1 引言

    　某集团表面处理车间于九十年代从瑞士引进的一套半自动化电镀生产线，原系统自动控制方式，由于种种原因目前已彻底失效，现场的控制主要还是人工操作，产品的质量很大程度上取决于工人的状态，为了提高产品的合格率，需要恢复电源的自动控制。对于硅整流电源来说，其控制量有正电、反电，电流升、电流降以及电源开和电源关六个控制量。其测量的量有电流值、电压值。由于现场的硅整流电源，其正电、反电以及电流的升降都采用电动机拖动的方式，对它的控制只需接通电动机的电源开关即可。

   　 由于电机在实现电流调制[1]的过程中，会有一定的惯性控制工程网版权所有，因此在实际控制过程中，还需加一定的控制算法，以达到高效控制的目的。

　　2 电源特性分析

   　 被控对象为电镀系统中型号为IDS Z1—01 12000/12，额定电压为～380V，额定电流为～380A，额定频率为50HZ控制工程网版权所有，输出电压为2—12V，输出电流±12000A，负载等级为1级的双反星形带平衡电抗器的硅整流电源。

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    　通过旋转控制柜面板上的整流器开/关、整流器升/降、整流器正/反三个旋钮可以控制电源的输出。其中整流器升/降旋钮的控制直接决定着输出电流的大小，当该旋钮旋转至“升”位置时CONTROL ENGINEERING China版权所有，与之相连的继电器吸合，电源电机正向转动使得输出电流逐渐增大，当该旋钮旋转至“降”位置时CONTROL ENGINEERING China版权所有，电源电机反向转动使得输出电流逐渐减小。当电流到达设定值时，将旋钮归位，受电机转动惯性影响，电流继续增大，出现超调现象，此后还需要反复的微调旋钮才能将输出电流控制在设定范围内。

    2.2 动态响应分析

  　  通过采集该电源电流全程输出过程中多个时间点的数据生成的电流特性曲线（见与图2）得知系统的动态响应过程呈现非线性特性，如直接采用直线函数近似全过程，在电流上升过程初端时刻，最大偏差达到72.3%，在电流下降过程末端，最大偏差为64.7%，远远不能满足系统精度的要求。为了获得理想的线性关系，满足电流精确控制[2]的需求，需对非线性动态响应曲线分段线性化，以不同的线性函数作为参考模型。

    　采取分段线性控制策略[3]的原因是在每一个线性段内电源电机转动近似匀速，在该段内由电机惯性引起的电流超调值近似相等。通过实验可以采集每个段内的电流超调值，这样就可以计算出精确的脉宽调制[4]时间，利用时间的控制实现电流的精确控制。

图1   电流上升过程特性曲线

图2   电流下降过程特性曲线

3 分段线性脉宽调制控制

    　　在电流上升调节的过程中，首先判断电流设定值Ys所在的分段区间(y(i),y(i+1)]，从理论上说电流调节时间t等于设定值Ys所在区间的低段点的时间值t(i)加上分段区间内按线性模型计算出的时间，再减去电流从0上升至当前电流值Yc所对应的时间，考虑到电源电机的惯性，实际调节时应将设定值减去超调值即Ys=Ys-Y(i)，由此确定的电流上升过程分段线性脉宽模型为：

    　在实际控制策略实现过程中为了便于程序设计，电流调制时间都取其整数部分控制工程网版权所有，由此引起的误差可以在电流调制时间到时再进行微调控制。

4 软件设计方案

    　对于硅整流设备的控制采用电流粗调和精调结合的方式来实现，以保证电流调节的快速性与准确性。

    （1）电流粗调。在电流调节时首先进行粗调，即电流调节时间为根据电流设定值的大小由分段线性模型计算出的时间，粗调能有效的克服由电源电机惯性引起的大幅度电流超调现象且电流调节速度快。

    （2）电流精调。粗调完成后及时判断此时的电流输出值与设定值的偏差是否在允许的范围内，如超出了精度范围便执行电流精调，即瞬时控制电源电机的转停控制工程网版权所有，使输出值最大限度地逼近设定值，从而保证控制的精确度。

    　通过组态软件WinCC (Windows Control Center)在线趋势控件[5]采集的在手动和自动状态下阶梯电流调节曲线（见图3、图4）对比，可以看出建立的分段线性脉宽调制控制策略很