一种智能塑壳断路器自生电源控制方法

摘要

本发明公开了一种智能塑壳断路器自生电源控制方法。本发明所述方法对电源的控制分为两个部分：前馈-反馈控制、执行脱扣动作时对电源的主动调节。所述前馈-反馈控制在一定的控制步长下工作，通过反馈控制抑制各种扰动的影响，得到稳定的输出电压，针对输入电流会产生大范围的瞬时变化，引入前馈控制以补偿输入电流变化对充电电流的影响。所述执行脱扣动作时对电源的主动调节，在执行脱扣动作时调用，在发出脱扣指令之前，主动降低PWM占空比，为驱动脱扣器提供充足的电流。本发明充分利用断路器控制器电路板已有资源，省去专用电源控制元件，节约空间，节省成本。

主权项

一种智能塑壳断路器自生电源控制方法，包括前馈‑反馈控制和执行脱扣动作时对电源的主动调节，其特征在于：所述前馈‑反馈控制是在一定的控制步长下工作，通过反馈控制抑制各种扰动的影响，得到稳定的输出电压，针对输入电流会产生大范围的瞬时变化，引入前馈控制以补偿输入电流变化对充电电流的影响，其步骤为：步骤1：测量自生电源输出电压和输入电流；步骤2：计算反馈控制的占空比增量；输入电流的改变会影响充电电流，因此结合实时输入电流，采用一种变参数的PID控制规律，其表达式为：$\Delta {\rho }_b\left(k\right)=-\frac{i_n}{i_{\mathrm{in}}\left(k\right)}\left\{K_p\right[e\left(k\right)-e(k-1)]+K_{i}e\left(k\right)+K_d[e\left(k\right)-2e(k-1)+e(k-2)\left]\right\}$Δρ_b(k)、i_in(k)分别为反馈控制中第k个采样周期的PWM信号占空比增量和输入电流，i_n为断路器在额定电流下自生电源的输入电流，e(k)、e(k‑1)、e(k‑2)分别为k、k‑1、k‑2个采样周期的误差，K_p、K_i、K_d分别为比例系数、积分系数、微分系数，这三个参数在输入电流为i_n的条件下，通过评价负载功率变化时输出电压的动态响应性能整定得到；步骤3：计算前馈控制的占空比增量；由于电容充电时间常数较短，会迅速在电压输出端形成误差，并通过反馈控制通道产生控制作用，因此，前馈控制中并不采用完全补偿，而是乘以小于1大于0的系数；前馈控制规律为：$\Delta {\rho }_f\left(k\right)=\alpha *\frac{i_{\mathrm{in}}\left(k\right)-i_{\mathrm{in}}(k-1)}{i_{\mathrm{in}}\left(k\right)}[1-\rho (k-1)]$其中，Δρ_f(k)是前馈控制中第k个采样周期占空比的增量，ρ(k‑1)是第k‑1个周期输出的PWM占空比；i_in(k)、i_in(k‑1)分别为第k、k‑1个采样周期的输入电流，α是小于1大于0的常数；步骤4：计算前馈‑反馈调节规律的输出，计算公式为：ρ(k)＝ρ(k‑1)+Δρ_f(k)+Δρ_b(k)其中，ρ(k)、ρ(k‑1)分别为第k、k‑1个周期前馈‑反馈调节规律的输出；步骤5：限制占空比的范围；根据占空比的物理意义，如果计算所得ρ(k)小于0，则占空比赋值为0；如果ρ(k)大于1，则占空比赋值为1；步骤6：更新PWM占空比；所述执行脱扣动作时对电源的主动调节是在执行脱扣动作时调用，在发出脱扣指令之前，主动降低PWM占空比，为驱动脱扣器提供充足的电流；具体步骤为：步骤(1)：计算PWM的占空比，计算公式为：${\rho }^{\prime }=\rho -\frac{i_t}{i_{\mathrm{in}}}$其中，ρ为计算前的占空比；ρ'为计算后的新占空比；i_in为实时输入电流；i_t为脱扣器动作需要消耗的电流；步骤(2)：限制占空比的范围；根据占空比的物理意义，如果计算所得ρ'小于0，则占空比赋值为0；如果ρ'大于1，则占空比赋值为1；步骤(3)：更新PWM占空比；步骤(4)：发出脱扣信号。