Cz硅单晶炉用高频开关电源的控制系统及控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103346676A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103346676103346676A(43)申请公布日2013.10.09(21)申请号201310222097.6(22)申请日2013.06.05(71)申请人西安理工大学地址710048陕西省西安市金花南路5号(72)发明人焦尚彬刘晨张青(74)专利代理机构西安弘理专利事务所61214代理人李娜(51)Int.Cl.H02M3/335(2006.01)权权利要求书3页利要求书3页说明书11页说明书11页附图8页附图8页(54)发明名称Cz硅单晶炉用高频开关电源的控制系统及控制方法(57)摘要本发明公开的Cz硅单晶炉用高频开关电源的控制系统及控制方法，将自适应模糊控制与滑模变结构控制相结合，针对Cz硅单晶炉用高频开关加热电源，设计基于自适应模糊滑模变结构控制方法的电源控制器，发挥模糊控制和滑模变结构控制各自的优势，进一步提高系统的动态性能，对输入电压或者负载扰动具有现象较好的鲁棒性，减轻或避免了一般滑模出现的抖振。CN103346676ACN103467ACN103346676A权利要求书1/3页1.Cz硅单晶炉用高频开关电源的控制系统，其特征在于，包括依次连接的模拟信号隔离采集转换电路（4）、数字低通滤波器（5）、自适应模糊滑模控制器（3）、PWM产生模块（2）及IGBT隔离驱动电路（1），所述的模拟信号隔离采集转换电路（4）、IGBT隔离驱动电路（1）分别与功率部分主电路连接。2.根据权利要求1所述的所述的Cz硅单晶炉用高频开关电源的控制系统，其特征在于，所述的模拟信号隔离采集转换电路（4）通过软核处理器与LED显示模块、键盘及上位机连接。3.Cz硅单晶炉用高频开关电源的控制方法，其特征在于，采用Cz硅单晶炉用高频开关电源的控制系统，所述的控制系统的结构为：包括依次连接的模拟信号隔离采集转换电路（4）、数字低通滤波器（5）、自适应模糊滑模控制器（3）、PWM产生模块（2）及IGBT隔离驱动电路（1），所述的模拟信号隔离采集转换电路（4）、IGBT隔离驱动电路（1）分别与功率部分主电路连接，所述的模拟信号隔离采集转换电路（4）通过软核处理器与LED显示模块、键盘及上位机连接；所述的控制方法，具体按照以下步骤实施：步骤1：开关电源功率部分主电路输入部分接入交流电压，经过前端滤波整流，全桥逆变过程及高频变压器作用后进行了电压变换，后端整流滤波之后，得到输出直流电压；步骤2：根据被控对象建立模型，获得模型中的关键参数：输入电压VDC，负载电感Lf，负载电容Co，负载电阻R，原边电压损失与负载电流之比Rd；步骤3：根据步骤2中的模型设计自适应模糊滑模控制器（2），确定切换函数s中的系数和控制律，得到闭环控制系统；步骤4：模拟信号隔离采集转换电路（4）采集步骤1输出的直流电压信号，作为反馈信号送给步骤3得到的自适应模糊滑模控制器（3），自适应模糊滑模控制器（3）求出控制量，并输出PWM驱动信号到IGBT隔离驱动电路（1）放大；步骤5：放大后的驱动信号控制全桥逆变器的占空比，当输出电压高于设定值时，减少IGBT隔离驱动电路（1）的开通时间，减小占空比；当输出电压低于设定值时，增大IGBT隔离驱动电路（1）的开通时间，升高占空比，从而控制开关管的开通和关断，调节输出电压平稳。4.根据权利要求3所述的Cz硅单晶炉用高频开关电源的控制方法，其特征在于，所述的步骤2根据被控对象建立模型，获得模型中的关键参数，具体按照以下步骤实施：定义滤波器的输入电压为VLC-in，输入电流为ILC-in，输出电压为Vo，输出电流为Io；输出滤波器的传递函数为：当负载为R时，输出滤波器的输入阻抗为：当负载为R时，输出滤波器的输出阻抗为：2CN103346676A权利要求书2/3页移相全桥ZVS变换器的传递函数为：求得：其中，n为变压器的变比，VDC为输入电压，Lf为负载电感，Co为负载电容，Rd为原边电压损失与负载电流之比，R为负载电阻。5.根据权利要求3所述的Cz硅单晶炉用高频开关电源的控制方法，其特征在于，所述的步骤3根据步骤2中的模型设计自适应模糊滑模控制器（2），确定切换函数s中的系数和控制律，得到闭环控制系统，具体按照以下步骤实施：设模糊系统由下列IF-THEN形式的模糊规则构成：采用乘积推理机、单值模糊器和中心平均解模糊器，则模糊系统的输出为：其中，为xi的隶属函数；引入向量ξ(x)，上式变为：y(x)=θTξ(x)，其中，θ=[y1…ym]T，ξ(x)=[ξ1(x)…ξm(x)]T；采用模糊系统逼近ε，则ds(k)变为：Tξ(x)为模糊向量，参数θε根据自适应律而变化，设计自适应律为：定义Lyapunove函数：3C