[发明专利]一种基于自适应预测控制的梯度功率放大器及其设计方法

权利要求书

1.一种基于自适应预测控制的梯度功率放大器的设计方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：微处理器闭合K1，打开K2，将快速预测电路与PID电路断开，微处理器根据反馈误差信号，调节PID电路中的数字电位器，实现对PID电路相关参数的自动调节，得到最优PID控制下的梯度功率放大器输出响应时间参数τ；

S2：微处理器打开K1，闭合K2，将快速预测电路与PID电路串联，根据梯度功率放大器的输出响应时间参数τ，计算得到快速预测电路中的数字电位器的电阻值，微处理器调节快速预测电路第二级放大电路和第三级微分电路中的数字电位器电阻值，使快速预测电路中的预测时间常数与梯度功率放大器的输出响应时间参数τ相匹配，从而实现对反馈误差信号的快速预测输出；

S3：通过手动方式对可调电位器进行调节，经ADC转换器后，微处理器能够实时感知可调电位器的参数设置，从而控制PID和快速预测电路中的数字电位器，实现梯度功率放大器输出控制参数的人工干预。

2.根据权利要求1所述的一种基于自适应预测控制的梯度功率放大器的设计方法，其特征在于：所述S1具体包括：

S11：微处理器根据设定值V_SET计算直流母线电压V_DC，两者之间的关系表达式为：

式(1)中K_CONVERT为设定值与输出电流之间的转换系数，R_coil为负载电阻，D为占空比，取60％；

根据输出电流大小，微处理器通过DAC和放大器输出信号给可编程直流电源的输出电压调整端，动态调整直流母线电压到期望值V_DC；

S12：微处理器根据反馈误差信号V_ERROR，自动调节PID电路的数字电位器，从而实时改变PID电路中的比例系数K_p、积分系数K_i、微分系数K_d；

PID电路输出V_OUT与V_ERROR关系表达式为：

S13：PID电路输出V_OUT与四路移相90°的锯齿波进行比较，产生四路移相90°的PWM波送入FPGA，经处理后产生八路加死区互补的PWM波，送入四桥臂驱动电路，通过调整PWM占空比控制梯度功率放大器的输出电流，FPGA通过对设定值信号的正负极性判断，控制H桥电路开关的选通，从而实现对输出电流的方向控制；

S14：根据不同PID控制参数下输出电流上升下降时间、超调量及震荡时间，调试整定得到系统最优PID控制时的输出响应时间参数τ。