專利名稱：發(fā)生器輸出的預(yù)測控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及具有可編程輸出的發(fā)生器，特別是涉及使用數(shù)字采樣技術(shù)來控制可編程輸出的發(fā)生器。
當(dāng)傳統(tǒng)的發(fā)生器控制技術(shù)可以被用來提供具有脈沖性能的可編程輸出時，那些技術(shù)不具有擴(kuò)展數(shù)字采樣控制回路的操作范圍的能力。同樣地，傳統(tǒng)的發(fā)生器控制電路需要昂貴的高性能數(shù)字或者模擬技術(shù)才能提供具有快速的瞬變次數(shù)的脈沖輸出。
如以下更加詳細(xì)描述的，該可編程輸出包括一個具有相應(yīng)設(shè)定點的輸出電平。發(fā)生器具有一個驅(qū)動輸入，它被驅(qū)動到一個實際的驅(qū)動點來控制可編程輸出的輸出電平。確定一個對應(yīng)于需要的輸出電平的設(shè)定點。然后確定一個預(yù)測驅(qū)動點。發(fā)生器驅(qū)動輸入的實際驅(qū)動點被強(qiáng)制到預(yù)測驅(qū)動點。接著檢測可編程輸出的輸出電平。產(chǎn)生一個表示檢測的輸出電平的數(shù)字輸出信號。依據(jù)數(shù)字輸出信號控制發(fā)生器驅(qū)動輸入的實際驅(qū)動點，由此控制可編程輸出的輸出電平。然后保存與需要輸出電平相對應(yīng)的實際驅(qū)動點。
為了更加完整的理解本發(fā)明以及它的目的和優(yōu)點，需要參考下面的說明書和附圖。
參考圖2，其表示根據(jù)本發(fā)明一種預(yù)測控制電路20與發(fā)生器22組合的目前優(yōu)選實施例。盡管本發(fā)明被表示和描述為控制一種電化學(xué)沉淀(ECD)發(fā)生器22，可以知道，控制電路20的這個應(yīng)用只是示范性的并且發(fā)生器22可以是任何可控制的功率源。通過預(yù)定的一組順序階躍循環(huán)可編程輸出24，預(yù)測控制電路20進(jìn)行運行。在優(yōu)選實施例中一個順序階躍是一個100usec的最小值，然而本發(fā)明包含變量和固定時間段以及大于或小于100usec時間段。如

圖1表示那樣，每個順序階躍通過一個順序點和一個設(shè)定點來定義。在目前優(yōu)選實施例中，與順序點有關(guān)的設(shè)定點被保存在順序點陣列26中。然而，本發(fā)明的范圍包含把設(shè)定點保存在離散存儲位置也接收與順序階躍無關(guān)的設(shè)定點。與順序點陣列26耦合的是一個順序點控制器28，用來確定與特定的順序點或需要的輸出一致的設(shè)定點。順序點控制器28提供設(shè)定點、相應(yīng)的順序點或需要的輸出給驅(qū)動點控制器30和回路控制器32。
驅(qū)動點控制器30確定一個驅(qū)動信號31提供給回路控制器32。在優(yōu)選實施例中，驅(qū)動點控制器30使用由順序點控制器28提供的順序點來確定一個預(yù)測驅(qū)動信號并提供給回路控制器32。該驅(qū)動信號由保存在預(yù)測存儲器中的驅(qū)動點來描述。在該優(yōu)選實施例中，驅(qū)動點陣列34用來保存與順序點一致的驅(qū)動點。本發(fā)明的范圍另外考慮使用設(shè)定點或需要的輸出或者與順序點組合或者單獨來確定一個適當(dāng)?shù)尿?qū)動信號。驅(qū)動點控制器30也更新保存在驅(qū)動點陣列34中的驅(qū)動點信息。在從一個順序階躍轉(zhuǎn)換到下一個順序階躍之前，驅(qū)動點控制器30根據(jù)測量的驅(qū)動信號來更新驅(qū)動點陣列34。本發(fā)明的范圍包括根據(jù)測量的驅(qū)動信號的其它表示來更新驅(qū)動點陣列34，該表示包括統(tǒng)計表示例如分組平均值、峰值、最小值和平均伍。雖然在本優(yōu)選實施例中，只有與順序階躍一致的驅(qū)動點被更新，可以想象，驅(qū)動點控制器30可以更新驅(qū)動陣列34中所有的驅(qū)動點。更新的驅(qū)動點值可以從測量的驅(qū)動信號中內(nèi)插，使用例如一種線性或最小二乘方插值方案。另外，可以想象，只有驅(qū)動值的子集可以被更新，例如那些大致與設(shè)定點一致的值，該設(shè)定點與順序階躍有關(guān)。
一旦驅(qū)動信號已經(jīng)被驅(qū)動給預(yù)測驅(qū)動點，回路控制器32給可編程輸出24提供閉合回路控制。在本優(yōu)選實施例中，回路控制器32是一個比例-積分-微分(PID)控制器，它是在摩托羅拉(Motorola)56303數(shù)字信號處理器中實現(xiàn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將知道本發(fā)明可以使用其它控制器配置。使用一種反映該處理器功能的模擬邏輯陣列或邏輯元件來替換數(shù)字信號處理器也是在本發(fā)明的范圍內(nèi)?；芈房刂破?2使用從順序點控制器28中接收的設(shè)定點作為參考輸入。轉(zhuǎn)換的信號輸入36與參考輸入進(jìn)行比較，信號輸入36是可編程輸出24的數(shù)字表示，響應(yīng)其比較回路控制器32產(chǎn)生驅(qū)動信號31。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說它是公知的，即，使用信號數(shù)字轉(zhuǎn)換的控制回路一般包括一個延時，該延時限定回路的時間響應(yīng)。限定的控制回路的時間響應(yīng)在具有脈沖輸出的系統(tǒng)中特別麻煩。在這樣的系統(tǒng)中，控制回路驅(qū)動輸出的性能受到時間響應(yīng)的限定，產(chǎn)生期望的快速脈沖輸出上升和下降邊緣。如前面所述，圍繞時間響應(yīng)限定的傳統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計或者使用一種模擬控制回路或者一種高性能數(shù)字控制回路(如果它足夠快)并伴隨著附加費和規(guī)模費。
本發(fā)明通過驅(qū)動回路控制器輸出給預(yù)測驅(qū)動點來解決時間響應(yīng)限定，該預(yù)測驅(qū)動點強(qiáng)制可編程輸出24到大致期望的設(shè)定點。為了最小化可編程輸出24的不良過沖和欠度，在本優(yōu)選實施例中回路控制器32的響應(yīng)被變慢。
響應(yīng)于驅(qū)動信號31，發(fā)生器22轉(zhuǎn)換輸入功率到可編程輸出24。通過改變驅(qū)動信號31的驅(qū)動點，由發(fā)生器22執(zhí)行的輸入功率轉(zhuǎn)換得到控制?？删幊梯敵?4相對于輸入功率的轉(zhuǎn)換率由一個轉(zhuǎn)換函數(shù)來描述。與本優(yōu)選實施例聯(lián)合使用的發(fā)生器22的轉(zhuǎn)換函數(shù)是一個復(fù)雜的非線性比率，包括輸入功率的倒數(shù)。由于轉(zhuǎn)換函數(shù)非線性，計算用于給出的輸入功率和期望的可編程輸出的預(yù)測驅(qū)動點是困難的。另外，來自溫度的增益漂移和操作點變化，及負(fù)載變化，進(jìn)一步增加計算驅(qū)動點的復(fù)雜性。本發(fā)明的優(yōu)選實施例通過保存得到的驅(qū)動點來避免必須精確計算預(yù)測驅(qū)動點的復(fù)雜性，同時可編程輸出24由回路控制器32來控制。
傳感器電路40采樣可編程輸出24和檢測輸出24的電氣特性例如電壓、電流、功率和相位。采樣輸出被耦合到信號轉(zhuǎn)換器38來轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。在該優(yōu)選實施例中，一種運行在200KHZ下摩托羅拉模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器被用作信號轉(zhuǎn)換器38。然而，本發(fā)明的范圍包含使用其他用于轉(zhuǎn)換模擬信號到數(shù)字信號的設(shè)備。
另外參考圖3，將描述預(yù)測控制回路20的操作。圖3表示了可編程輸出24的一種示范波形。在時間零點，回路控制器32積極地調(diào)節(jié)可編程輸出24到一個輸出電平X1，它與用于順序階躍或需要輸出電平的設(shè)定點相一致。回路控制器32繼續(xù)調(diào)節(jié)輸出24直到達(dá)到波形的點B1。在點B1時，從回路控制器32中輸出的驅(qū)動點被保存在驅(qū)動點陣列34中。與下一個順序階躍或下一個需要輸出電平相一致的驅(qū)動點從預(yù)測存儲器中恢復(fù)并用來強(qiáng)制驅(qū)動信號到一個值，該值使得可編程輸出24跟蹤從點B1到A2的期望的轉(zhuǎn)換。通過強(qiáng)制驅(qū)動信號，回路控制器響應(yīng)中固有的延時被避免，所以可編程輸出24的上升時間只由發(fā)生器22響應(yīng)驅(qū)動信號31變化的時間來限定。從點A2開始，回路控制器32又積極地調(diào)節(jié)可編程輸出24到設(shè)定點，它與相應(yīng)的順序階躍或需要的輸出電平相一致。在點B2時，驅(qū)動點又被保存在驅(qū)動點陣列34內(nèi)的預(yù)測存儲器中。與下一個順序階躍相一致的驅(qū)動點從預(yù)測存儲器中恢復(fù)并用來強(qiáng)制驅(qū)動輸入到一個電平，該電平驅(qū)動可編程輸出24到期望的電平。
參考圖4，其表示了產(chǎn)生脈沖輸出的程序。在步驟42，確定與順序階躍或需要輸出電平相一致的設(shè)定點。接著，在步驟44確定與順序階躍或者設(shè)定點相一致的預(yù)測驅(qū)動點。在步驟46強(qiáng)制驅(qū)動信號31的實際驅(qū)動點到預(yù)測驅(qū)動點。在步驟48，可編程輸出24的控制接著被移交給回路控制器32?；芈房刂破?2比較可編程輸出24的數(shù)字表示和設(shè)定點，該設(shè)定點與順序階躍或需要輸出電平相一致。在步驟50，向著順序階躍的端點，驅(qū)動信號31的實際驅(qū)動點被保存。在本優(yōu)選實施例中，預(yù)測驅(qū)動點用在步驟50中得到的實際驅(qū)動點更新。它是在本發(fā)明的范圍內(nèi)，即，從預(yù)測驅(qū)動點和實際驅(qū)動點中計算統(tǒng)計測量，并保存統(tǒng)計驅(qū)動點以便將來用作預(yù)測驅(qū)動點。在步驟52，程序接著進(jìn)入下一個順序階躍。
參考圖5，其表示了用于把預(yù)測存儲器和順序存儲器聯(lián)系在一起的幾個配置。在第一個配置中，驅(qū)動點陣列34a包括設(shè)定點和以一種表格方式設(shè)置的相應(yīng)的驅(qū)動點。順序點陣列26a包括對應(yīng)于每個順序階躍的指針，每個指針指向驅(qū)動點陣列34a中一個相關(guān)的設(shè)定點。驅(qū)動點陣列34a可以是一種包括預(yù)定數(shù)量的設(shè)定點的固定長度或者驅(qū)動點陣列34a可以是動態(tài)可擴(kuò)展的以包括與驅(qū)動點相一致的附加設(shè)定點。這些附加驅(qū)動點的初始值可以從存在的驅(qū)動點中內(nèi)插或可以被初始為一個預(yù)定的常數(shù)。
除了設(shè)定點不是以升序排列外，第二個配置與第一個配置相似。這里，順序點陣列26b的指針也指向相應(yīng)的設(shè)定點，該設(shè)定點保存在驅(qū)動點陣列34b中。附加的指針包括在用于每個附加順序階躍的順序點陣列26b中，該階躍被加到可編程輸出24上。
參考圖6，其表示根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)在預(yù)測控制電路20的啟動期間的可編程輸出24的波形。波形“A”描述預(yù)測控制電路20目前優(yōu)選實施例的軟啟動特性。當(dāng)電源初始提供時，控制電路20的操作強(qiáng)制每個順序階躍從0開始并傾斜上升到期望設(shè)定點，該圖示的波形包括13個重復(fù)的順序階躍。通過從0啟動和傾斜上升，耦合到發(fā)生器22的負(fù)載上的應(yīng)力被有效的減少。
波形“B”描述預(yù)測控制電路20另一個實施例的軟啟動特性。該圖示的波形包括5個重復(fù)的順序階躍。在這個實施例中，驅(qū)動點以一種類似于圖5的第一配置中圖示的方式被關(guān)聯(lián)到設(shè)定點和順序階躍。這里，用于每個順序階躍的設(shè)定點是一樣的，導(dǎo)致一種脈動波形。
本發(fā)明的預(yù)測控制電路擴(kuò)展了用于具有脈沖輸出的發(fā)生器的數(shù)字采樣控制回路的操作范圍。該控制電路提供一種具有瞬變時間的輸出，該時間由回路控制器中的延時來限定。本發(fā)明的技術(shù)允許使用相當(dāng)?shù)托阅艿臄?shù)字轉(zhuǎn)換電路元件來產(chǎn)生高性能脈沖輸出。
另外，該預(yù)測控制電路被設(shè)計成使用相對少量的元件，該元件比傳統(tǒng)電路中需要的高性能元件更便宜。
因此從上面可以領(lǐng)會到作為本發(fā)明的結(jié)果，提供一種用于發(fā)生器和其它電源裝置的控制電路，通過該電路，除了別的之外其主要目的被完全地實現(xiàn)。它將是相當(dāng)?shù)孛黠@并被考慮到，在圖示的實施例中不違背本發(fā)明可以進(jìn)行修改和/或更換。因此清楚的旨意是前述的說明書和附圖僅僅圖示了優(yōu)選實施例，而不是限定，參考后附的權(quán)利要求和它們的法律等價物來確定本發(fā)明的實質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種控制發(fā)生器的可編程輸出的方法，該可編程輸出包括一個具有相應(yīng)設(shè)定點的輸出電平，該發(fā)生器具有驅(qū)動輸入，它被驅(qū)動到實際的驅(qū)動點來控制可編程輸出的輸出電平，包含以下步驟確定與需要輸出電平相一致的設(shè)定點；確定與該設(shè)定點相一致的預(yù)測驅(qū)動點；強(qiáng)制實際驅(qū)動點大致到預(yù)測驅(qū)動點；接著控制發(fā)生器驅(qū)動輸入的實際驅(qū)動點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中可編程輸出進(jìn)一步包括至少一個具有順序點、輸出電平和設(shè)定點的順序階躍，進(jìn)一步包含以下步驟確定與該順序階躍相一致的需要輸出電平；其中該控制步驟適用于剩余的順序階躍。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，進(jìn)一步包含以下步驟檢測可編程輸出的輸出電平；產(chǎn)生代表檢測的輸出電平的數(shù)字輸出信號；保存與順序階躍相一致的實際驅(qū)動點；其中控制步驟包括比較設(shè)定點和數(shù)字輸出信號的步驟，由此可編程輸出的輸出電平得到控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中確定預(yù)測驅(qū)動點的步驟包含恢復(fù)保存的與設(shè)定點相一致的驅(qū)動點。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定預(yù)測驅(qū)動點的步驟包含恢復(fù)保存的與設(shè)定點相一致的驅(qū)動點。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中恢復(fù)步驟進(jìn)一步包括在預(yù)測存儲器里定位保存的驅(qū)動點。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中保存實際驅(qū)動點的步驟進(jìn)一步包括根據(jù)實際驅(qū)動點更新預(yù)測驅(qū)動點。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中更新預(yù)測驅(qū)動點的步驟基于實際驅(qū)動點的統(tǒng)計測量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中統(tǒng)計測量從下組中選擇峰值、最小值、滾動平均數(shù)和平均值。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中確定預(yù)測驅(qū)動點的步驟包含恢復(fù)保存的與設(shè)定點相一致的驅(qū)動點，和其中控制步驟包括比較輸出電平的表示和該設(shè)定點的步驟。
11.一種用于發(fā)生器的控制電路，所說發(fā)生器用于調(diào)節(jié)輸入功率來提供具有一個期望時間表的可編程輸出信號，該表包括多個順序階躍，該發(fā)生器具有驅(qū)動輸入用于驅(qū)動可編程輸出信號，包含一個耦合到可編程輸出信號上的信號轉(zhuǎn)換器，用于產(chǎn)生代表該可編程輸出信號的數(shù)字輸出信號；包括多個預(yù)定設(shè)定點的順序存儲器，每個所述的設(shè)定點表示一個順序階躍的期望的電壓、電流或功率電平；根據(jù)多個設(shè)定點可用來產(chǎn)生編程的參考信號的一個順序點控制器，該編程的參考信號提供期望的時間表的表示；一個回路控制器，其可操作地響應(yīng)編程的參考信號和數(shù)字輸出信號的比較而把驅(qū)動信號提供給驅(qū)動輸入，由此可編程輸出信號的實際時間表實質(zhì)上跟蹤期望的時間表；包括至少一個驅(qū)動點的預(yù)測存儲器，所述驅(qū)動點表示這樣的驅(qū)動信號，該信號與產(chǎn)生設(shè)定點的期望的電壓、電流或功率電平相對應(yīng)；一個驅(qū)動點控制器，其可操作地耦合該驅(qū)動點到回路控制器以至于該驅(qū)動信號被大致驅(qū)動到該驅(qū)動點。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制電路，其中可編程輸出是可編程電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制電路其中可編程輸出是可編程電流。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制電路，其中可編程輸出是可編程功率。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制電路，其中信號轉(zhuǎn)換器是模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制電路，其中預(yù)測存儲器包含一個驅(qū)動點陣列。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制電路，進(jìn)一步包含一個耦合在信號轉(zhuǎn)換器和可編程輸出之間的傳感器電路。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的控制電路，其中驅(qū)動點陣列包括至少一個與每個順序階躍相對應(yīng)的驅(qū)動點。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的控制電路，其中驅(qū)動點陣列包括至少一個與每個設(shè)定點相對應(yīng)的驅(qū)動點。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的控制電路，其中驅(qū)動點代表驅(qū)動信號的一種統(tǒng)計測量。
21.根據(jù)權(quán)利要求11所述的控制電路，其中順序存儲器包含一個順序點陣列。
22.一種用于發(fā)生器的控制電路，所說發(fā)生器用于調(diào)節(jié)輸入功率來提供具有一個期望時間表的可編程輸出信號，該表包括多個順序階躍，該發(fā)生器具有用于驅(qū)動可編程輸出信號的驅(qū)動輸入，包含一個耦合到可編程輸出信號上的模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其用于產(chǎn)生代表可編程輸出信號的數(shù)字輸出信號；包括多個預(yù)定的設(shè)定點的一個順序點陣列，每個所述的設(shè)定點表示一個順序階躍的期望的電壓、電流或功率電平；根據(jù)多個設(shè)定點可操作地產(chǎn)生編程的參考信號的一個順序點控制器，該編程的參考信號提供期望的時間表的表示；一個回路控制器，其可操作地響應(yīng)編程的參考信號和數(shù)字輸出信號的比較而把驅(qū)動信號提供給驅(qū)動輸入，由此可編程輸出信號的實際時間表實質(zhì)上跟蹤期望的時間表；包括與所述每個順序階躍相一致的驅(qū)動點的一個驅(qū)動點陣列，所述驅(qū)動點表示這樣的驅(qū)動信號，該信號與產(chǎn)生設(shè)定點的期望的電壓、電流或功率電平相對應(yīng)；一個驅(qū)動點控制器，其可操作地耦合該驅(qū)動點到回路控制器以至于該驅(qū)動信號被大致驅(qū)動到該驅(qū)動點。
全文摘要
本控制電路和方法擴(kuò)展了數(shù)字采樣控制回路的操作范圍。發(fā)生器的可編程輸出得到控制。可編程輸出包括具有相應(yīng)設(shè)定點的輸出電平。發(fā)生器具有一個驅(qū)動輸入,它被驅(qū)動到一個實際的驅(qū)動點來控制可編程輸出的輸出電平。確定一個與需要的輸出電平相對應(yīng)的設(shè)定點。接著確定一個預(yù)測驅(qū)動點。發(fā)生器驅(qū)動輸入的實際驅(qū)動點被強(qiáng)制到預(yù)測驅(qū)動點。檢測可編程輸出的輸出電平。產(chǎn)生一個表示檢測的輸出電平的數(shù)字輸出信號。根據(jù)該數(shù)字輸出信號,控制發(fā)生器驅(qū)動輸入的實際驅(qū)動點,由此可編程輸出的輸出電平得到控制。接著保存與需要的輸出電平相對應(yīng)的實際驅(qū)動點。
文檔編號G05B21/02GK1351289SQ01143649
公開日2002年5月29日 申請日期2001年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月11日
發(fā)明者安東尼·R·A·基恩, 丹尼爾·M·吉爾 申請人:Eni技術(shù)公司