检测点处的实际工作阳极电压和阳极电流；

3)计算磁控管在所述输出功率检测点处的实际输出功率；

本步骤中，根据实际工作阳极电压和阳极电流计算磁控管在该输出功率检测点处的实际输出功率；

4)判断实际输出功率是否稳定；

即，判断所述设定的输出功率与实际输出功率的差值的绝对值是否小于预设值，该预设值为设定的输出功率的1‰，即判断实际输出功率的波动小于设定的输出功率的1‰时，则认为该输出功率检测点的实际输出功率稳定，若不稳定，标定程序中止。

5)标定磁控管在输出功率检测点的工作阳极电压和阳极电流；

则将获取的实际工作阳极电压和阳极电流标定为磁控管在输出功率检测点处的工作阳极电压和阳极电流，也即完成了磁控管在该输出功率检测点处的工作阳极电压和阳极电流的标定工作。

6)判断该输出功率检测点是否是最后一个检测点，若不是，继续重复步骤1)-5)标定下一个检测点；

直至完成所有输出功率检测点的工作阳极电压和阳极电流的标定，标定程序完成，同时，将标定的工作阳极电压与阳极电流一一对应的存储于标定表中；如果标定过程中，某个输出功率检测点在规定时间内实际输出功率无法达到稳定值，即磁控管的实际输出功率波动无法达到小于设定的输出功率的1‰，标定程度自动中止。

S200：校准输出功率检测点处的实际工作阳极电压和阳极电流是否与标定的工作阳极电压和阳极电流一致，若不一致，基于PID控制补偿磁控管在功率检测点处的磁场场强，根据补偿后的磁场场强调节实际工作阳极电压和阳级电流。

步骤S200中的校准程序具体包括如下步骤，其流程图如图3所示。

1)获取磁控管在功率检测点处的实际工作阳极电压和阳极电流；

2)判断实际工作阳极电压和阳极电流是否与标定表中的工作阳极电压和阳极电流一致；

3)若不一致，将实际工作阳极电压反馈于PID控制器，通过PID控制器计算出调节电压，并将调节电压输入至电磁铁可调电源；

4)电磁铁可调电源获取所述调节电压后产生补偿场强，将所述补偿场强输入至所述磁控管；

5)磁控管根据补偿后的场强调节实际工作阳极电压和阳极电流。

重复步骤1)-5)直到将实际工作阳极电压和阳极电流调节成与标定的工作阳极电压和阳极电流一致，该输出功率检测点的校准结束，依次类推，校准所有输出功率检测点，以控制磁控管在所有输出功率检测点输出稳定的功率，另外，通过补偿磁控管磁场场强的方式调节阳极电压和阳极电流，可确保磁控管长期工作的稳定性和一致性。

实施例二：

基于实施例一，本例提供一种提高磁控管输出功率稳定性的控制系统，其原理图如图4所示，包括磁控管1、中央控制模块2、标定模块3、检测模块4和校准模块5。

中央控制模块2用于预设磁控管输出功率检测点并设定输出功率检测点的输出功率；进一步，中央控制模块2与外置的人机交互界面6串口通讯，操作人员通过人机交互界面6设定磁控管1输出功率检测点及输出功率，人机交互界面6将操作人员设定的输出功率检测点及输出功率传输至中央控制模块2，中央控制模块2控制标定模块3运行内设的标定程序，通过标定模块3标定磁控管1在输出功率检测点处的工作阳极电压和阳极电流。

进一步，标定模块3包括第一获取单元31、计算单元32、第一判断单元33、标定单元34和反馈单元35；第一获取单元31用于获取检测模块4检测的磁控管1在输出功率检测点处的实际工作阳极电压和阳极电流；计算单元32用于计算磁控管1在输出功率检测点处的实际输出功率；第一判断单元33用于判断设定的输出功率与实际输出功率的差值的绝对值是否小于预设值，该预设值为设定的输出功率的1‰；若小于预设值，则标定单元34用于将检测的实际工作阳极电压和阳极电流标定为磁控管1在输出功率检测点处的工作阳极电压和阳极电流，并用于将阳极电压与阳极电流一一对应的存储于标定表中；反馈单元35用于向中央控制模块2反馈已标定的信息，中央控制模块2再控制标定模块3对下一个输出功率检测点进行标定；如果，某个输出功率检测点在规定时间内实际输出功率无法达到稳定值，即磁控管1的实际输出功率波动无法达到小于设定的输出功率的1‰，中央控制模块2控制标定模块3中止运行标定程序，并通过人机交互界面6显示给操作人员自动标定失败信息，由操作人员进行检修、调整，待调整完成后，中央控制模块2再重新控制标定模块3进行自动标定。

检测模块4用于检测磁控管1在功率检测点处的实际工作阳极电压和阳极电流；进一步，检测模块4包括阳极电压检测电路和阳极电流检测电路，阳极电压检测电路为降压电路，阳极电压检测电路检测阳极电压时，通过等比例降压，使超高压降至安全低压范围，阳极电流检测电路包括I/V转换电路，将阳极电流信号转换为可检测的电压信号，并将检测的电压值实时反馈给标定模块3和校准模块5。

校准模块5用于校准功率检测点处的实际工作阳极电压和阳极电流是否与标定的工作阳极电压和阳极电流一致，若不一致，基于PID控制补偿磁控管1在功率检测点处的磁场场强；进一步，校准模块5包括第二获取单元51、第二判断单元52、PID控制单元53和电磁铁可调电源54；第二获取单元51用于获取检测模块4检测的磁控管1在输出功率检测点处的实际工作阳极电压和阳极电流；第二判断单元52用于判断实际工作阳极电压和阳极电流是否与标定表中的工作阳极电压和阳极电流一致；若不一致，PID控制单元53用于根据实际工作阳极电压的反馈，计算出调节电压，并将调节电压输入至电磁铁可调电源54；电磁铁可调电源54用于根据调节电压产生补偿场强，并将补偿场强输入磁控管1，磁控管1用于根据补偿后的磁场场强调节与标定的工作阳极电压和阳极电流不一致的实际工作阳极电压和阳级电流。

校准模块5对所有输出功率检测点一一校准时，标定单元34还用于记录校准时电磁铁可调电源54所需的补偿功率，并形成功率补偿表，根据功率补偿表拟合出电磁铁可调电源54的功率补偿曲线，校准模块5将校准的正常信息反馈给中央控制模块2，中央控制模块2接收到校准正常信息后，完成校准程序，通过人机交互界面6显示给操作人员校准完成信息；在特殊情况下，如果中央控制模块2超时未接收到校准正常信息，中央控制模块2将切断供电电源，并通过人机交互界面6报警，操作人员进行相关设备检修。

本例的控制系统通过电磁铁可调电源54补偿磁控管1的磁场场强，使得磁控管1输出稳定的功率，同时，还确保磁控管1长期工作的稳定性和一致性。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。