一种基于滑模控制的调光器恒流控制方法与流程

k3×
sign(s(t))，式中u(t)为当前时刻的控制输出；e(t-δt)为上次采样形成的偏差；s(t)为当前时刻滑模变量值，其表述为s(t)＝e(t)-e(t-δt)+c
×
e(t)；sign(s(t))为当前时刻的符号函数值。
23.进一步的，所述s4包括以下步骤：
24.s41：先设定k1＝1，同时赋一个较大c值，而k2＝k3＝0，观测仿真或实验波形；
25.s42：如若有一定跟踪趋势但超调较大，则保持c的值不变的同时逐渐加大k1和k3的值；
26.s43：根据步骤s42，如调节效果趋于跟踪输入，则保持k1，k3，c参数值不变，逐渐加大k2值，直至观测仿真或实验波形达到预期目标。
27.本发明所具有的优点和有益效果是：
28.本发明一种基于滑模控制的调光器恒流控制方法，由于引入了滑模控制，因此响应快速，对应参数变化及扰动不灵敏，无需系统在线辨识、物理实现简单。本发明方法可以提高输入功率因数、改善输出波形品质、提高恒流调光器的稳定性和实时性。
附图说明
29.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述：
30.图1为正弦波恒流调光器的控制系统框图；
31.图2为一种基于滑模控制的调光器恒流控制方法流程图；
32.图3为容性开路测试模拟电路示意；
33.图4为一种基于滑模控制的调光器在动态容性开路时的测试波形；
34.图5为一种基于滑模控制的调光器在感性负载100％至50％切换时的测试波形；
35.图6为一种基于滑模控制的调光器在70ω和140ω负载时的电流输出波形。
具体实施方式
36.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
37.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本技术。
38.如图1所示的正弦波恒流调光器控制系统，通常传统的控制算法大多采用pi(pid)，但正弦波恒流调光器控制系统本身系统模型结构不确定、负载变化等随机干扰频繁等因素，使得系统在运行中时常出现调整不及时、谐波成分大、功率因素偏低等现象，严重影响机场助航灯光的供电品质，因此，本技术提供一种基于滑模控制的调光器恒流控制方法，用以提高恒流调光器的稳定性和实时性。
39.需要说明的是，本技术提供的恒流控制方法针对机场助航灯光调光器设计，但其应用场景不局限于机场助航灯光调光器，如图2所示，该方法包括以下步骤：
40.s1：获取h桥超前臂和滞后臂一个较小的占空比；
41.s2：获取滑膜控制的偏差信号e和滑膜变量s；
42.s3：获得基于滑膜控制的调光器恒流控制器输出u；
43.s4：基于滑膜控制调光器恒流控制参数整定。
44.进一步的，步骤1包括以下步骤：
45.s11：初始设定h桥超前臂和滞后臂一个较小的占空比，初选8％左右。
46.s12：根据所测电流与目标电流计算出实际调节占空比，具体实现按照分步进行，步数选择范围20～30步，以逐次逼近的方式达到目标占空比。
47.进一步的，步骤2包括以下步骤：
48.s21：取e为偏差(跟踪偏差/系统偏差)，e＝检测的相关物理信号-期望的指令信号(设定值)，这里的偏差体现为根据实测电压，电流，负载特性等参数综合计算出系统当前状态对应的占空比与分步占空比的差值。
49.s22：计算偏差变化值δe，δe＝本次形成的偏差-上次采样形成的偏差。
50.s23：根据系统要求，取滑模变量s＝δe+c
×
e，c为待整定参数。
51.s24：确定符号函数sign(s)范围，根据滑膜变量取值，其具体为：当s＞0时，sign(s)＝1；当s＜0时，sign(s)＝-1；当s＝0时，sign(s)＝0。
52.进一步的，步骤3包括以下步骤：
53.s31：根据步骤2的参数获得滑模控制表达式为u＝-k1×
s-k2×
δe-k3×
sign(s)，式中k1，k2，k3，c为待整定参数，
54.s32：将滑模控制表达式近似离散化为：u(t)＝-k1×
s(t)-k2×
(e(t)-e(t-δt))-k3×
sign(s(t))，式中u(t)为当前时刻的控制输出；e(t-δt)为上次采样形成的偏差；s(t)为当前时刻滑模变量值，其表述为s(t)＝e(t)-e(t-δt)+c
×
e(t)；sign(s(t))为当前时刻的符号函数值。
55.进一步的，步骤4包括以下步骤：
56.s41：先设定k1＝1，同时赋一个较大c值，而k2＝k3＝0，观测仿真或实验波形；
57.s42：如若有一定跟踪趋势但超调较大，则保持c的值不变的同时逐渐加大k1和k3的值；
58.s43：根据步骤s42，如调节效果趋于跟踪输入，则可保持k1，k3，c参数值不变，逐渐加大k2值，直至观测仿真或实验波形达到预期目标。
59.本发明由于引入了滑模控制，响应快速，对应参数变化及扰动不灵敏，可以提高输入功率因数、改善输出波形品质、提高恒流调光器的稳定性和实时性。
60.1.容性负载情况下：
61.如图3所示，图3为容性开路测试模拟电路示意，系统除控制参数外的参数设置如下：输入的正弦交流输入电压vms＝380v，信号的有效值为220v，频率为f＝50hz，rl＝114ω，电容c＝7uf。
62.首先将开关s位于位置1处，调光器调制5级光，输出电流有效值ims＝6.6a，此时闭合s至位置2处。调光器在检测到负载突变，立刻收敛占空比至0，尝试恢复输出后，在1个周期内(20ms)检测到负载容性开路，彻底关断输出，并报警。电流波形如图4。从图4中可以看出，采用滑膜控制技术，系统在容性负载(断路)的情况下，经过2个采样周期后跟踪输入，进入系统关断状态。系统调整过程电流的最大值为20.31ma，最小值为3.125ma，均方值为
12.03ma，2个采样周期后，系统输出稳定。
63.2.感性负载的情况下：
64.系统除控制参数外的参数设置如下：交流输入电压vms＝380v，电网频率f＝50hz，初始负载为感性满载7.5kw，负载滞后功率因数pf＝0.6。将调光器开至5级光，输出电流有效值ims＝6.6a，此时将50％的负载通过外置开关瞬间短路。调光器检测到负载突变后，立刻缩小输出占空比，电流冲击可控，在8个周期后输出再次达到稳定的目标电流。波形如图5所示。从图5中可以获得系统调整过程中电流的最大值为17.14a，最小值为-18.30a，2个采样周期后，系统输出稳定6.6a。
65.3.阻性负载情况下：
66.系统除控制参数外的参数设置如下：交流输入电压vms＝380v，电网频率f＝50hz，初始负载为阻性负载70欧姆和140欧姆，占空比从0调制100％，系统的输出如图6所示。采用滑膜控制技术，系统输出波形接近于平滑的输入正弦波，在不容占空比的情况下，很好的保证了输出电流的稳定，在调光器开至5级光，输出电流有效值ims＝6.6a。
67.以上所述实施例仅表达了本技术的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。