[科普中国]-控制序列

脉冲序列控制概述

脉冲序列控制是一种非线性、离散的开关变换器控制技术,它是通过两个预设的、占空比离散分布的控制脉冲实现开关变换器的控制.在每一个开关周期开始时刻,PT控制器根据输出电压与期望输出电压的关系,相应地选择高或低功率控制脉冲作为有效控制脉冲,实现对开关变换器输出电压的调节.根据高、低功率控制脉冲产生方式不同,PT控制可以分为电压型PT控制和电流型PT控制.VM-PT控制的高、低功率控制脉冲的占空比是预先设定的、频率相同的控制脉冲,这两个占空比固定的控制脉冲可通过模拟或者数字电路直接产生.而CM-PT控制的高、低功率控制脉冲是通过电感电流与预先设定的两个控制电流比较产生,所产生的高、低功率控制脉冲的占空比是变化的。开关变换器存在电感电流断续导电模式和电感电流连续导电模式两种工作模态,当工作在不同的工作模态时,变换器表现出完全不同的特性.对于PT控制开关变换器,其本质是对变换器输入能量的控制,当PT控制开关变换器工作在DCM时,在一个开关周期内,电感储能的变化量为零,变换器输入的能量全部传递给负载和输出滤波电容.因此,在一个开关周期内,高、低功率控制脉冲输入的能量是固定的.当高功率控制脉冲PH为有效控制脉冲时,输出电压上升;当低功率控制脉冲PL为有效控制脉冲时,输出电压下降.因此,PT控制可以实现DCM开关变换器的快速控制.

而当PT控制开关变换器工作在CCM时,在一个开关周期内,电感储能的变化量不为零,变换器输入的能量以及电感储能变化量共同决定了输入到负载和输出滤波电容的能量.因此,电感储能变化量间接影响了PT控制CCM开关变换器的输出电压.在一个开关周期内,高功率控制脉冲PH工作时,输出电压可能上升,也可能下降;低功率控制脉冲PL工作时,输出电压可能下降,也可能上升,从而导致了PT控制CCM变换器低频波动现象的发生.虽然通过增大输出滤波电容的等效串联电阻可以抑制低频波动现象,但增大ESR的同时,也增大了输出电压的纹波.

针对工作于CCM模式的CM-PT控制开关变换器进行研究.为避免低频波动现象和开关不能正常关断的问题,对CM-PT控制CCMBuck变换器进行了参数设计.通过建立CM-PT控制CCMBuck变换器的离散迭代模型,对其稳定工作域进行了分析.针对CM-PT控制CCMBuck变换器存在的负载范围较小的问题,提出一种电流型含跨周期的脉冲序列控制解决方案.本文旨在揭示CM-PT控制开关变换器工作在CCM时的工作特性和存在的问题,并提出解决办法,为工业设计和之后的研究提供理论依据.

CM-PT控制CCMBuck变换器的离散迭代模型及工作域分析在上一节的分析中,虽然根据 M-PT 制CCM uck 换器的稳定工作条件, 到了相应的控制参数域所示的参数域与相应开关周期内的电感电流初值有关, 于每一个开关周期起始时刻的电感电流初值不同, 法对控制参数 H L 行求解. 此本节采用文献中的建模方法, M-PT 制CCM uck 换器进行离散建模, 而对控制参数的选取进行研究.设第 开关周期开始时刻和结束时刻的电感电流分别为 n n+1, 出电压分别为 n vn+1, M-PT 制 CM uck 换器的离散迭代模型可表示为采用上面的主电路参数, 据离散迭代模型 , 得不同参数变化时CM-PT 制CCM uck 换器的输出电压vo和电感电流iL分岔图.为满足条件∆vo_H>0,∆vo_LIL,开关管S导通后将无法正常关断,及其电感电流的放大图所示.开关管持续导通,电感电流以主电路固有频率振荡;当电感电流重新减小到iL6I时,开关管S关断.不同负载情况时CM-PT控制CCMBuck变换器的仿真波形.可见,当负载电阻R=1:3Ω时,虽然控制器连续选择高功率控制脉冲作为有效控制信号,但从输入传递到负载的功率依然小于负载需要的功率,因此输出电压无法达到参考电压;随着负载减轻,高功率控制脉冲周期内从输入传递到负载的能量逐渐达到负载的要求.随着负载继续减轻,低功率控制脉冲出现,当R=1:4Ω时,控制脉冲序列组合方式为7PH-1PL,输出电压纹波约为399.36mV.负载继续减轻,高功率控制脉冲在一个控制脉冲循环周期中所占的比例减小,当R=2Ω时,控制脉冲序列组合方式为1PH-6PL,其输出电压纹波约为302.88mV.当R=2:1Ω时,一个

低功率控制脉冲内从输入传递到负载的功率依然大于负载需要的功率,因此输出电压总是高于参考电压.可见,在该组参数条件下,CM-PT控制CCMBuck变换器的负载功率范围为11.90—17.86W.CM-SP-PT控制CCM开关变换器仿真结果.采用相同的主电路和控制电路参数,此时其控制脉冲序列组合方式为1PH-6PL.可见,当不出现in>IL情况时,CM-SP-PT控制CCMBuck变换器具有与传统CM-PT控制CCMBuck变换器相同的控制规律.相同的主电路和控制电路参数,此时其控制脉冲序列组合方式为1PH-1P0-9PL.在t时刻,输出电压vo>Vref且in>IL,此时CM-SP-PT控制器选择P0作为有仿真结果表明,CM-PT控制开关变换器可以通过参数设计避免其发生VM-PT控制CCM开关变换器存在的低频波动现象,但也因此具有功率范围窄的缺点,而提出的CM-SP-PT控制方法有效解决了该问题.

结论本文针对工作于CCM模式的CM-PT控制开关变换器进行了研究.基于离散迭代模型得到了CM-PT控制Buck变换器正常工作的工作域.根据工作域提出了保证CM-PT控制Buck变换器正常工作的条件,并根据条件进行了参数设计.CM-PT控制CCM开关变换器虽然可以通过参数设计,避免其发生VM-PT控制CCM开关变换器时的低频振荡现象,但由于要保证开关管的正常关断,需使高、低功率控制脉冲周期预设的峰值电流之差小于某一值,因此限制了开关变换器的负载范围.提出一种CM-SP-PT控制技术,通过引入零功率控制脉冲,使高、低功率控制脉冲周期预设的峰值电流的选取不再受限,有效解决了CM-PT控制CCM开关变换器负载范围窄的问题.仿真结果证明了理论分析的正确性.1

控制序列故障分析故障报警分析如果DAU或RDASC终端通信时出现输入输出（I/O）差错，就发出报警（MMII/OSTATUSERRORDAUIOSTATUSERRORIO差错的状态、日期和时间都包含在记录RDA性能的数据中。如果在5min内出现3次DAUI/O差错，MULTDAUIOERROR－RDAFORCEDTOST－BY）就置位。当DAU读入RDASC命令时，如果读命令发出后，DAU没有在一个循环中把有关数据返回就调用DAUSTATUSREADTIMEDOUT报警。如果向DAU发送命令时，RDASC程序指示暂停就调用SENDAUCOMMANDTIMEDOUT报警并再一次发该命令，如果连续3个命令暂停就调用MULTDAUCMDTOUTS－RESTARTINITIATED报警。当DAU和终端接口初始化之后，则根据初始化是否成功将RDA性能数据中包含的DAU初始化状态和维护控制台状态设定为OK或FAIL，如果在初始化过程中检测初始化差错就调用报警DAUINITIALIZATION或MMIINITIALIZATION如果调用了MMIINITIAL－IZATION或MMIIOSTATUSERROR报警在不超过2s的时间间隔内定期尝试接通维护控制台接口，直到接口初始化成功为止。调用以下任一种报警，就进行类似的尝试重新接通DAU接口：DAUSTATUSREADTIMEDOUTDAUINI－TIALIZATIONERRORDAUIOSTATUSERRORMULDAUIOSTATUSERROR－RDAFORCEDTOSTBY如果在DAU数据接收电路中检测奇偶差错或成帧差错，就调用DAUUARTFAIL报警。如果RDASC控制软件或DAU初始化功能不能在一个合理的时间间隔内（不超过45s）完成，就调用INTSEQTIMEDOUT－RESTARTINITIATED和CONTROLSEQTIMEDOUT－RESTARTINITI－ATED报警，就出现了所遇见的报警信息。RDASC与DAU之间通信失效，暂停连锁门就使发射机、波导开关、伺服电机停止工作，雷达无法正常开机。

故障排除由于某些硬件出现故障或者不稳定也可能导致DAU或者RDASC终端通信出错从而引发天线控制序列超时故障报警，所以本文总结了如下几点关键硬件的典型故障排除方法。

天线角码故障。天线相对于底座的移动是靠俯仰电机和方位电机来完成，伺服电机的速率和控制数据由RDASC产生，并由伺服控制方位和俯仰伺服环路电路来译码和施加，轴角编码器装置传感天线的实际位置并把这些数据经过俯仰和方位伺服电路和伺服控制传回RDASC处理器。轴角编码器工作异常时还会出现闪码，发现轴角编码器报警灯亮时处理如下：关发射机、接收机、伺服电源，开RDA电源；天线底座安全锁开关打到“安全”位置，插入停止销；用万用表交流档测方位、俯仰的旋转变压器Z1、Z2脚之间的激磁电压；方位旋转变压器在天线座二层顶部（轴角盒正上方）；俯仰旋转变压器在天线座俯仰电机后面；正常值为11．5V左右，若测得的值明显偏低则需更换轴角盒电路板上以下电容：方位不正常更换电容C11，俯仰不正常更换电容C19（均为50V，100uf）；若激磁电压正常，可以调试轴角编码盒电路板上的以下电位器：方位调节电阻器RP3，俯仰调节电阻器RP4；正常后拔出停止销，天线底座安全锁开关打回“工作”位置。按照正常程序开机，RDASC软件能够正常读取天线角码数据，雷达开机正常工作。2

反馈控制过程概述企业的技术创新能力是企业拥有的通过运用知识、信息和技术,经过一系列的研发、实验、生产和销售等环节的创新过程,使企业获得商业利润或竞争优势的特性。只有对企业技术创新能力的构成要素进行深入分析,才能对技术创新能力的衡量指标做有益分解,从而对其做出科学合理的评价。要想对企业技术创新能力进行正确的分析和评价,必须有正确和科学的认识论为指导,这样才能透过复杂的表面现象,抓住事物的本质特征。由于缺乏统一的理论和概念框架的指导,许多学者在对企业技术创新能力进行分析和评价时,往往出现指标罗列和概念混淆的现象。利用系统控制原理来对企业的技术创新能力进行分析,是把企业的技术创新过程看作一个具有自我调节能力的反馈控制系统,即把企业的技术创新过程看成一个由不同的环节和要素组成的复杂系统,内部各环节和要素之间不仅产生相互影响和作用,而且整个系统还要受外部环境因素的影响。同时,作为企业生产管理系统的一个子系统,企业的技术创新过程要受管理系统中其他子系统和构成要素的影响。利用反馈控制系统的特性,可以对企业技术创新能力的构成要素和影响企业技术创新能力效率发挥的要素进行科学的归类和区分。

企业技术创新的反馈控制过程反馈控制系统

控制系统是控制论中研究的系统,是指用某种方式调节和控制信息流、能量流、物质流等的任意一个系统。它一般应包括三个必要的元素:主控系统(即控制主体或控制器)、受控系统(即受控客体)以及将控制作用传递到受控体的传递者。一个开环的控制系统一般由三个子系统组成,即输入子系统、输出子系统和状态子系统,在开环控制系统中,输出量对控制没有影响,信号从输入到输出,沿前向传送。其构成简单,但控制精度低,不能对扰动产生控制力,使用于要求不高的场合,如马路的红绿灯控制。

但在现实的生产活动中,受外界环境等多种因素科学学与科学技术管理的影响,输出的结果可能并不理想,需要根据输出的结果及时调节系统的输入和运行,以增强系统的环境适应性,于是就形成了闭环控制系统,又称反馈控制系统。在反馈控制系统中,输出量通过反馈产生控制作用,信号不再是单向传输,提高了控制的精度,有效的抑制作用于被控对象的干扰。

由于企业的技术创新过程是个复杂的系统过程,在现有的技术条件下,很难对其整个过程进行精确描述,这样我们可以借助系统的“黑箱”原理,把复杂问题相对简单化。所谓“黑箱”原理是指,在认识的某一阶段,把认识对象看作一个封闭的箱子,只了解外界对它的输入、输出,而不深入其内部了解其具体机构。这种方法可以引导人们自觉、主动地讨论问题的层次和范围,在这一层次的问题弄清楚之后,再根据需要深入到下一层次的细节,这样通过逐步分解法,可以逐步把“黑箱”变成“灰箱”,最后变为“白箱”。把企业的技术创新过程看成一个反馈控制系统,是因为它符合反馈控制系统的基本特征:企业技术创新的目的是通过不断创新产品、工艺、服务等来增加企业的价值;而且整个创新过程需要在人、财、物、信息的投入和运行方面相互协调配合;企业的技术创新过程是由创新的各个阶段构成的复杂整体,各个阶段又有其相应的构成要素;作为一个连续性的过程,它需要根据企业内外环境的变换、创新的实施情况,对创新过程的内部结构及运行进行及时协调,以便使企业的创新更符合市场的需求。因此企业的技术创新过程具有反馈控制系统的目的性、整体性、层次性、环境适应性和反馈性。按照反馈控制系统的结构,可以把企业的技术创新过程看成由输入、创新过程、输出、反馈等要素组成的系统。

(1)创新输入

创新输入是技术创新系统之外对企业技术创新过程投入的资源、信息、能量。主要包括企业生产组织管理系统投入的资金、人力资源、仪器设备、技术、信息、知识等要素。在创新的输入过程中不仅要保证各种输入的来源,而且要处理好投入要素在不同创新项目间的分配问题。需要企业提前进行相应的预算、策划和筹措,根据企业的实际情况确定最佳的投入方案,即保证创新的投入水平,又要提高资源的配置效率。企业技术创新的过程也是一个知识的生产过程,信息、知识、技术等无形资源的投入能实现边际效益的递增,因此在创新的输入阶段,企业尤其要重视相关知识和信息的输入。

(2)创新过程

创新过程是企业技术创新系统的受控对象,是利用企业投入的资源进行技术创新的具体实施过程。对企业技术创新系统整个的输入到输出的过程来讲,这个过程是指相对狭义的创新过程,即从新概念的产生然后经过细致的设计或试验计划,再通过反复的试验和测试到最后新技术成果的产生过程。正如威尔特和克拉克所说的那样,企业技术创新的过程是一个循序渐进地通过解决一系列问题降低不确性的过程,从审视阶段进入选择阶段,再到最后的实施阶段,从而最终将技术和市场结合在一起。他们将这一过程称为“开发漏斗”(如图4),即从最初创意的出现到最后的成果输出,通过不断的设计、试验,不确定逐步减少,成果目标越来越明确。

市场的竞争日趋激烈,创新过程充满复杂性和不确定性,机会稍纵即逝。所以需要采用先进的手段对创新过程进行管理和控制,对创新的实施进行随时的跟踪和检查,以尽可能提高创新速度,减少创新风险,避免不必要的损失。

(3)创新输出

创新的输出是企业技术创新系统的最终成果,也是整个系统存在和运行的目的。对于企业来说,创新的输出过程也是企业技术创新成果与市场结合的过程,是企业进行新技术推广应用的过程。技术创新的输出阶段也是一个复杂的系统工程,因为在新产品的推广过程中,需要大量的市场投入。一方面需要加大宣传力度,增加客户对新技术产品的认知程度。另外,要选择目标客户群进行推广试验,通过现身说法来增强潜在客户对新产品的信心。面对激烈的市场竞争和一些不法企图,在新技术产品的推广过程中,企业要加大对自己产品的知识产权保护力度,避免受到不法侵害。

(4)反馈过程

由于当前国内外对企业技术创新的研究中,很少有人把企业的技术创新过程看成一个反馈控制系统,使企业的技术创新过程始终处于一个直线输入和输出过程,而不是一个闭环的连续过程。反馈过程的引入,使企业的技术创新过程变成有计划、有目的的系统工程,使其更加科学合理,符合实际情况。一个完善的企业创新系统就是一个需要根据技术创新的实际结果不断完善和提高的自适应系统,因为创新过程本身就是一个反复试验的过程,其不确定或不可控因素很多,需要根据变化的情况及时调节创新投入和实施过程,为今后技术创新工作提供有益的指导意见,这样才能更好地实现创新系统的总体目标。技术创新的反馈过程实际上是一个信息的搜集和传递过程,反馈控制过程需要明确反馈内容、反馈方式、反馈时间等,企业需要根据自己的实际情况确定反馈过程的具体实施。反馈的内容包括要客户对新技术产品的反应信息、市场的潜在需求信息、竞争对手的相关信息等。在信息反馈过程中,既要保证获得企业创新发展所需要的信息,又不至于使企业陷入垃圾信息的汪洋大海,浪费相关人员的时间和精力。既要保证信息的及时传送,又要防止信息传送过程的失真变形。二、企业技术创新能力的构成要素按照企业技术创新系统的构成要素,可以把企业技术创新能力分为投入能力、研发制造能力、产出能力和反馈能力。

创新投入能力创新投入能力是指企业投入创新资源的数量和质量。一般分为R&D投入和非R&D投入,R&D投入能力集中体现在经费、人员和设备的投入上,包括技术人员的数量、文化技术素养、设备的投资额、设备的先进程度等。非R&D投入是指企业技术引进和技术改造的费用,还包括政府对企业的支持和投入。由于我国目前大多数企业自主研发能力比较弱,技术引进与消化吸收及技术改造可能成为企业技术创新的重要内容。

研发制造能力研发制造能力反映了企业利用现有的信息、知识、人力及各种物质投入,通过选题、制定方案、反复试验,从而解决企业生产经营过程中碰到的技术难题的能力。研发制造能力一方面反映了企业对现有的科学技术知识进行新的组合和综合,并结合当地市场环境和本企业的特点,对基础研究成果进行进一步的开发,增强其市场适用性的应用研究能力。另一方面反映了企业通过新材料、新工艺、新产品等的研制来提高企业收益水平和市场份额的技术开发能力。对于通过外部的合作引进技术的企业来说,任何一项技术都有它的使用条件和设备人员要求,因此企业的研发制科学学与科学技术管理能力则表现在企业对引进技术的消化、吸收、甚至创新的能力。只有对引进的新技术进行很好的消化、吸收,才能在技术引进中提高企业的自主创新能力,减少企业对外部的技术依赖。

创新产出能力企业创新的产出能力是反映企业通过一系列的投入、研发过程产生成果的能力,创新产出是企业创新系统运行的目标,其能力的强弱反映了企业技术创新系统运行的效果。企业技术创新产出可以分为直接产出和间接产出。直接产出包括一种新产品、新材料、新工艺、新技术、新知识产权,甚至是企业产品的一种新包装等,是企业技术创新的直接成果。间接产出是直接产出通过产品的市场化给企业带来的效益,包括销售额的增加、利润率的提高、收益的增加等。直接产出只有化为间接产出即给企业带来效益才真正实现企业技术创新的目的。只有具有较高的间接产出能力才能提高技术成果的商品化程度,增加企业创新的动力。间接产出能力同时也受直接产出能力的制约,如果企业直接产出能力较弱,同样不可能带来较高的创新收益。直接产出能力和间接产出能力只有相互配合,协调发展,才能提高企业的创新效率。

反馈控制能力反馈控制能力反映的是企业在技术创新过程中信息的搜集、甄别、加工处理和传递能力。信息的搜集能力需要企业能及时的获得尽可能全面的、有益提高企业技术创新水平的相关信息,尤其是创新产出及实施方面的信息,以便能跟预期的目标作比较,找出差异和应对措施。但是由于信息的来源和渠道各不相同,有些信息可能对企业技术创新能力的提高并没有多大的利用价值,甚至有些可能是虚假信息,因此需要企业有较高的甄别水平和分辨能力,要去伪存真,提高信息的质量。简单的信息罗列一方面不利于信息的传输和使用,同时可能很难从这些原始的信息中发现其反映的实质问题,因此需要对搜集到的原始信息进行归类整理、加工分析,增强信息的实用性。加工整理好的信息要通过一定方式和渠道反馈到相关的技术研发部门,这样才能发挥信息对技术创新过程的指导作用。信息传输的能力要求企业快速、准确的把加工整理好的信息传递给信息的使用部门。3