本发明专利技术提供一种超导变压器次级电流的控制系统及方法。该系统具有实时监测、在线自调整超导变压器次级电流的功能，该测试系统主要包括上位机、CompactRIO嵌入式控制主机及其附属板卡、双极性直流励磁电源、高精度电流互感器，霍尔传感器，超导变压器、低温杜瓦、被测样品等。该超导变压器次级电流的控制方法具有在线自适应的优点，控制系统具有实时性，高精准性等特点，能够精准采集次级电流的信息，并根据次级电流进行算法分析，调控励磁电源的输入进而调控次级电流的平稳输出。进而调控次级电流的平稳输出。进而调控次级电流的平稳输出。
【技术实现步骤摘要】
一种调节超导变压器次级电流的控制系统及方法
[0001]本专利技术涉及超导变压器测控系统领域，具体涉及超导变压器次级电流的控制方法及系统。
技术介绍
[0002]目前，世界各国为摆脱对传统能源的依赖，大力发展探索未来新一代的能源，纷纷将目光转投至核聚变实验堆的研制工作中，随着聚变技术的发展以及人们对大电流测量需求的增加，世界各国纷纷建立起超导导体测量装置，开展超导导体性能的研究。相对于常规大电源系统，超导变压器的体积更小，无需大电流引线(100kA)，研制费用低等优点，是导体性能测试的首选供电方式。
[0003]超导变压器由于次级回路接头电阻的存在，当初级电流保持平稳励磁，次级电流会发生持续衰减的现象，在进行分流温度测试时无法满足系统的测试需求。采用传统的手动调节方案，极大的依赖操作者的经验，费时费力且精度差、可靠性低。若设计研制一套自动控制系统，实现次级电流的自动调整，维持次级电流的平稳输出，能为导体性能测试装置提供一个稳定的测试电流，满足导体分流温度测试的需求，保障导体性能测试可靠的运行。本专利技术是为了克服上述的技术问题，目的在于提供一种超导变压器的控制方法，并研制相应的控制系统，实现对超导变压器输出电流的精准控制。
技术实现思路
[0004]本专利技术为了克服上述技术问题，提供了一种保持超导变压器次级电流恒定输出的系统及方法，能够精准采集次级电流的信息，并根据次级电流进行算法分析，调控励磁电源的输入进而调控次级电流的平稳输出。
[0005]本专利技术采用的技术方案为：一种用于调节超导变压器次级电流的控制系统，其包括电流信号采集模块、控制算法分析模块、励磁电源控制模块、故障报警模块以及CompactRIO实时处理平台；其中，所述电流信号采集模块用于采集超导变压器初级和次级电流并将采集的信息传输至CompactRIO实时处理平台；所述控制算法分析模块通过对当前采集的信息进行PID整定参数运算，得到实时的励磁电源控制电压，该励磁电源控制电压经所述励磁电源控制模块输出至励磁电源中；调节所述励磁电源的输出电流的大小，即调节超导变压器初级电流的大小，进而改变超导变压器次级电流的大小；所述故障报警模块对控制系统的整体情况进行监控，发生异常时发出提示或提醒。
[0006]进一步的，所述的电流采集模块包括对超导变压器初级电流信号进行采集和对超导变压器次级信号进行采集。
[0007]进一步的，所述的对超导变压器初级电流进行采集采用高精度电流互感器直接测量法，所述电流互感器为闭合式圆环形，初级电流电缆缠绕匝数为单层绕制，以避免多层绕制带来的测量误差。
[0008]进一步的，所述对超导变压器次级电流采集采用4.2K低温霍尔传感器间接测量
法，通过电流
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磁场
‑
电流转换关系进行次级电流的测量，其中所述4.2K低温霍尔传感器采用霍尔对称安装，减小杂散场对测量精度的影响，所述4.2K低温霍尔传感器直接获取通电导体产生的磁场，由于磁场与流经导体的电流呈正比，因此通过获取磁场大小换算出电流大小。
[0009]进一步的，采用所述4.2K低温霍尔传感器时，预先标定出磁场强度大小与对应电流的关系，求解出相应的表达式。
[0010]进一步的，所述4.2K低温霍尔传感器的工作环境为4.2K液氦条件下。
[0011]进一步的，所述励磁电源控制模块的电流大小采用模拟量电压信号进行调控，所述励磁电源控制模块的电流方向采用数字量电压信号进行转换。
[0012]进一步的，所述控制算法分析模块的控制算法采用神经网络
‑
PID控制算法，神经网络采用径向基神经网络，采用的训练方法为在线自适应步长梯度下降法，其将次级电流目标与次级电流实际值进行比较，并将误差输入至神经网络中，神经网络通过运算最终输出PID控制器的整定参数，再经PID整定参数运算调节输出励磁电源的控制电压；其中采用自适应步长用于优化神经网络中的训练迭代步长，防止神经网络由于步长设置不合适，错过最优解，从而减小系统的稳态误差。
[0013]进一步的，所述故障报警模块的监测内容包含两部分，一部分为控制系统的看门狗监测模块，一部分为控制系统的励磁电源输出电源监测模块。
[0014]进一步的，所述看门狗监测模块监测用于监测CompactRIO实时处理平台的FPGA端程序运行情况，防止FPGA端程序脱离系统控制；所述看门狗监测模块的程序运行在CompactRIO实时处理平台的FPGA端，提供定时刷新功能的喂狗操作运行在CompactRIO实时处理平台的FPGA端的RT端，所述FPGA端发生异常时，通过界面弹窗方式发出提醒。
[0015]进一步的，所述励磁电源输出电源监测模块用于监测励磁电源两端的输出端电压，防止电压过大对电源造成损伤；当输出电压超过设定阈值时，控制系统会通过界面弹窗方式发出警告。
[0016]本专利技术还提供一种用于调节超导变压器次级电流的控制系统的控制方法，其包括以下步骤：
[0017]步骤1、将所述电流采集模块采集的信号依据标定的磁场强度大小与电流对应的关系，计算出超导变压器次级电流当前电流值、电流增加量；
[0018]步骤2、将当前电流值、起始为0的上一周期电流值、电流增加值输入到神经网络输入层中，输入层节点数为3个；
[0019]步骤3、设置神经网络的激活函数和隐含层的节点数，训练的算法选取为改进型的梯度下降法，其根据误差大小及变化趋势合理调整下一步算法迭代的步长，进一步减小系统误差；
[0020]步骤4、通过神经网络获取网络的数据Jacobian信息，代入到增量式PID算法中修正PID参数；
[0021]步骤5、通过PID参数进行计算，并进行控制系统的调整控制，通过调节励磁电源的输出电压，改变励磁电源输出电流即初级电流进而调节次级电流。
[0022]有益效果：
[0023]本专利技术提供了一种保持超导变压器次级电流恒定输出的系统及方法，能够精准采
集次级电流的信息，并根据次级电流进行算法分析，对系统进行调整控制，调控励磁电源的输入进而调控次级电流的平稳输出。其具有以下优点：
[0024](1)现有的技术是采用人工观察手动调节励磁电源输出电流来改变次级电流，需要操作者有相当丰富的经验，具有滞后性、误差较大，稳定性差。本专利技术能够通过自动调节的方式改变次级电流。
[0025](2)本专利技术的优点是建立一种闭环控制的自动调节装置，操作者只需给出次级电流目标，该装置可通过对实际值与目标值进行误差比较，并通过算法实时计算出励磁电源的输出电流，调节次级电流，具有实时性、稳定性、精准性。
[0026](3)本专利技术中的径向基神经网络
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PID控制方法避免了传统径向基神经网络
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PID中的固定步长调节的缺点，即容易错过最优解，陷入局部最优等情况；自适应步长考虑了系统的实时测量结果与目标值之间的差异，调整算法的迭代步长，算法可以及时调整输出结果，更快接近系统最优解，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于调节超导变压器次级电流的控制系统，其特征在于：包括电流信号采集模块、控制算法分析模块、励磁电源控制模块、故障报警模块以及CompactRIO实时处理平台；其中，所述电流信号采集模块用于采集超导变压器初级和次级电流并将采集的信息传输至CompactRIO实时处理平台；所述控制算法分析模块通过对当前采集的信息进行PID整定参数运算，得到实时的励磁电源控制电压，该励磁电源控制电压经所述励磁电源控制模块输出至励磁电源中；调节所述励磁电源的输出电流的大小，即调节超导变压器初级电流的大小，进而改变超导变压器次级电流的大小；所述故障报警模块对控制系统的整体情况进行监控，发生异常时发出提示或提醒。2.根据权利要求1所述的一种用于调节超导变压器次级电流的控制系统，其特征在于：所述的电流采集模块包括对超导变压器初级电流信号进行采集和对超导变压器次级信号进行采集。3.根据权利要求2所述的一种用于调节超导变压器次级电流的控制系统，其特征在于：所述的对超导变压器初级电流进行采集采用高精度电流互感器直接测量法，所述电流互感器为闭合式圆环形，初级电流电缆缠绕匝数为单层绕制，以避免多层绕制带来的测量误差。4.根据权利要求2所述的一种用于调节超导变压器次级电流的控制系统，其特征在于：所述对超导变压器次级电流采集采用4.2K低温霍尔传感器间接测量法，通过电流
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磁场
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电流转换关系进行次级电流的测量，其中所述4.2K低温霍尔传感器采用霍尔对称安装，减小杂散场对测量精度的影响，所述4.2K低温霍尔传感器直接获取通电导体产生的磁场，由于磁场与流经导体的电流呈正比，因此通过获取磁场大小换算出电流大小。5.根据权利要求4所述的一种用于调节超导变压器次级电流的控制系统，其特征在于：采用所述4.2K低温霍尔传感器时，预先标定出磁场强度大小与对应电流的关系，求解出相应的表达式。6.根据权利要求4所述的一种用于调节超导变压器次级电流的控制系统，其特征在于：所述4.2K低温霍尔传感器的工作环境为4.2K液氦条件下。7.根据权利要求1所述的一种用于调节超导变压器次级电流的控制系统，其特征在于：所述励磁电源控制模块的电流大小采用模拟量电压信号进行调控，所述励磁电源控制模块的电流方向采用数字量电压信号进行转换。8.根据权利要求1所述的一种用于调节超导变压器次级电流的控制系统，其特征在于：所述控制算法分析模块的控...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘方，张舒庆，刘华军，施毅，马红军，秦经刚，周超，高鹏，金环，薛圣泉，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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