基于DSP的火车制动梁中频加热电源研制

4 控制策略及控制流程
在制动梁生产中，由于存在各种扰动，中频感应加热电源必须具有自动调节能力，才能使系统可靠工作，保证加热质量。系统采用温度控制外环与电压环、电流环以及阻抗3个闭环相结合的恒温控制方式。控制系统结构如图5所示。

电压和电流调节器组成常规电压、电流双闭环控制。在启动和运行的整个阶段，电流环始终参与工作，电压环只在运行阶段工作。下面主要分析模糊PID温度控制策略。
温度闭环采用调节电源输出功率的方式来控制加热温度。在中频电源中，中频输出功率PH与工件终点温度T之间关系为：

式中：UH为中频电压；RH为等效电阻。
由式(1)，式(2)得，由于T>>T0，所以由上式可得，可知，调节UH即可达到调节温度的目的。当测得的坯料温度高于设定范围时，中频电源会自动降低输出功率，反之温度低于设定温度范围时，中频电源会自动升高输出功率，使加热温度始终保持在规定范围内。为克服中频电源加热时，受负载影响较大、参数变化等问题，温度控制闭环采用模糊PID调节方式。模糊控制器以加热时间作为一个输入量，以第n个采样周期中频加热系统的温度偏差e(t)作为另一个输入量，设计3个模糊控制器对PID控制中的3个参数进行在线调整。PID控制器根据整定后的参数、输入温度设定值以及检测得到的温度计数控制输出量。参数自整定模糊控制器的结构如图6所示。

控制系统软件主要实现他激转自激启动、温度制动控制、人机接口程序等功能。控制程序流程如图7所示。

系统上电后，进行初始化、开中断，然后检测有无报警信号，完成与上位机的握手协议，正常后采样输入加热温度设定值，温度设定后按启动按钮，之后系统由他激转自激启动，当启动成功后，系统开始升高输出功率，进入温度自动跟踪阶段，若有扰动则系统自动调节输出功率。

5 实验及结论
根据上述分析，设计了一套250 kW／1．5 kHz的火车制动梁中频热处理感应加热电源。图8示出实验波形。图8a中ua为α=30°时a相输入电压波形，ugVT为a相下桥臂晶闸管整流触发脉冲波形，图中前一个窄脉冲上升沿基本在正弦波30°，两个窄脉冲上升沿约相差20°。

当中频电压大于设定值时，外部模拟电路将输出过压保护信号，DSP接到过压保护信号后执行过压保护程序发出高频触发脉冲，通过多次短暂通断，达到逐步释放能量的目的。图8b下侧波形与上侧波形相比，触发脉冲的频率升高。
实验结果表明，提出的基于DSP的火车制动梁中频感应加热电源，其整流触发、逆变触发以及保护电路都能可靠工作。温度闭环基本可根据温度变化调节输出功率，实现了制动梁加热的恒温控制，可解决制动梁热处理时恒温控制问题，基于该方案研制的控制系统可应用在制动梁生产中。