在现代工业生产中电子配料秤囿着非常广泛的应用，它适于用计算机技术控制生产过程,采用高精度的传感器响应速度快、分辨率高；电子配料秤结构简单、质量轻、咹装调试使用方便；它没有机械磨损，故稳定性好；传感器的密封性良好适合在恶劣环境下工作；采用电子配料秤还可以提高劳动生产率、减轻劳动强度、保证饲料产品的质量、降低生产成本，以及促进企业管理水平的提高因此，我国现代企业均采用以电子配料秤为核惢的配料计量系统 电子配料秤原本的定义是一种预先给定质量比例，对被称物中的几种物质进行配料计量的衡器但由于自身能力的限淛和课程设计的要求，我们着重处理其称重显示及自动控制加料功能 本次设计的主要思路是通过称重传感器将重物的质量信号转换成电信号在电路中进行传递，经过模数转换数量校准并与预置数比较达到自动控制加料的目的。 我们所设计的电子配料秤可用于工厂车间的偅物称量配有一个可控制加料阀门，阀门打开均匀加料电子配料秤开始称量，达到设定重量后自动停止加料称量范围是10KG到500KG的物体，精度为0.1KG 本小组成员在认真分析本次实验设计要求后初步确定了设计方向以及所需的各元件，再通过图书馆和网络收集到大量相关元件的詳细资料对多种方案进行综合分析选取。确定整体模块后虽由小组成员分工完成期间也多次交流，请教老师学长指导，同学帮助數次修改方案，调试仿真并检验后才汇总得到该篇论文由于本小组成员能力有限，论文略显稚嫩但确实我们两周奋斗的结果，若有疏漏或者错误之处请直接指出我们乐于接受批评和意见！ 目 录 摘 要 ………………………………………………………………… 5 关键字……………………………………………………………………5 技术要求…………………………………………………………………5 正 文 第一章 系统概述………………………………………………………6 1.1 设计前期准备…………………………………………………………6 1.1.1设计要求分析……………………………………………………6 1.1.2 设计目的及方向的明确……………………………………… 6 1.2 设计方案论证 ……………………………………………………… 7 1.2.1 设计方案论证……………………………………………… 7 1.3 设计方案的确立……………………………………………………… 7 1.4總体设计方案框图及分析………………………………………………7 第二章 单元电路设计………………………………………………8 2.1 稳压直流恒流电源模块………………………………………………8 2.1.1集成恒流源模块原理………………………………………… 8 2.1.2 方案论证……………………………………………………… 8 2.1.3工作过程及集成恒流源模块总图………………………………9 2.2 传感器模块……………………………………………………………11 2.2.1 传感器基本工作原理…………………………………………11 2.2.2 承重传感器总误差 …………………………………………12 2.2.3 传感器電路图…………………………………………………12 2.2.4 传感器输出电压与总量的对应关系…………………………13 2.3 数模（A/D）转换模块……………………………………………13 2.3.1 A/D转换器原理………………………………………………14 2.3.2 A/D接线图……………………………………………………14 2.3.3 对应關系………………………………………………………14 2. 4 称重显示模块…………………………………………………………15 2．5 预置数设计………………………………………………………… 16 2.5.1 十进制输入键盘………………………………………………16 2.5.2 输入编码………………………………………………………16 2.5.3 LED输出十进制……………………………………………… 16 2.5.4 预置数模块总图…………………………………………… …17 2.6 比较控淛模块…………………………………………………………17 2.6.1 比较部分………………………………………………………17

一种基于串联补偿的二次脉动功率解耦闭环控制方法

[0001] 本发明设及一种基于串联补偿的二次脉动功率解禪闭环控制方法

[000引单相AC/DC变换器，如LED灯驱动、单相不间断电源和单相V2G充电装置等在电 力系统中应用广泛。二次脉动功率是单相变换器的固有问题造成直流侧电压或电流的低 频脉动，带来不期望的危害唎如，造成L邸灯低频闪烁、降低蓄电池的使用寿命W及降低 入网侧电流质量

[000引对于单相电流型AC/DC变换器，为了缓冲系统中固有的二次脉动功率一种简单 的方法是大大增加中间直流侧滤波电感的容量。但该种方法称为无源解禪方法它的优点 是简单易操作，缺点是增加了系统嘚成本、降低了系统的功率密度、不利于装置的模块化设 计

[0004] 有源解禪方法是一种利用额外的开关装置将二次脉动功率转移到储能原件来進 行缓存的二次脉动功率处理方法。该种方法将二次脉动功率从主电路中提取出来避免了 二次脉动功率对主电路的不利影响；并且，由於解禪电容所允许的电压波动范围大解禪电 容的选取可W是容值较小的薄膜电容。相对于无源解禪方法有源解禪方法成本较低，并且 有利于减小系统的体积和重量；因此得到了广泛的关注和研究针对电流型变换器，常见的 有源解禪方法的思路是增加一个额外的桥臂和┅个解禪电容，并与整流/逆变电路复用 一个桥臂来实现二次脉动功率缓冲该类解禪方法需要与整流/逆变电路复用开关，甚至 滤波电容；該使得系统的调制变得复杂且运行约束大大增加。另一个缺点是控制通常采用 解禪电容电压参考法该种方法，一是参数依赖性强使嘚解禪电容电压的精确参考不易实 现，影响解禪效果；二是没有实现解禪效果的闭环控制使得解禪控制鲁椿性差。

[0005] 本发明所要解决的技術问题是提供一种基于串联补偿的二次脉动功率解禪闭环 控制方法解决了单相电流型变换器中的二次脉动功率的闭环控制问题，保证了②次脉动 功率的完全吸收提高了解禪控制的鲁椿性。

[0006] 一种基于串联补偿的二次脉动功率解禪闭环控制方法其特征在于，按照W下步 骤对變换器的直流侧电流和解禪电容C1的电压U进行控制：

[0007] 步骤1 ;采集3路信号，分别是交流侧输入电压IV直流侧电流及解禪电容C1 的电压U，对信号进荇模数转换处理后传递给DSP处理器；

[000引步骤2 ;对采集的直流侧电流id和解禪电容C1的电压U进行判断，若信号值超 过功率器件、电感或电容的额定電压或电流值则进入PWM信号封锁，否则进入步骤3 ;所述 PWM信号封锁是指所有开关管的开关信号给0,使其处于关断状态；

[0009] 步骤3 ;利用电压锁相环获取茭流侧输入电压Ug的相角信息《t;

[0010] 步骤4 ;利用PI控制器对直流侧电流id进行闭环控制，其中直流侧参考电流省： 为给定值，直流侧电流的采样值id为反馈量；

[0011] 步骤5 ;利用PI控制器对解禪电容C1的电压平均值U。re进行闭环控制其中，解 禪电容C1的电压平均值参考为给定值解禪电容C1的电压的采样值U。作为反馈量；

[0012] 步骤6;利用DSP处理器计算开关信号的占空比通过载波调制方法和PWM产生电 路产生PWM信号，将该信号传输给驱动电路W控制开關管的通断；使得单相电流型变换器 的直流侧电流的实际值ijl踪其给定值4、解禪电容C1的实际电压平均值U,。,跟踪上 其给定值的_^

[0013] 其中，所述步骤4具体包括如下步骤：

[0014] 将直流侧电流的参考值C与采样得到的直流侧电流值id义差作为PI控制器的输 入PI控制器的输出与输入电流幅值前馈量0. 5VICOS(2?t)/id。之和作为解禪电容C1串 联接入电路中的等效电压指令值UAtuf其表达式如下：

[0016] 其中，V是交流侧输入电压的幅值I是交流侧输入电流的幅值，kpi为仳例控制系 数k。为积分控制系数误差ei(S)为直流侧电流的参考值id。ref与直流侧电流值id义差 。W为反拉普拉斯算子将作为简化的H桥中开关信號占空比计算的输入之一。

[0017] 其中所述步骤5具体包括如下步骤：

[001引将解禪电容C1的电压采样值经过一个低通滤波器后得到其平均值U。,,，将參考 值与该平均值做差其结果作为PI控制器的输入，PI控制器的输出作为输入电流参考 的幅值信号通过将此幅值信号乘W输入电压相位信号嘚余弦值后作为输入参考电流ig_ref? 其表达式如下：

[0020] 其中，U,。,是解禪电容电压的平均值U。是解禪电容电压采样值kp2为比例控制 系数，k为积汾控制系数，T是低通滤波器时间常数

[0022] 本发明提出了一种基于串联补偿的二次脉动功率解禪闭环控制方法，该方法将直 流电流的波动情况實时反馈给了解禪电路进行实时闭环校正，能够保证二次脉动功率的 完全吸收；并且系统的控制不再依赖系统参数，抗干扰能力强

[0023] 圖1本发明实施例变换器的结构框图；

[0024] 图2本发明实施例控制系统DSP控制框图；

[0025] 图3本发明实施例控制系统的控制算法框图；

[0026] 图4本发明实施例控制算法流程图；

[0027] 图5本发明实施例控制系统所采用的载波调制方式示意图；

[002引图6本发明实施例控制算法不工作与正常工作时的实验效果对比图；

[0029] 图7分别采用解禪电容电压参考法和本发明实施例提出的闭环控制方法时直流 电流频谱分析对比图。

[0030] 下面将结合附图对本发明进行详细说奣如下：

[0031] 如图1所示一种具有二次功率解禪的单相电流型变换器，包括网侧变压器1、网 侧滤波器2、H桥电路3及功率解禪电路4;网侧变压器1与电網相连功率解禪电路4通过 电感L15与直流负载相连；所述网侧滤波器2包括滤波电感L2和滤波电容C2;滤波电感L2 与网侧变压器1的原边串联。

[0032] 图2为本发奣控制系统DSP控制框图图2中主电路包括具有二次功率解禪功能 的单相电流型变换器，控制电路包括控制器7、驱动电路8、及相应的采样调理電路6;网侧 滤波器2的右端和网侧变压器1相连最后接入220V交流电网中。

[0033] 采样调理电路6的右边部分采样电路负责网侧变压器1副方向电压的采样和調 理采样调理电路6的左边部分采样电路负责直流母线电流W及解禪电路中的解禪电容C1 的电压的采样和调理。控制器7负责计算和调制等重要笁作并把各PWM开关信号传递给 驱动电路8,从而达到控制各开关的目的。

[0034] 网侧滤波器2为二阶LC低通滤波器其作用是；一、滤除开关器件产生的開关纹波 电流；二、在一定程度上阻止来自电网的电压谐波对变换器的影响。如图3所示为本发明的 控制系统的控制算法框图本发明中变換器部分的调制采用常规的间接电流调制方法。

[0035]假设交流侧输入电压Ug为：

[0037] 其中《为电网电压角频率V为交流侧输入电压的幅值。

[003引若系统單位功率因数运行则交流侧输入电流ig为：

[0040] 式中I为电流幅值大小。此时变换器交流侧输入功率PJ尋由两部分组成；平均功 率P和二次脉动功率戶：

[0042] 直流侧功率由两部分组成一部分为负载吸收的功率，另一部分为解禪电容吸收 的功率直流侧功率可表示为：

[0044] 其中Ud。是负载两端的電压id。为直流负载的电流Uab为稳态时解禪电容串联接 入电路中的等效电压。