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金武士智能UPS的控制技术

UPS先进控制技术

  由于微电脑技术的快速发展,使复杂的控制方法以微处理器软件的方式实现,数字控制也成为应用控制理论的必然途径,各式各样的回授控制方法也相继被应用于改善UPS交流稳压的瞬时与稳定响应。这些理论与应用的发展,大大地提高了UPS的稳定性及系统的瞬时响应,以下介绍一些先进控制技术应用于UPS稳压控制的发展。

4.l迟滞控制

  迟滞控制是一种以误差比较为基础的边边控制系统,根据误差的正负产生最大的正负修正信号,迟滞边界的设定是为了降低当误差很小时产生的不必要切换。

  由于这种方法的设计不需要了解过于复杂的数字控制理论,对于传统UPS的转型设计是一种较为可行的方法,研发成本较低,风险较小。但由于需兼顾模拟与微处理器的软、硬件设计,因此制造成本较高,需要整体的评估。

4.2死击控制

  数字控制系统也可以说是取样数据控制系统,也就是说每隔一段固定的时间,控制系统就根据命令与回授计算出适当的控制信号。死击控制是一种降低误差最快的数字控制器设计方法。这种方法由于设计过程明确方法简单,在早期UPS采用微电脑数字控制的发展过程中,就率先被应用于稳压控制器的设计。在UPS应用的实际状况中,由于负载的多变与电流电压的限制,这两个前提都是难以达成的。在现有的文献中,死击控制多直接应用于电压回路的稳压控制,这种方法应能更有效的应用于以多回路控制为主的电流控制器设计,因为电流回路的动态特性与能量限制均更能掌握,因此也较能发挥死击控制的效果。

4.3状态回授控制

  现在,大多数的控制系统计算机辅助设计软件都是以状态空间法来描述系统的动态特性。传统的传递函数只能描述系统输入端与输出端之间的数学关系,对于系统内部的动态特性则运用自如。状态空间法则能展现控制系统所有的状态,使设计者得以掌握完整的系统动态特性。

  在众多的近代控制理论中,状态回授控制以其架构简单、易于数字化的优点而普遍受到系统工程师的青睐。由于状态回授控制法以发展出系统化的参数判别、极点安置、计算机辅助最佳化设计等方法,随着DSP应用的普及,这种方法可进一步发展为具有自调功能的适应控制技术,是未来极有潜力的实用方法。

4.4可变结构控制

  可变结构控制早期萌芽于前苏联,主要应用于武器系统的导向控制。这种方案特别适用于先天不稳定或具有极大参数不确定的控制系统。这种方法已有多年的发展历史,也有许多应用于马达控制的相关研究,此法随着控制技术的进展也应用于直流转换器与UPS的稳压控制。这种方法实际应用于UPS的微电脑控制时,有些问题仍难以克服,如可变结构控制数字化的问题、颤动的消除、控制能量对可变结构控制滑动平面所造成的限制、滑动平面的选择、如何降低撞击时间、如何追踪周期性信号等。

4.5Fuzzy/Neural控制

  模糊集合的观念于1965年首先由美国加州柏克莱大学的Prof.Zadeh提出,至于模糊理论的具体应用则是由英国伦敦大学Queen  Merry分校的Prof.Mamdani来实现的。此后,模糊控制即成为模糊理论应用最成功的一个领域。

  一个交流稳压系统,由于负载的多变性、多样性与不确定性,使设计者难以建立精确的数学模型。因此,交流稳压系统先天上就是个适合模糊控制理论挥洒的空间。近年来,Fuzzy/Neural控制虽名噪一时,但Fuzzy/Neural控制的实际应用仍有其限制。其中关健之一,即在于应用问题的本身。简单来说,并不是所有的控制问题都适合采用Fuzzy/Neural的控制方法。未来的发展,将朝向结合传统控制与Fuzzy/Neural控制的方向发展,在这一发展过程中,以应用导向为主的控制系统设计方法将成为主要的发展趋势。

4.6反复控制

  反复控制器利用长时间累积的误差信息消除系统因外界*所产生的周期性误差。这一控制架构将回授控制的立足点由瞬间变化量的抑制延伸到长时间的稳态误差消除,对于控制精度的提升有很大的帮助。周期性误差在工业控制的领域中是相当常见的问题,如机械臂的振荡、交流电源供应器的输出电压失真及交、直流马达的转速涟波等,因而引起了学术界与工业界对反复控制理论的高度兴趣。但是,在UPS稳压控制的应用却仍处于起步阶段。 

  在UPS中输出电压需要追随同期性的弦波命令,而系统的相位延迟则使得输出端产生周期性的追随误差。如果输出端受到整流性负载的*,也会使输出电压产生的周期性误差。在UPS中,上述两种误差信号的频率皆为其供电频率。从领域的角度来看、反复控制器能降低与基波及其谐波同频率的*对系统的影响,这就是反复控制器能消除周期性误差的原因。这种反复控制方法,虽然具有消除周期性误差的优点,但也会将低系统的相对稳定度。尤其是面临剧烈的负载变化状况。为了保障系统的稳定度,设计时应特别考虑系统的最差状况。为了适用UPS的多变型负载,也发展出具有适应能力的反复控制器设计方法。


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