本發(fā)明屬于調(diào)節(jié)電變量的系統(tǒng)，尤其涉及一種針對(duì)電鍍過(guò)程電壓波動(dòng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
1、當(dāng)前在高精密電鍍以及半導(dǎo)體晶圓電沉積工藝中，整流電源的輸出電壓穩(wěn)定性決定鍍層的結(jié)晶致密性與表層組織一致性，現(xiàn)有技術(shù)采用基于比例-積分-微分算法的閉環(huán)反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)，通過(guò)采集輸出端的電壓偏差信號(hào)并調(diào)節(jié)脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的占空比，以維持陰極電位的恒定；隨著電鍍制程向先進(jìn)制程演進(jìn)，電解槽陰極界面表現(xiàn)出的非線性雙電層電荷特征日益顯著，導(dǎo)致負(fù)載阻抗隨電極反應(yīng)狀態(tài)產(chǎn)生波動(dòng)，在此情境下，傳統(tǒng)反饋調(diào)節(jié)機(jī)制表現(xiàn)出物理層面的響應(yīng)時(shí)延，其調(diào)節(jié)動(dòng)作產(chǎn)生于電壓偏差發(fā)生之后，難以平抑1μs至10μs量級(jí)的瞬態(tài)波動(dòng)，業(yè)界通常采用增加大容量物理濾波組件的方式來(lái)平滑輸出電壓，這種手段導(dǎo)致電源系統(tǒng)的功率密度降低，且容易與輸電線路中的寄生電感產(chǎn)生耦合，誘發(fā)高頻振鈴現(xiàn)象。
2、針對(duì)調(diào)節(jié)時(shí)滯，通過(guò)提升采樣頻率或優(yōu)化調(diào)節(jié)增益等路徑，往往面臨微處理器運(yùn)算能力與系統(tǒng)全局穩(wěn)定性之間的取舍，單純?cè)鰪?qiáng)調(diào)節(jié)強(qiáng)度容易激發(fā)電源單元間的互調(diào)震蕩，導(dǎo)致輸出電壓出現(xiàn)非受控的紋波放大，這種由于控制律固有的滯后屬性與負(fù)載端瞬態(tài)電荷平衡需求之間的物理失配，構(gòu)成了現(xiàn)有調(diào)節(jié)系統(tǒng)難以解決的固有矛盾；現(xiàn)有控制邏輯平抑瞬態(tài)波動(dòng)存在瓶頸，例如，授權(quán)公告號(hào)為cn116516456b的中國(guó)發(fā)明專(zhuān)利公開(kāi)一種智能電鍍線生產(chǎn)加熱系統(tǒng)自動(dòng)過(guò)壓保護(hù)設(shè)備的方法，通過(guò)實(shí)時(shí)獲取電鍍箱溫度與電壓，監(jiān)測(cè)值超過(guò)預(yù)設(shè)閾值時(shí)利用云端反饋降低電源輸出功率執(zhí)行過(guò)壓保護(hù)，屬于基于靜態(tài)閾值的事后觸發(fā)機(jī)制，云端通訊環(huán)節(jié)介入放大了調(diào)節(jié)時(shí)滯效應(yīng)，面對(duì)電化學(xué)慣性引發(fā)的微秒級(jí)瞬態(tài)過(guò)程，缺乏對(duì)陰極界面導(dǎo)納趨勢(shì)實(shí)時(shí)預(yù)判能力，無(wú)法在波紋產(chǎn)生起始拐點(diǎn)注入邏輯阻尼吸收能量，難以解決多機(jī)并聯(lián)運(yùn)行互調(diào)震蕩問(wèn)題。
3、因此，如何通過(guò)載波相位微擾動(dòng)識(shí)別負(fù)載端的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征，并據(jù)此實(shí)時(shí)調(diào)整調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸出特性以平抑瞬態(tài)波動(dòng)，成為本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提供一種針對(duì)電鍍過(guò)程電壓波動(dòng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，系統(tǒng)包括特征提取模塊、邏輯阻尼運(yùn)算模塊以及pwm調(diào)制指令重構(gòu)模塊：
2、特征提取模塊，用于獲取表征受控負(fù)載端電壓瞬態(tài)變化的原始采樣信號(hào)，并從中提取電壓一階差分信息以及電壓二階差分信息；
3、邏輯阻尼運(yùn)算模塊，其輸入端與特征提取模塊連接，用于將電壓一階差分信息以及電壓二階差分信息分別與預(yù)設(shè)邏輯阻尼算子進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算，生成包含幅值補(bǔ)償分量和相位超前分量的邏輯補(bǔ)償指令；
4、pwm調(diào)制指令重構(gòu)模塊，其輸入端與邏輯阻尼運(yùn)算模塊連接，用于依據(jù)邏輯補(bǔ)償指令重構(gòu)脈沖寬度調(diào)制信號(hào)的載波相位以及占位邊沿時(shí)序，以修正數(shù)字控制環(huán)路的占空比；其中，系統(tǒng)依據(jù)邏輯補(bǔ)償指令在數(shù)字控制環(huán)路中植入與原始采樣信號(hào)的震蕩極性相反的虛擬阻尼矢量，使系統(tǒng)的輸出電壓在受控負(fù)載端發(fā)生突變時(shí)，呈現(xiàn)為隨時(shí)間呈指數(shù)級(jí)衰減并伴隨周期性振蕩的收斂波形，以抑制受控負(fù)載端的瞬態(tài)電壓震蕩。
5、優(yōu)選的，系統(tǒng)在執(zhí)行調(diào)節(jié)時(shí)，輸出電壓在負(fù)載突變時(shí)刻滿足如下衰減約束：，其中，為實(shí)時(shí)輸出電壓，為波動(dòng)初始幅值，為由預(yù)設(shè)邏輯阻尼算子確定的衰減系數(shù)，為振蕩角頻率，為初始相位。
6、優(yōu)選的，特征提取模塊包括殘差分量識(shí)別單元，殘差分量識(shí)別單元用于從原始采樣信號(hào)中分離出表征高頻諧振的高頻殘差信號(hào)；邏輯阻尼運(yùn)算模塊依據(jù)高頻殘差信號(hào)的幅值以及相位特征，動(dòng)態(tài)調(diào)整預(yù)設(shè)邏輯阻尼算子的增益權(quán)重，使系統(tǒng)呈現(xiàn)出高阻尼物理特性，以抵消由輸電線路寄生參數(shù)與受控負(fù)載等效阻抗耦合引發(fā)的高頻振鈴信號(hào)。
7、優(yōu)選的，系統(tǒng)還包括異步仲裁模塊，異步仲裁模塊與pwm調(diào)制指令重構(gòu)模塊連接，用于在多機(jī)并聯(lián)工況下識(shí)別并聯(lián)母線上的特征紋波相位，通過(guò)微調(diào)各電源單元邏輯補(bǔ)償指令的執(zhí)行時(shí)刻，使多個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的補(bǔ)償脈沖在時(shí)域上呈交錯(cuò)分布。
8、優(yōu)選的，系統(tǒng)還包括安全性決策模塊，安全性決策模塊用于提取輸出電流的低頻包絡(luò)特征，并監(jiān)測(cè)邏輯補(bǔ)償指令中前饋補(bǔ)償增益的符號(hào)切換頻率，當(dāng)符號(hào)切換頻率超過(guò)預(yù)設(shè)的安全閾值時(shí)，安全性決策模塊輸出增益修正指令至邏輯阻尼運(yùn)算模塊，以動(dòng)態(tài)下調(diào)虛擬電感參數(shù)的增益權(quán)重。
9、優(yōu)選的，安全性決策模塊還用于識(shí)別外部電磁干擾引發(fā)的非物理性采樣噪聲，通過(guò)對(duì)原始采樣信號(hào)進(jìn)行非線性變換以提取其早期微弱變化特征，將非物理性采樣噪聲與真實(shí)的負(fù)載波動(dòng)信號(hào)進(jìn)行剝離。
10、優(yōu)選的，特征提取模塊的采樣頻率為100khz至500khz，以確保電壓一階差分信息以及電壓二階差分信息覆蓋受控負(fù)載端的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)面在2μs至10μs時(shí)間尺度內(nèi)的電壓瞬態(tài)演化過(guò)程。
11、優(yōu)選的，pwm調(diào)制指令重構(gòu)模塊在重構(gòu)占位邊沿時(shí)序時(shí)，通過(guò)對(duì)載波波峰或波谷位置進(jìn)行0.1μs至0.5μs的相位平移，使補(bǔ)償能量的釋放時(shí)刻對(duì)準(zhǔn)受控負(fù)載端內(nèi)生性電流尖峰的上升沿。
12、優(yōu)選的，異步仲裁模塊在微調(diào)執(zhí)行時(shí)刻時(shí)，設(shè)定相鄰電源單元間的補(bǔ)償脈沖偏移時(shí)間為，偏移時(shí)間滿足如下比例關(guān)系：，其中，為系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)周期，為并聯(lián)電源單元的總數(shù)，且為大于等于2的整數(shù)；系統(tǒng)通過(guò)偏移時(shí)間實(shí)現(xiàn)多機(jī)群控的全局協(xié)同。
13、優(yōu)選的，安全性決策模塊還包括預(yù)置標(biāo)定單元，預(yù)置標(biāo)定單元依據(jù)受控負(fù)載在不同工況下的阻抗譜數(shù)據(jù)，預(yù)設(shè)邏輯阻尼算子的靜態(tài)基準(zhǔn)值，為邏輯補(bǔ)償指令的生成提供初始物理錨點(diǎn)。
14、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明針對(duì)電鍍過(guò)程電壓波動(dòng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，具有以下優(yōu)勢(shì)：
15、1、在電壓波動(dòng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)中，利用脈沖調(diào)制信號(hào)的邊緣特性作為主動(dòng)探測(cè)激勵(lì)，通過(guò)捕捉輸出電流對(duì)相位微擾動(dòng)的實(shí)時(shí)響應(yīng)，能夠直接反演陰極界面雙電層電容的電荷飽和度，使系統(tǒng)在電壓產(chǎn)生整體偏差之前的微秒級(jí)窗口內(nèi)即可捕獲界面導(dǎo)納的趨勢(shì)性異動(dòng)，從而觸發(fā)虛擬阻抗模型的超前補(bǔ)償，消除了傳統(tǒng)反饋調(diào)節(jié)中由誤差累積引發(fā)的響應(yīng)滯后，確保了輸出電壓在復(fù)雜負(fù)載跳變工況下的瞬態(tài)穩(wěn)定性。
16、2、通過(guò)將提取的高頻殘差信號(hào)與邏輯阻尼算子進(jìn)行非線性關(guān)聯(lián)，使控制環(huán)路在不改變物理硬件拓?fù)涞那疤嵯拢谶壿媽用娉尸F(xiàn)出對(duì)能量波動(dòng)的高阻尼特性，有效抑制了由輸電電纜寄生電感與電鍍槽等效阻抗構(gòu)成的二階諧振環(huán)路所激發(fā)的高頻振鈴現(xiàn)象，消除了遠(yuǎn)端槽位的電壓殘余震蕩，實(shí)現(xiàn)了電源調(diào)節(jié)特性與長(zhǎng)距離傳輸路徑物理參數(shù)的自適應(yīng)匹配。
17、3、采用異步仲裁機(jī)制對(duì)并聯(lián)母線上的特征紋波相位進(jìn)行識(shí)別，通過(guò)微調(diào)各電源單元補(bǔ)償指令的執(zhí)行時(shí)刻，使多個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的補(bǔ)償脈沖在時(shí)域上呈交錯(cuò)分布，利用物理信號(hào)的相位干涉原理抵消了并聯(lián)系統(tǒng)間的互調(diào)震蕩，在不依賴(lài)外部通訊鏈路的情況下實(shí)現(xiàn)了多機(jī)群控的全局協(xié)同，保障了大型電鍍生產(chǎn)線在多任務(wù)位頻繁投切時(shí)的電壓平穩(wěn)度。
1.一種針對(duì)電鍍過(guò)程電壓波動(dòng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)包括特征提取模塊、邏輯阻尼運(yùn)算模塊以及pwm調(diào)制指令重構(gòu)模塊：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)電鍍過(guò)程電壓波動(dòng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)在執(zhí)行調(diào)節(jié)時(shí)，輸出電壓在負(fù)載突變時(shí)刻滿足如下衰減約束：，其中，為實(shí)時(shí)輸出電壓，為波動(dòng)初始幅值，為由預(yù)設(shè)邏輯阻尼算子確定的衰減系數(shù)，為振蕩角頻率，為初始相位。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)電鍍過(guò)程電壓波動(dòng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，特征提取模塊包括殘差分量識(shí)別單元，殘差分量識(shí)別單元用于從原始采樣信號(hào)中分離出表征高頻諧振的高頻殘差信號(hào)；邏輯阻尼運(yùn)算模塊依據(jù)高頻殘差信號(hào)的幅值以及相位特征，動(dòng)態(tài)調(diào)整預(yù)設(shè)邏輯阻尼算子的增益權(quán)重，使系統(tǒng)呈現(xiàn)出高阻尼物理特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)電鍍過(guò)程電壓波動(dòng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)還包括異步仲裁模塊，異步仲裁模塊與pwm調(diào)制指令重構(gòu)模塊連接，用于在多機(jī)并聯(lián)工況下識(shí)別并聯(lián)母線上的特征紋波相位，通過(guò)微調(diào)各電源單元邏輯補(bǔ)償指令的執(zhí)行時(shí)刻，使多個(gè)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的補(bǔ)償脈沖在時(shí)域上呈交錯(cuò)分布。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)電鍍過(guò)程電壓波動(dòng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)還包括安全性決策模塊，安全性決策模塊用于提取輸出電流的低頻包絡(luò)特征，并監(jiān)測(cè)邏輯補(bǔ)償指令中前饋補(bǔ)償增益的符號(hào)切換頻率，當(dāng)符號(hào)切換頻率超過(guò)預(yù)設(shè)的安全閾值時(shí)，安全性決策模塊輸出增益修正指令至邏輯阻尼運(yùn)算模塊，以動(dòng)態(tài)下調(diào)虛擬電感參數(shù)的增益權(quán)重。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種針對(duì)電鍍過(guò)程電壓波動(dòng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，安全性決策模塊還用于識(shí)別外部電磁干擾引發(fā)的非物理性采樣噪聲，通過(guò)對(duì)原始采樣信號(hào)進(jìn)行非線性變換以提取其早期微弱變化特征，將非物理性采樣噪聲與真實(shí)的負(fù)載波動(dòng)信號(hào)進(jìn)行剝離。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)電鍍過(guò)程電壓波動(dòng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，特征提取模塊的采樣頻率為100khz至500khz，以確保電壓一階差分信息以及電壓二階差分信息覆蓋受控負(fù)載端的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)面在2μs至10μs時(shí)間尺度內(nèi)的電壓瞬態(tài)演化過(guò)程。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)電鍍過(guò)程電壓波動(dòng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，pwm調(diào)制指令重構(gòu)模塊在重構(gòu)占位邊沿時(shí)序時(shí)，通過(guò)對(duì)載波波峰或波谷位置進(jìn)行0.1μs至0.5μs的相位平移，使補(bǔ)償能量的釋放時(shí)刻對(duì)準(zhǔn)受控負(fù)載端內(nèi)生性電流尖峰的上升沿。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種針對(duì)電鍍過(guò)程電壓波動(dòng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，異步仲裁模塊在微調(diào)執(zhí)行時(shí)刻時(shí)，設(shè)定相鄰電源單元間的補(bǔ)償脈沖偏移時(shí)間為，偏移時(shí)間滿足如下比例關(guān)系：，其中，為系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)周期，為并聯(lián)電源單元的總數(shù)，且為大于等于2的整數(shù)；系統(tǒng)通過(guò)偏移時(shí)間實(shí)現(xiàn)多機(jī)群控的全局協(xié)同。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種針對(duì)電鍍過(guò)程電壓波動(dòng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，其特征在于，安全性決策模塊還包括預(yù)置標(biāo)定單元，預(yù)置標(biāo)定單元依據(jù)受控負(fù)載在不同工況下的阻抗譜數(shù)據(jù)，預(yù)設(shè)邏輯阻尼算子的靜態(tài)基準(zhǔn)值，為邏輯補(bǔ)償指令的生成提供初始物理錨點(diǎn)。