本发明专利技术公开了一种基于有限状态机的采样保持控制策略的实现方法，属于电流调制领域。确定有限状态机采样保持控制策略的各工作状态；依据采样保持控制策略的原理，确定各工作状态之间的转换顺序及转换条件；根据各工作状态之间的转换顺序及条件，确定设计有限状态机的输入和输出信号；仿真验证分析设计有限状态机各工作状态的转换顺序和时机是否与设定相符；依据验证后的有限状态机的输入和输出信号设计硬件电路。本发明专利技术易于理解、实现和修正，控制更加便捷；若要对调制方式、电路功能等进行增加与完善，可以在原有有限状态机的基础上修改状态或状态转换条件即可，其拓展性能强，无需进行重新设计，可扩展性强，提高了实现效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种采样保持控制策略的实现方法，具体讲是一种，属于电流调制领域。
技术介绍
磁悬浮轴承(简称磁轴承)利用可控电磁力对转子各自由度的位移进行控制，实现对转子的悬浮定位，因而具有低摩擦、低损耗、高转速、无需润滑等优点。在磁轴承的控制系统中，开关型功率放大器(简称开关功放)的作用就是将控制信号转换成线圈中具有驱动能力的电流信号，在磁轴承控制系统中属于执行机构，起着关键作用。除磁轴承铁心外，磁轴承系统的主要损耗由开关功放产生，其引入电流振荡的固有特点是引起损耗的主要原因，因此降低电流振荡是磁轴承开关功放设计中的关键问题之一。经研宄发现，电流三态调制技术能够很好地满足磁轴承系统对开关功放的要求，其中包括有三态脉宽调制(PWM)、三态滞环比较、三态采样保持等诸多控制策略。采用采样保持策略的开关功放具有控制简单、动态响应快、频带宽、受负载影响小等优点，能够很好地适用于磁轴承控制系统。当然，由于采样保持控制策略为电流调制的一种方式，因此也可以广泛应用在诸多电流调制的电力电子功率变换器中。三态调制的采样保持控制策略是一种逐周期调整的控制方法，目的在于控制实际电流实时跟踪给定信号，其原理是:在每个采样时钟的上升沿，采样保持器检测电流跟踪误差的极性，触发相应的功率器件，此时开关功放处于储能状态(充电)或能量回馈状态(放电)来跟踪给定信号，这种状态一直持续到下一个误差极性信号跳变的产生或本周期的结束；若在同一个周期内误差极性已经跳变，则开关功放切换到能量续流状态。以往，实现该调制过程的方法是通过两级D触发器以及组合逻辑电路来实现的，虽然大量的实践证明了该方法的有效性，但是由于时序逻辑与组合逻辑相结合的电路复杂性，使得电路工作原理不易理解；且在此基础上若想对调制方式进行改进或对电路功能进行增加与完善，则变得极为复杂，甚至可能需要推翻原有的电路结构进行重新设计，这将大大增加控制系统设计的复杂性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供一种结构原理简单、实现容易，可扩展性强的。为了解决上述技术问题，本专利技术提供的，包括以下步骤: 1)确定基于有限状态机的采样保持控制策略的各工作状态，所述工作状态包括正、反向的充电、续流和放电； 2)依据采样保持控制策略的原理，确定各工作状态之间的转换顺序与转换条件； 3)根据步骤2)确定的各工作状态之间的转换顺序及条件，确定有限状态机的输入和输出信号； 4)仿真验证分析有限状态机各工作状态的转换顺序和时机是否与设定相符；若相符则进行下一步，若不符则重复执行步骤I)至步骤4)进行修正； 5)依据步骤4)验证后的有限状态机的输入和输出信号设计硬件电路。上述步骤2)的具体过程为: 2.1)在时钟周期上升沿，若电流误差信号大于0，根据给定电流的极性信号判断充电或放电，即给定电流为正向电流时，电流误差为正即充电，为负即放电；给定电流为反向电流时，电流误差为正即放电，为负即充电；所述电流误差等于给定电流减反馈电流； 2.2)在本时钟周期内，若电流误差信号发生变化，则充电/放电转为续流状态； 2.3)在下一个时钟周期上升沿，继续依据2.1)选择充、放电状态；以此在充电、续流、放电三者之间相互转换； 2.4)若给定电流的极性发生变化，则在正向放电至反向充电或者反向放电至正向充电间进行转化。作为优选，若在续流过程中电流误差信号发生再翻转，则继续保持续流至本时钟周期结束。作为优选，所述工作状态还包括复位状态，当过流或过压时由其他工作状态转换至复位状态。本专利技术的有益效果在于:(1)由于有限状态机的形式与采样保持控制策略的原理更为相近，因此更易理解、易于实现和修正，控制更加便捷；(2)若要对调制方式、电路功能等进行增加与完善，可以在原有有限状态机的基础上修改状态或状态转换条件即可，其拓展性能强，无需进行重新设计，大大降低成本，提高了实现效率；(3)实现有限状态机所用的FPGA芯片可以同时为控制系统提供逻辑运算、并行处理等辅助功能。【附图说明】 图1为实施例中永磁偏置磁轴承全桥式开关功放拓扑结构； 图2为三态采样保持控制策略工作情形I主要波形； 图3为三态采样保持控制策略工作情形2主要波形； 图4为三态采样保持控制策略各开关状态间的转换顺序； 图5为改进型三态采样保持控制策略工作情形的主要波形； 图6为改进型三态采样保持控制策略有限状态机； 图7为具有保护功能的三态采样保持控制策略有限状态机； 图8为基于有限状态机的采样保持控制的功率变换器系统结构图； 图9为基于有限状态机的采样保持控制策略仿真波形； 图10为基于有限状态机的采样保持控制策略实验波形； 图11为基于有限状态机的采样保持控制策略实验波形局部图。【具体实施方式】下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案进行详细说明。现以适用于永磁偏置磁悬浮轴承的开关功放为例，将本专利技术技术方案的实施步骤进行详细阐述。此外，由于采样保持控制策略是电力电子功率变换器进行电流调制的一种方式，因此本实施例中所阐述的实施步骤能够广泛适用于不同应用场合下的多种功率变换器。对于永磁偏置磁悬浮轴承而言，其要求感性的线圈能够流过双极性电流，因此多用图1所示的全桥式开关功放作为功率变换器的拓扑结构，该结构具有4个开关管，因而状态较多。磁轴承开关功放的作用在于，使线圈中的实际电流实时地跟踪给定电流，以提供所希望产生的悬浮力。那么，依据采样保持控制策略的原理:“在每个采样时钟的上升沿，采样保持器检测电流跟踪误差的极性，触发相应的功率器件，此时开关功放处于储能状态或能量回馈状态来跟踪给定信号，这种状态一直持续到下一个误差极性信号跳变的产生或本周期的结束；若在同一个周期内误差极性已经跳变，则开关功放切换到能量续流状态。”因此，本专利技术实现方法包括以下步骤: 步骤一、确定有限状态机的各状态 从物理意义上划分，负载线圈中有3种工作状态:充电、放电和续流。而考虑到线圈中电流流向的双极性，需要细分这3种工作状态。例如:定义图1中线圈处箭头方向为正方向，那么电流为正向流动时，充电状态需要Q1、Q4管导通；而电流为反向流动时的充电状态是Q2、Q3管导通。因此，工作状态需要细分为以下6种:正向充电1001，正向续流0001，正向放电0000，反向充电0110，反向续流0100，反向放电0000。其中4位序列的数字代表Ql至Q4开关管，其中I代表导通，O代表关断。步骤二、确定有限状态机的各状态转换顺序及转换条件 要依据采样保持控制策略的原理，明确在何种条件下功率变换器应处于何种工作状态。定义给定电流为SET，其极性信号为ORI，反馈电流为FED，电流误差(SET减FED)极性信号为ERR，时钟为elk。先以给定为正向电流为例，进行分析。由控制策略原理，可以得到给定电流为正时的主要波形，如图2所示，这里为了标示清楚，ERR的变化有较大滞后，但在实际电路中的滞后较小。具体分析如下:在elk上升沿，若SET大于FED，即ERR大于0，则线圈需要充电；充电过程中，在同一 elk周期内，若误差极性ERR发生翻转，则线圈进入续流状态；若在续流过程中ERR始终小于0，并等到了 elk下一周期的上升沿，那么此时需线圈放电；此后，在elk同本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于有限状态机的采样保持控制策略的实现方法，其特征在于包括以下步骤：1）确定基于有限状态机的采样保持控制策略的各工作状态，所述工作状态包括正、反向的充电、续流和放电；2）依据采样保持控制策略的原理，确定各工作状态之间的转换顺序与转换条件；3）根据步骤2）确定的各工作状态之间的转换顺序及条件，确定有限状态机的输入和输出信号；4）仿真验证分析有限状态机各工作状态的转换顺序和时机是否与设定相符；若相符则进行下一步，若不符则重复执行步骤1）至步骤4）进行修正；5）依据步骤4）验证后的有限状态机的输入和输出信号设计硬件电路。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李克翔，邓智泉，周杰，刘程子，宁家强，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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