本發(fā)明屬于自動控制與電力電子控制，涉及感應(yīng)加熱電源的輸出頻率控制系統(tǒng)分析方法，具體為一種面向雙頻感應(yīng)加熱電源輸出頻率控制系統(tǒng)的線性化擬合分析方法。
背景技術(shù)：
1、雙頻感應(yīng)加熱電源通過高頻通道與低頻通道協(xié)同工作，以滿足不同工件材料、幾何尺寸與加熱深度等工藝需求。在此類系統(tǒng)中，輸出頻率通常需要圍繞負載等效諧振特性進行調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)對諧振點的有效跟蹤并降低無功功率與運行波動。工程上常采用諧振點搜索類信號表征工作頻率與諧振狀態(tài)之間的偏離關(guān)系，并據(jù)此構(gòu)造頻率誤差信號以驅(qū)動輸出頻率更新。
2、從控制理論角度分析，雙頻感應(yīng)加熱電源輸出頻率控制系統(tǒng)屬于以輸出頻率為被控量、以頻率誤差信號為反饋信息的閉環(huán)控制系統(tǒng)；其頻率更新鏈路通常包含頻率增量限幅、頻率增量變化率限速等受約束執(zhí)行環(huán)節(jié)，同時還需要滿足雙頻最小頻率間隔約束，并在觸發(fā)該約束時執(zhí)行通道間協(xié)調(diào)補償。上述受約束執(zhí)行與協(xié)調(diào)補償具有分段、飽和與切換等特性，使得頻率增量指令到實際頻率更新作用之間的映射呈現(xiàn)顯著非線性；此外，負載等效參數(shù)隨工件位置、溫升與耦合狀態(tài)變化而漂移，導(dǎo)致系統(tǒng)動態(tài)特性隨時間變化，表現(xiàn)為時變特性；同時，負載參數(shù)不確定與外界擾動（如耦合變化、工況切換）共同作用，使系統(tǒng)具有參數(shù)不確定與擾動驅(qū)動特征。在控制結(jié)構(gòu)上，工程中常采用反饋調(diào)節(jié)與前饋補償相結(jié)合的復(fù)合控制，以兼顧穩(wěn)態(tài)精度與動態(tài)性能。
3、上述非線性、時變與不確定特性會帶來一系列工程痛點：其一，傳統(tǒng)線性定常模型往往難以在全工況范圍內(nèi)準(zhǔn)確表征系統(tǒng)動態(tài)特性，尤其在限幅、限速或最小頻率間隔約束介入時，系統(tǒng)等效增益與相位特性隨信號幅值、變化過程及約束觸發(fā)狀態(tài)發(fā)生變化，導(dǎo)致固定參數(shù)的線性模型難以保持一致性與可解釋性。其二，若試圖完全依賴非線性機理模型進行在線分析與參數(shù)計算，不僅模型建立與參數(shù)辨識難度較高，而且在參數(shù)漂移、擾動作用及工況切換條件下易發(fā)生模型失配，從而影響補償效果與系統(tǒng)魯棒性。其三，由于雙通道間存在最小頻率間隔約束與協(xié)調(diào)補償，兩通道頻率更新過程在控制意義上形成耦合，使得單通道獨立分析與整定方法難以直接適用，進一步增加了在線分析與實時控制的復(fù)雜度。
4、與此同時，雙頻感應(yīng)加熱電源多面向高端工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用，現(xiàn)場工況變化快、擾動強度大、控制更新周期受限，補償環(huán)節(jié)的計算量直接影響輸出頻率調(diào)節(jié)的實時性與動態(tài)響應(yīng)。對于前饋補償而言，補償量的生成通常依賴對系統(tǒng)動態(tài)特性的快速估計：若缺乏可快速計算且可隨工況更新的低階等效模型支撐，則難以在保證實時性的同時兼顧補償有效性與容錯性；而僅采用固定參數(shù)或經(jīng)驗型補償策略，又難以適應(yīng)不同工況下系統(tǒng)動態(tài)與約束介入程度的變化，容易出現(xiàn)補償不足或補償過度等問題。
5、因此，有必要面向雙頻感應(yīng)加熱電源輸出頻率控制系統(tǒng)，建立一種聚焦于頻率更新鏈路關(guān)鍵非線性環(huán)節(jié)的分析方法：在滿足準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)與小擾動等適用條件的工況窗口內(nèi)，能夠以非線性系統(tǒng)等效線性化思想獲得可用于頻域分析的等效表征，并進一步形成便于在線計算的低階等效模型，為前饋補償提供快速計算依據(jù)；同時，應(yīng)具備明確的適用邊界與誤差判據(jù)，使系統(tǒng)進入強非線性或快速時變工況時能夠及時停止模型參數(shù)更新與模型調(diào)用，避免不可靠模型結(jié)果對系統(tǒng)運行造成不利影響。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明針對雙頻感應(yīng)加熱電源輸出頻率控制系統(tǒng)的非線性、時變及不確定特性，提出一種面向雙頻感應(yīng)加熱電源輸出頻率控制系統(tǒng)的線性化擬合分析方法。所述系統(tǒng)為雙通道閉環(huán)系統(tǒng)，頻率更新鏈路包含限幅、限速及最小頻率間隔約束觸發(fā)下的協(xié)調(diào)補償，呈現(xiàn)分段、飽和與切換等非線性，且負載參數(shù)漂移與擾動驅(qū)動使傳統(tǒng)固定參數(shù)線性模型難以適用。為降低在線分析與前饋補償計算復(fù)雜度，本發(fā)明在限定工況窗口內(nèi)進行等效線性化，并形成可用于頻域擬合的低階模型，為頻率補償增量快速計算提供依據(jù)。
2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
3、一種面向雙頻感應(yīng)加熱電源輸出頻率控制系統(tǒng)的線性化擬合分析方法，包括：
4、s110，將與輸出頻率更新直接相關(guān)的頻率增量限幅、頻率增量變化率限速以及雙頻最小頻率間隔約束觸發(fā)下的協(xié)調(diào)補償統(tǒng)一抽象為合成非線性模塊；
5、s120，在系統(tǒng)滿足準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)、小擾動且合成非線性模塊不頻繁介入的工況窗口內(nèi)，依據(jù)描述函數(shù)思想對合成非線性模塊進行等效線性化表述，獲得與輸入基波幅值相關(guān)的等效增益，并與系統(tǒng)線性動態(tài)部分共同構(gòu)成等效線性頻域模型；
6、s130，基于所述等效線性頻域模型，分別在高頻通道與低頻通道各自工作頻帶附近構(gòu)造相對頻域窗口，基于自然運行數(shù)據(jù)形成等效頻率響應(yīng)；在相對頻域窗口內(nèi)，將等效頻率響應(yīng)擬合為統(tǒng)一結(jié)構(gòu)的二階等效模型，分別獲得高頻通道與低頻通道兩套低階模型參數(shù)；
7、s140，二階等效模型在當(dāng)前工作點計算并直接輸出前饋補償所需的頻率補償增量，以降低在線分析與補償計算復(fù)雜度，并在不改變既有反饋控制結(jié)構(gòu)的前提下提高補償更新速度；
8、s150，當(dāng)頻域擬合殘差超過預(yù)設(shè)閾值或工況不滿足限定工況窗口時，停止二階等效模型參數(shù)更新與二階等效模型調(diào)用，退出線性化擬合分析，前饋補償回退至既有保守策略。當(dāng)工況恢復(fù)滿足適用邊界后，再恢復(fù)二階等效模型更新與補償計算。
9、一種計算設(shè)備，包括：至少一個處理器和存儲有程序指令的存儲器；當(dāng)所述程序指令被所述處理器讀取并執(zhí)行時，使得所述計算設(shè)備執(zhí)行所述的方法。
10、一種存儲有程序指令的可讀存儲介質(zhì)，當(dāng)所述程序指令被計算設(shè)備讀取并執(zhí)行時，使得所述計算設(shè)備執(zhí)行所述的方法。
11、有益效果：
12、1、面向雙頻感應(yīng)加熱電源輸出頻率控制系統(tǒng)頻率更新鏈路中限幅、限速以及最小頻率間隔約束觸發(fā)下協(xié)調(diào)補償所引入的分段、飽和與切換等非線性特征，在限定工況窗口內(nèi)將關(guān)鍵非線性環(huán)節(jié)統(tǒng)一抽象為合成非線性模塊，并通過描述函數(shù)等效線性化獲得與兩通道輸入基波幅值相關(guān)的等效增益，從而在保持控制含義一致的前提下建立可用于頻域分析的等效線性頻域模型，避免僅依賴固定參數(shù)線性模型導(dǎo)致的失配風(fēng)險；
13、2、在高頻通道與低頻通道相對頻域窗口內(nèi)分別對等效頻率響應(yīng)進行頻域擬合，并采用統(tǒng)一結(jié)構(gòu)的二階等效模型輸出兩通道低階模型參數(shù)，參數(shù)量少、計算量小，可為前饋補償提供快速計算依據(jù)，提高補償計算的實時性與工程可用性；
14、3、以擬合殘差閾值與限定工況窗口條件構(gòu)成有效性判據(jù)，當(dāng)系統(tǒng)進入強非線性或快速時變狀態(tài)、或擬合殘差超限時，停止模型參數(shù)更新與模型調(diào)用并退出線性化擬合分析，前饋補償回退至既有策略；當(dāng)條件恢復(fù)時再恢復(fù)更新與調(diào)用，從而在提高實時性的同時兼顧適用邊界明確與容錯性。
1.一種面向雙頻感應(yīng)加熱電源輸出頻率控制系統(tǒng)的線性化擬合分析方法，其特征在于，包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向雙頻感應(yīng)加熱電源輸出頻率控制系統(tǒng)的線性化擬合分析方法，其特征在于，s110中，
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的面向雙頻感應(yīng)加熱電源輸出頻率控制系統(tǒng)的線性化擬合分析方法，其特征在于，s120包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的面向雙頻感應(yīng)加熱電源輸出頻率控制系統(tǒng)的線性化擬合分析方法，其特征在于，s130還包括：在頻域數(shù)據(jù)質(zhì)量不足時，允許對頻率增量指令疊加微小辨識激勵以增強等效頻率響應(yīng)的可辨識性。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的面向雙頻感應(yīng)加熱電源輸出頻率控制系統(tǒng)的線性化擬合分析方法，其特征在于，s130中，分別在高頻通道與低頻通道各自工作頻帶附近構(gòu)造相對頻域窗口，包括：
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的面向雙頻感應(yīng)加熱電源輸出頻率控制系統(tǒng)的線性化擬合分析方法，其特征在于，s130中，在相對頻域窗口內(nèi)，將等效頻率響應(yīng)擬合為統(tǒng)一結(jié)構(gòu)的二階等效模型，分別獲得高頻通道與低頻通道兩套低階模型參數(shù)，包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的面向雙頻感應(yīng)加熱電源輸出頻率控制系統(tǒng)的線性化擬合分析方法，其特征在于，s130包括：通過使高頻通道頻率點集上的綜合擬合誤差達到最小確定高頻通道二階等效模型參數(shù)，通過使低頻通道頻率點集上的綜合擬合誤差達到最小確定低頻通道二階等效模型參數(shù)；其中，高頻通道的綜合擬合誤差為對頻域擬合殘差在頻率點集內(nèi)進行匯總得到的誤差度量，低頻通道的綜合擬合誤差為對頻域擬合殘差在頻率點集內(nèi)進行匯總得到的誤差度量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的面向雙頻感應(yīng)加熱電源輸出頻率控制系統(tǒng)的線性化擬合分析方法，其特征在于，s140包括：當(dāng)時，二階等效模型的靜態(tài)增益分別為：，；
9.一種計算設(shè)備，其特征在于，包括：至少一個處理器和存儲有程序指令的存儲器；當(dāng)所述程序指令被所述處理器讀取并執(zhí)行時，使得所述計算設(shè)備執(zhí)行如權(quán)利要求1-8中任一項所述的方法。
10.一種存儲有程序指令的可讀存儲介質(zhì)，其特征在于，當(dāng)所述程序指令被計算設(shè)備讀取并執(zhí)行時，使得所述計算設(shè)備執(zhí)行如權(quán)利要求1-8中任一項所述的方法。