本發明涉及阻容電路的，尤其涉及一種阻容電路恒流精度控制方法。

背景技術：

1、阻容電路是一種常見的電路結構，近年來中國的電子產業持續穩定發展，許多依賴阻容電路供電的設備對電流的要求也在不斷升高，呈現高穩定性和高精確性的需求趨向。例如在部分照明系統中，精確的恒流控制能確保發光亮度穩定和顏色保持一致性。在傳感器、測量儀表等精密儀器中，阻容電路也可作為恒流源為其提供穩定的工作電流。對阻容電路實現恒流精度控制在保障設備性能、延長使用壽命和提升電源利用效率等方面都發揮著關鍵作用。因此，阻容電路恒流精度控制方法是具有前景的研究方向。

2、目前，申請號為cn201310659937.5的中國發明專利申請公開了一種提高阻容降壓電路恒流精度的控制方法，該申請包括：檢測阻容降壓電路實際輸出電流值；判定阻容降壓電路實際輸出電流值是否等于預設的阻容降壓電路額定輸出電流值；當所述阻容降壓電路實際輸出電流值等于預設的阻容降壓電路額定輸出電流值時，返回繼續檢測阻容降壓電路實際輸出電流值；當所述阻容降壓電路實際輸出電流值不等于預設的阻容降壓電路額定輸出電流值時，調整所述阻容降壓電路實際輸出電流值，之后返回繼續檢測阻容降壓電路實際輸出電流值。但是該申請對電路分析時僅根據基于簡單的歐姆定律建立電流電壓模型，適應性有限。設定好參數后，根據實際工況實時調整控制參數以適應不同的電流電壓要求的能力不足。此外，未考慮對于電路在不同工作條件下的動態特性分析，對電路在負載變化、電源波動等情況下的恒流性能變化應對不足?？刂齐娏鲿r，沒有形成閉環反饋控制，無法根據實際電流的變化進行實時調整。對阻容電路進行控制分析時存在延后性，缺少對電流的預測分析和靈活的動態補償。

技術實現思路

1、本發明解決的技術問題是：傳統方法在對阻容電路進行恒流精度控制時采用單環控制，沒有形成閉環反饋控制，不利于根據實際電流的變化進行實時調整。設定好參數后，根據實際工況實時調整控制參數以適應不同的電流電壓要求的能力不足。此外，未考慮對于電路在不同工作條件下的動態特性分析，對電路在負載變化、電源波動等情況下的恒流性能變化應對不足?？刂齐娏鲿r，不具備前饋補償功能，不能提前對已知的干擾因素進行補償，只能在干擾發生后通過反饋進行調節，這會導致調節存在滯后性，影響恒流精度。對阻容電路進行控制分析時存在延后性，缺少對電流的預測分析和靈活的動態補償。

2、為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：

3、步驟s1，構建阻容電路拓撲，基于阻容電路拓撲建立小信號模型；

4、步驟s2，采用外環電流環與內環電壓環的雙閉環控制，外環電流環中通過pi控制器生成參考電壓信號，內環電壓環中基于非線性算法實現電流跟蹤；

5、步驟s3，引入動態補償機制，通過前饋補償和參數自適應抑制精度誤差。

6、作為本發明所述的一種阻容電路恒流精度控制方法的一種優選方案，其中：基于阻容電路拓撲和拉普拉斯變換算法計算得到小信號模型的傳遞函數，基于傳遞函數建立小信號模型，所述小信號模型的傳遞函數的表達式為：

7、；

8、其中，表示小信號模型的傳遞函數，為拉普拉斯算子，為輸出電流的拉普拉斯變換，為占空比擾動，為輸入電壓，為負載電阻，為電容，為電感，為電容等效串聯電阻。

9、其中，采用小信號模型描述阻容有利于反映電路的頻域性質和動態特性。

10、作為本發明所述的一種阻容電路恒流精度控制方法的一種優選方案，其中：外環電流環以輸出電流信號為反饋量，對輸出電流信號與參考電流進行作差計算得到電流誤差信號，通過pi控制器對電流誤差信號進行比例積分運算，通過比例項響應電流誤差信號，通過積分項消除電流誤差信號對應的穩態誤差，輸出內環參考電壓值，pi控制器的傳遞函數表達式為：

11、；

12、；

13、其中，e為電流誤差信號，為輸出電流信號，為參考電流，為pi控制器的傳遞函數，為比例系數，為積分系數，s為拉普拉斯算子。

14、其中，采用外環電流環與內環電壓環構成的雙閉環建構，考慮到了雖然阻容電路自身結構簡單但可作為復雜電路的一部分的情況。建立外環電流環與內環電壓環控制，有利于對電流與電壓實施精確控制與調節。通過先用內環電壓環穩定電壓再用外環電流環管控輸出電流的順序進行協同，有利于穩定跟蹤參考電流，不受負載變化等因素的干擾，并提升恒流控制的精準度，提高了方法的適應性。

15、作為本發明所述的一種阻容電路恒流精度控制方法的一種優選方案，其中：內環電壓環以電容電壓為反饋量，基于電容電壓、外環輸出的內環參考電壓值和lyapunov穩定性理論設計非線性電流跟蹤算法，以電流誤差信號為誤差函數，通過非線性電流跟蹤算法對實時占空比進行計算調整，實時占空比的表達式為：

16、；

17、其中，t表示時間，為實時占空比，為參考電流變化率，k為收斂系數，為電容電壓，e為電流誤差信號，為輸出電流信號，為電源電壓。

18、其中，pi控制器結構簡單易于實現，但直接用于控制電流誤差較大。根據pi控制器積分計算得到內環參考電壓值后，結合lyapunov穩定性理論設計的非線性電流跟蹤算法來計算實時占空比，有利于提高控制精度并增強復雜電路適用性。充分考慮了參考電流變化率、電流誤差、電容電壓等因素，提高系統的動態響應性能。它能快速準確地根據電路狀態調整占空比，在面對負載突變、輸入電壓波動等情況時，能迅速做出反應，實現電流的穩定跟蹤和精度控制。

19、作為本發明所述的一種阻容電路恒流精度控制方法的一種優選方案，其中：對于多路并聯阻容電路結構，通過前饋補償和參數自適應對支路電流進行抑制精度誤差，所述精度誤差包括輸入電壓波動、負載變化和溫度漂移。

20、作為本發明所述的一種阻容電路恒流精度控制方法的一種優選方案，其中：對實時輸入電壓進行監測，建立輸入電壓與占空比修正量的線性映射關系，基于線性映射關系計算得到占空比修正量，通過前饋補償將占空比修正量疊加至標稱占空比完成修正，輸入電壓與占空比修正量的線性映射關系表示式為：

21、；

22、其中，為輸入電壓變化量，為標稱占空比。

23、其中，在多路并聯阻容電路中，輸入電壓波動會影響所有支路電流的穩定性。本技術監測實時輸入電壓，建立輸入電壓與占空比修正量的線性映射關系，計算占空比修正量并疊加到標稱占空比，有利于針對輸入電壓變化及時調整各支路的占空比，從而補償輸入電壓波動對支路電流的影響。前饋補償能有效提高多路并聯阻容電路的抗干擾能力和穩定性，從預測波動并反饋的角度增強了恒流控制精度。

24、作為本發明所述的一種阻容電路恒流精度控制方法的一種優選方案，其中：通過自適應觀測器對電容等效串聯電阻和溫度系數以控制參數，自適應觀測器的參數更新公式為：

25、；

26、；

27、其中，為pi控制器初始比例系數，為初始收斂系數，為等效串聯電阻補償系數，為溫度補償系數，為等效串聯電阻偏差量，為溫度變化量。

28、作為本發明所述的一種阻容電路恒流精度控制方法的一種優選方案，其中：所述自適應觀測器基于k時刻的電容電壓和輸出電流，通過遞推最小二乘法計算得到電容等效串聯電阻的實時估計值，所述自適應觀測器的參數辨識模型為：

29、；

30、其中，t表示時間，k表示歷史時刻，為電容等效串聯電阻的實時估計值，argmin表示取函數為最小值時對應的自變量值，為遺忘因子，為k時刻的電容電壓，為k時刻的輸出電流。

31、其中，電容等效串聯電阻和溫度系數會隨環境變化而改變，影響電路性能。自適應觀測器基于遞推最小二乘法，利用電容電壓和輸出電流的歷史數據計算電容等效串聯電阻實時估計值，并根據電容等效串聯電阻偏差量和溫度變化量調整pi控制器比例系數和收斂系數，使控制器能適應電路參數的變化。通過運用自適應觀測器建立參數自適應機制，提高了控制電流精度的自適應性和魯棒性。

32、作為本發明所述的一種阻容電路恒流精度控制方法的一種優選方案，其中：在多路并聯結構的阻容電路中，設定主支路電流為基準，基于主支路占空比、主支路負載電阻以及第j支路負載電阻計算得到第j支路的占空比，通過閉環校正算法對電流擾動進行抵消。

33、作為本發明所述的一種阻容電路恒流精度控制方法的一種優選方案，其中：所述第j支路的占空比和閉環校正算法的表達式為：

34、；

35、；

36、其中，為第j支路的占空比，為主支路占空比，為主支路負載電阻，為第j支路負載電阻，表示t時間第j支路的占空比，表示預測的t+1時間第j支路的占空比，為分流調節增益，為第j支路輸出電流。

37、其中，本技術設定主支路電流為基準，根據主支路占空比、主支路負載電阻以及第j支路負載電阻計算第j支路占空比，并通過閉環校正算法適應不同電流分配比例情景，根據主支路和第j支路電流差異調整第j支路占空比，以抵消電流擾動，有利于保證各支路電流的分配精度。

38、本發明的有益效果：通過基于電路拓撲建立阻容電路的小信號模型進行分析，有利于后續對電路在不同條件下的分析，如電路在遇到負載變化、電源變化時的恒流性能變化。采用外環電流環與內環電壓環構成的雙閉環建構，考慮到了雖然阻容電路自身結構簡單但可作為復雜電路的一部分的情況。建立外環電流環與內環電壓環控制，有利于對電流與電壓實施精確控制與調節。通過先用內環電壓環穩定電壓再用外環電流環管控輸出電流的順序進行協同，有利于提升恒流控制的精準度。運用非線性算法實現電流跟蹤，有利于適應復雜阻容電路系統中的非線性特性。引入動態補償機制，能夠依據實時的電流電壓反饋即時調整控制策略與參數，有利于抑制電路中因溫度變化、元件老化、負載突變等因素引發的恒流輸出誤差。通過調整占空比的前饋補償，有利于對干擾因素進行預測和補償，規避傳統反饋調節方法存在的滯后性，提高恒流精度及系統響應速度。