基于沿面介质阻挡放电的离子风风速控制装置及方法

1.本发明涉及一种离子风风速控制装置及方法，尤其是一种基于沿面介质阻挡放电的离子风风速控制装置及方法。


背景技术：

2.离子体气动激励的流动控制是一种新型的主动流动控制技术，其是利用等离子体在电磁场力作用下运动，或气体放电引起压力、温度变化，是对流场施加可控扰动的一种主动流动控制技术，最早应用于超声速流动中的激波减阻。对离子体气动激励的流动控制，主要目的是实现增升、减阻和有效抑制流动分离，具有结构简单、易于制作、无运动部件、适应性强、响应速度快、激励频带宽和功耗低等诸多优势。在流动控制领域，基于等离子体气动激励的技术具有十分广阔的应用前景，能够大幅提升飞行器的空气动力特性，对复杂、非定常流动的控制具有明显的优势。
3.根据激励器结构、放电原理和等离子体特性的不同，等离子体流动控制激励器可分为介质阻挡放电(dielectric barrier discharge，dbd)等离子体激励器、电弧放电等离子体激励器、电晕放电等离子体激励器、微波放电等离子体激励器、激光电离等离子体激励器、组合放电和其他新型等离子体激励器。其中，dbd等离子体激励器和电弧放电等离子体激励器是目前国内外研究最为广泛的两类等离子体激励器。
4.dbd等离子体激励器由被绝缘介质材料覆盖的植入电极和暴露在大气环境下的暴露电极组成，其中，表面介质阻挡放电(沿面介质阻挡放电)等离子体激励主要用于控制边界层的流动分离。典型的表面dbd等离子体激励器由两部分组成：绝缘介质和非对称布置于介质两表面的高、低压电极。根据激励器的驱动电压波形不同和作用时间不同，等离子体激励又可分为毫秒交流dbd、微秒脉冲dbd、纳秒脉冲dbd、射频dbd、多相等若干种类型。
5.介质阻挡放电(dbd)是在纳秒脉冲电压波形的作用下，等离子体激励在极短时间内向流场中注入一定的热量，导致局部温度急剧升高，进而对流场形成强的扰动，以实现流动控制，其对流场的影响主要是“冲击效应”。通过这种高强度的扰动诱导涡的强度得以增加，边界层与主流流动的掺混作用更加均匀、更加彻底。但实际上，由于环境工况的变化和沿面介质阻挡放电激励器电极烧蚀氧化等原因，会导致相同电源参数下激励的等离子体控制效果发生变化，进而影响飞行器的气动性能，需要对沿面介质阻挡放电风速进行风速闭环控制。
6.目前，现有的几种风速闭环，均采用有线线缆进行信号传输，需要考虑线缆布置和环境强电磁干扰等问题。此外，闭环控制时，由于环境工况的变化和激励器负载变化等原因，不具备参数自整定的传统pid算法难以采用应对复杂多种变的实际工况。


技术实现要素：

7.本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于沿面介质阻挡放电的离子风风速控制装置及方法，其有效实现对沿面介质阻挡放电的离子风风速闭环控制，精
确调控沿面介质阻挡放电时的离子风风速，安全可靠。
8.按照本发明提供的技术方案，所述基于沿面介质阻挡放电的离子风风速控制装置，包括：
9.风速采样处理装置，与沿面放电模块适配连接，用于采集所述沿面放电模块工作时产生离子风的风速，以在采集处理后得到表征离子风风速的风速采样值，并将所述风速采样值无线传输至风速调节控制装置；
10.风速调节控制装置，无线接收风速采样处理装置所发送的风速采样值，并基于预设的风速给定值对所接收的风速采样值进行控制处理，以在处理后得到所需的风速调节控制信号，且将所得到的风速调节控制信号加载到电能变换模块；
11.电能变换模块，与沿面放电模块电连接，根据所接收风速调节控制信号产生所需的放电激励电压，以使得风速采样处理装置采集沿面放电模块在所述放电激励电压下的风速采样值与预设的风速给定值相匹配。
12.所述风速采样处理装置包括依次连接的风速采样装置、采样处理模块以及采样处理无线模块，其中，
13.风速采样装置与沿面放电模块适配连接，以采集得到表征沿面放电模块工作时离子风风速的风速采样值，所述风速采样值经采样处理装置处理后经采样处理无线模块无线传输至风速调节控制装置。
14.所述风速采样装置包括微压差传感器以及与所述微压差传感器的动压端口适配连接的毛细玻璃管，其中，
15.毛细玻璃管的一端位于沿面放电模块的沿面放电风场区域，毛细玻璃管的另一端与微压差传感器的动压端块适配连接，通过毛细玻璃管以及微压差传感器采集得到表征沿面放电模块工作时离子风风速的风速采样值。
16.所述风速调节控制装置包括调节控制无线模块、与调节控制无线模块适配连接的中央处理器以及与所述中央处理器适配连接的电压调节控制模块，其中，
17.中央处理器通过调节控制无线模块接收风速采样处理装置所发送的风速采样值，中央处理器对所接收的风速采样值以及预设的风速给定值采用pid控制，以在pid控制后得到风速调节控制信号，所述风速调节控制信号经电压调节控制模块加载到电能变换模块。
18.对风速采样值以及风速给定值采用pid控制时，包括用于模糊pid处理的模糊控制器以及用于pid运算的pid基础控制器，其中，
19.模拟控制器根据风速采样值、风速给定值确定pid系数修正量组，并将所确定的pid系数修正量组加载到pid基础控制器内；
20.所述pid系数修正量组包括比例系数修正量δkp、积分系数修正量δki以及微分系数修正量δkd；pid基础控制器根据pid系数修正量组分别修正所述pid基础控制器内的比例系数kp、积分系数ki以及微分系数kd，以根据修正后的比例系数kp、积分系数ki以及微分系数kd对风速误差进行pid处理，以在pid处理后得到风速调节控制信号，其中，所述风速误差为风速给定值与风速采样值之间的差值。
21.所述风速调节控制信号包括对电能变换模块调压控制的调压控制信息或对电能变换模块调频控制的调频控制信息，其中，
22.通过调压控制信号调节电能变换模块所输出脉冲电压的幅值，通过调频控制信号
调节电能变换模块所输出脉冲电压的重复频率，以利用所输出幅值或重复频率的脉冲电压得到所需的放电激励电压。
23.所述电能变换模块包括直流输入电源以及与所述直流输入电源适配连接的脉冲发生电路，所述脉冲发生电路包括单极性脉冲电路以及与所述单极性脉冲电路适配连接的脉冲变压器；
24.通过调压控制信息调节直流输入电源的输出电压，或通过调频控制信息调节单极性脉冲发生电路的工作状态，以通过单极性脉冲电路与脉冲变压器产生所需的放电激励电压。
25.所述单极性脉冲电路包括二极管d1，二极管d1阳极端通过电阻r1与直流输入电源的正极端连接，二极管d1的阴极端与电容c1的正极端、nmos管qd1的漏极端以及二极管d2的阳极端连接，二极管d2的阴极端与电容c2的正极端、nmos管qd2的漏极端以及二极管d3的阳极端连接，二极管d3的阴极端与电容c3的正极端、nmos管qd3的漏极端以及二极管d4的阳极端连接，二极管d4的阴极端与电容c4的正极端以及nmos管qd4的漏极端连接；
26.电容c1的负极端与直流输入电源的负极端、nmos管qc1的源极端均接地，nmos管qc1的漏极端与nmos管qd1的源极端、电容c2的负极端以及nmos管qc2的源极端连接，nmos管qd2的漏极端与nmos管qd2的源极端、电容c3的负极端以及nmos管qc3的源极端连接，nmos管qc3的漏极端与nmos管qd3的源极端、电容c4的负极端以及nmos管qc4的源极端连接，nmos管qc4的漏极端、nnmos管qd4的源极端与脉冲变压器原边线圈的一端连接；
27.通过调频控制信息控制nmos管qc1、nmos管qc2、nmos管qc3、nmos管qc4、nmos管qd1、nmos管qd2、nmos管qd3以及nmos管qd4的开关状态。
28.所述沿面放电模块包括上电极、下电极以及用于间隔上电极与下电极的阻挡介质体，其中，
29.上电极位于阻挡介质层的上表面，下电极贴于阻挡介质层的下表，上电极与下电极间的水平间距为0mm。
30.一种基于沿面介质阻挡放电的离子风风速控制方法，提供包括风速采样处理装置、风速调节控制装置以及电能变换模块的离子风风速控制装置，其中，利用上述权离子风风速控制装置对沿面放电模块进行所需的离子风风速控制。
31.本发明的优点：风速采样处理装置将风速采样值无线传输至风速调节控制装置，采用无线方式传输风速采样值时，可以有效解决线缆布置和环境强电磁干扰等问题。基于风速给定值对风速采样值进行控制处理时，采用模糊控制方式对风速误差e以及风速误差变化率ec确定pid系数修正量组，并对pid基础控制器内的pid系数进行修正，实现参数自整定的能力，对环境工况的变化和激励器的负载变化，相比不具备参数自整定的传统pid算法，具有更高的适应性和快速性，即能有效实现沿面介质阻挡放电离子风风速的闭环控制，可以快速的对沿面介质阻挡放电离子风风速进行较为精确的调控。
附图说明
32.图1为本发明的控制框图。
33.图2为本发明电能变换模块的电路原理图。
34.图3为本发明控制原理示意图。
35.附图标记说明：1-微压差传感器、2-信号调理电路、3-采样处理模块、4-无线模组、5-中央处理器、6-电压调节控制模块、7-电能变换模块、8-沿面放电模块、9-限流电阻、10-上电极、11-下电极、12-毛细玻璃管、13-阻挡介质层、14-风速采样处理装置、15-pid基础控制器以及16-模糊控制器。
具体实施方式
36.下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
37.如图1和图3所示：为了有效实现对沿面介质阻挡放电的离子风风速闭环控制，精确调控沿面介质阻挡放电时的离子风风速，本发明包括：
38.风速采样处理装置14，与沿面放电模块8适配连接，用于采集所述沿面放电模块8工作时产生离子风的风速，以在采集处理后得到表征离子风风速的风速采样值，并将所述风速采样值无线传输至风速调节控制装置；
39.风速调节控制装置，无线接收风速采样处理装置14所发送的风速采样值，并基于预设的风速给定值对所接收的风速采样值进行控制处理，以在处理后得到所需的风速调节控制信号，且将所得到的风速调节控制信号加载到电能变换模块7；
40.电能变换模块7，与沿面放电模块8电连接，根据所接收风速调节控制信号产生所需的放电激励电压，以使得风速采样处理装置14采集沿面放电模块8在所述放电激励电压下的风速采样值与预设的风速给定值相匹配。
41.具体地，通过风速采样处理装置14采集沿面放电模块8工作时的离子风风速，在采集处理后能得到风速采样值，通过风速采样值能表征沿面放电模块8在当前工作下产生的离子风风速，风速采样值与沿面放电模块8当前工作下的离子风风速对应情况对应根据需要选择确定，以能有效表征离子风风速为准。采集处理的具体情况可以根据需要选择，所述处理可以为模数转换、滤波等处理，采集处理的具体情况可以根据需要选择，以能满足实际的需要为准。为了减少布线与电磁干扰，风速采样处理装置14将风速采样值无线传输至风速调节控制装置内。
42.对风速采样装置14无线传送的风速采样值，风速调节控制装置通过对应的无线方式接收风速采样值。风速调节控制装置无线接收风速采样值的方式可根据需要选择，以能与风速采样处理装置14适配为准，即以能有效无线接收风速采样值为准。
43.在接收到风速采样值后，风速调节控制装置需要进行相应的控制处理，即基于预设的风速给定值对接收的风速采样值处理，风速给定值的具体情况可以根据需要选择，以能满足实际应用需求为准；对风速给定值以及风速采样值进行具体处理后，能得到风速调节控制信号，具体控制处理的方式可以根据需要选择，以能得到所需的风速调节控制信号为准，下述以pid(比例积分微分)控制为例，对具体的控制处理解释说明。
44.为了能对风速进行控制，将得到的风速调节控制信号加载到电能变换模块7内，电能变换模块7与沿面放电模块8电连接，一般地，电能变换模块7加载到沿面放电模块8的放电激励电压不同时，沿面放电模块8产生的离子风风速不同。本发明实施例中，电能变换模块7根据风速调节控制信号产生的放电激励电压，且将所述放电激励电压作用于沿面放电模块8时，则可以使得风速采样处理装置14采集沿面放电模块8在所述放电激励电压下的风速采样值与预设的风速给定值相匹配。
45.具体地，风速采样值与风速给定值匹配，具体是指风速采样值所表征的离子风风速与预设的风速给定值相同，或两者的差值位于一个允许的范围内，具体所允许的范围与实际应用场景等相关，具体可以根据需要选择。
46.综上，通过风速采样处理装置14、风速调节控制装置以及电能变换模块7配合，可以对沿面放电模块8工作时的离子风风速进行闭环控制，使得沿面放电模块8工作时的离子风风速与预设的风速给定值匹配，实现对沿面放电模块8工作时的离子风风速的闭环控制，精确调控沿面介质阻挡放电时的离子风风速。
47.进一步地，所述沿面放电模块8包括上电极10、下电极11以及用于间隔上电极10与下电极11的阻挡介质体13，其中，
48.上电极10位于阻挡介质层13的上表面，下电极11贴于阻挡介质层13的下表，上电极10与下电极11间的水平间距为0mm。
49.具体实施时，沿面放电模块8中的上电极10、下电极11可采用铜材料制成，阻挡介质层13可以采用常用的阻挡介质材料，如石英玻璃等。上电极10暴露于大气环境中，下电极11用绝缘材料覆盖埋于阻挡介质层13的表面。阻挡介质层13的厚度可为1mm～3mm，优选厚度为2mm。上电极10、下电极11相应的厚度可为20～100μm，优选厚度为50μm，上电极10的宽度可为8mm，下电极11的宽度可为17mm。上电极10、下电极11相应的长度可为50mm，上电极10与下电极11间的水平间距为0mm。其中，上电极10与下电极11间的水平距离为0mm，具体是指上电极10邻近下电极11的一端与下电极11邻近上电极10的一端正对应，两端部在水平方向的距离为0。
50.具体工作时，通过在上电极10与下电极11间施加脉冲高压，上电极10的位置高于下电极11，气流由上电极10流至下电极11方向。沿面放电模块8具体情况可以根据需要选择，以能产生离子风为准，且沿面放电模块8工作产生离子风的原理以及过程均与现有相一致，此处不再详述。
51.进一步地，所述风速采样处理装置14包括依次连接的风速采样装置、采样处理模块3以及采样处理无线模块，其中，
52.风速采样装置与沿面放电模块8适配连接，以采集得到表征沿面放电模块8工作时离子风风速的风速采样值，所述风速采样值经采样处理装置3处理后经采样处理无线模块无线传输至风速调节控制装置。
53.图1中，风速采样装置通过信号调理电路2与采样处理模块3连接，其中，所述信号调理电路2实现0～5v直流模拟信号线性转换为0～3v直流模拟信号，信号调理模块2的信号转换精度需要在0.1％fs以内，并具备1kv以上的电压隔离等级，温度漂移小于100ppm/℃，响应速度小于1ms，带宽大于2khz，信号调理电路2具体可以选择满足上述工作参数的电路情况，具体可以需要选择，此处不再赘述。
54.采样处理模块3主要实现adc换换，即对经信号调理电路2转换后的0～3v的模拟信号进行采样和转换，采样处理模块3的adc转换时，要求其至少为12位分辨率，大于1个外部通道，采样频率高于20khz，转换速度大于800msps；采样处理模块3的情况可以根据需要选择，以能满足实际的adc转换为准。当然，采样处理模块3还可以对转换后的信号进行数字滤波等处理，数字滤波的方式等可以根据需要选择，以能满足实际的处理要求为准。
55.采样处理无线模块可以采用现有常用的无线传输形式，具体以能实现无线传输为
准。
56.进一步地，所述风速采样装置包括微压差传感器1以及与所述微压差传感器1的动压端口适配连接的毛细玻璃管12，其中，
57.毛细玻璃管12的一端位于沿面放电模块8的沿面放电风场区域，毛细玻璃管12的另一端与微压差传感器1的动压端块适配连接，通过毛细玻璃管12以及微压差传感器1采集得到表征沿面放电模块8工作时离子风风速的风速采样值。
58.具体实施时，毛细玻璃管12的内径可为1mm，壁厚可为0.25mm。毛细玻璃管12的一端置于沿面放电模块8的沿面放电风场区域，图1中示出了毛细玻璃管12位于阻挡介质层13的上表面；毛细玻璃管12的另一端通过塑料软管与微差压传感器1的动压端口连接，微差压传感器1的静压端口连接至大气压，微差压传感器1实现动静压端块与动压端口压差大小测量，精度为0.1pa，最大量程25pa，其将测量得到的压差信号线性转换为0～5v的直流模拟信号用于输出，根据模拟信号的不同能表征沿面放电模块8工作时离子风的风速，具体与沿面放电模块8工作时离子风风速的对电影关系可根据需要配置，为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
59.微差压传感器1可采用美国西特model 261c025ld2dff2d，微差压传感器精度为
±
0.25％，量程0～25pa，最小分辨的压差精度可达到0.1pa，并带有压差lcd显示功能，将测量得到的压差信号线性转换为0～5v的直流模拟信号用于输出。由上述说明可知，微压差传感器1输出0～5v的直流模拟信号经信号调理点阿鲁2转换，并经采样处理模块3进行adc转换与处理，最终经采样无线处理模块无线传输至风速调节控制装置。
60.进一步地，所述风速调节控制装置包括调节控制无线模块、与调节控制无线模块适配连接的中央处理器5以及与所述中央处理器5适配连接的电压调节控制模块6，其中，
61.中央处理器5通过调节控制无线模块接收风速采样处理装置14所发送的风速采样值，中央处理器5对所接收的风速采样值以及预设的风速给定值采用pid控制，以在pid控制后得到风速调节控制信号，所述风速调节控制信号经电压调节控制模块6加载到电能变换模块7。
62.具体地，调节控制无线模块即为与采样处理无线模块相适配的无线模块，即调节控制无线模块与采样处理无线模块间对应配合，可以实现无线信号的传输，即可以将风速采样值传输至中央处理器5内，调节控制无线模块、采样处理无线模块间的无线配合形式可以根据需要选择。调节控制无线模块、采样处理无线模块配合即形成图1中的无线模组4。
63.中央处理器5可以采用现有常用的微处理器形式，具体可以根据实际需要选择。具体工作时，一般在中央处理器5内预设有风速给定值，设定风速给定值的方式可以根据需要选择，如通过键盘等方式在中央处理器5内配置风速给定值，具体配置风速给定值的具体方式可根据需要选择，以能满足风速给定值的设置或配置为准。
64.在接收到风速采样值后，中央处理器5对所接收的风速采样值以及预设的风速给定值采用pid控制，以在pid控制后得到风速调节控制信号；其中，根据风速采样值与风速给定值能得到风速误差，对所述风速误差进行pid运算后，能得到风速调节控制信号。一般地，pid控制运算的具体过程可与现有相一致，即通过经验值确定相应的比例系数、积分系数以及微分系数，具体对风速误差进行pid运算得到风速调节控制信号的方式以及过程均与现有相一致，此处不再详述。中央处理器5得到的风速调节控制信号经电压调节控制模块6加
载到电能变换模块7。
65.为了能适应复杂工况，实现pid控制运算中的参数自整定，对风速采样值以及风速给定值采用pid控制时，包括用于模糊pid处理的模糊控制器16以及用于pid运算的pid基础控制器15，其中，
66.模拟控制器16根据风速采样值、风速给定值确定pid系数修正量组，并将所确定的pid系数修正量组加载到pid基础控制器15内；
67.所述pid系数修正量组包括比例系数修正量δkp、积分系数修正量δki以及微分系数修正量δkd；pid基础控制器15根据pid系数修正量组分别修正所述pid基础控制器15内的比例系数kp、积分系数ki以及微分系数kd，以根据修正后的比例系数kp、积分系数ki以及微分系数kd对风速误差进行pid处理，以在pid处理后得到风速调节控制信号，其中，所述风速误差为风速给定值与风速采样值之间的差值。
68.本发明实施例中，模糊控制器16、pid基础控制器15即为在中央处理器5内实现所需的运算处理，其中，模糊控制器16实现模糊控制处理，pid基础控制器15即为实现上述的pid控制运算。
69.具体地，模糊控制器16根据风速采样值、风速给定值确定pid系数修正量组，并将所确定的pid系数修正量组加载到pid基础控制器15内，其中，由图3可知，根据风速采样值以及风速给定值能得到模糊控制器16的两个输入值：一个是风速误差e，一个是风速误差变化率ec，模糊控制器16的输出值pid系数修正量组，具体地，所述pid系数修正量组包括比例系数修正量δkp、积分系数修正量δki以及微分系数修正量δkd。其中，风速误差变化率ec为一段时间内风速与设定风速的差值的变化值除以时间，即为ec＝de/dt。
70.一般地，模糊控制器16得到pid系数修正量的过程包含模糊化、模糊推理和清晰化三个过程；模糊化分别对风速误差e、风速误差变化率ec、比例系数修正量δkp、积分修正量δki和微分修正量δkd进行区域划分，具体区域划分的形式可以根据需要选择，以能满足实际的区域划分需求为准。在确定风速误差e、风速误差变化率ec后，确定对风速误差e、风速误差变化率ec、比例系数修正量δkp、积分修正量δki和微分修正量δkd相应的隶属度，并配置相应的隶属度函数。模糊推理对采集获取的风速误差e和风速误差变化率ec并结合模糊规则表推出输出值比例系数修正量δkp、积分修正量δki和微分修正量δkd所对应的隶属度，清晰化则将求得的隶属度乘以相应的隶属值分别得到最终的比例系数修正量δkp、积分修正量δki和微分修正量δkd。
71.具体实施时，模糊控制器16利用风速误差e、风速误差变化率ec确定pid系数修正量组时，具体模糊化、模糊推理以及清晰化三个过程的具体情况均可以与现有相一致，即区域划分、隶属度、隶属度函数以及模糊规则表等具体根据实际情况配置，一般可根据实际经验等方式进行具体配置，具体配置的情况与现有相一致，以能满足实际需求为准。在配置得到区域划分、隶属度、隶属度函数以及模糊规则表等后，模糊控制器16即可根据风速误差e、风速误差变化率ec确定得到比例系数修正量δkp、积分修正量δki和微分修正量δkd，具体方式以及过程可与现有相一致，此处不再详述。
72.由上述说明可知，在进行pid控制运算时，一般需要根据经验等确定pid运算中的比例系数、积分系数以及微分系数，得到比例系数修正量δkp、积分修正量δki和微分修正量δkd后，pid基础控制器15根据pid系数修正量组分别修正所述pid基础控制器15内的比
例系数kp、积分系数ki以及微分系数kd，具体修正时，可以将相应的修正量与pid基础控制器15内现有相应的比例系数kp、积分系数ki以及微分系数kd累加，以得到修正后的比例系数kp、积分系数ki以及微分系数kd。
73.在得到修正后的比例系数kp、积分系数ki以及微分系数kd后，pid基础控制器15对风速误差e进行pid处理，以在pid处理后得到风速调节控制信号，pid基础控制器15对风速误差e进行pid处理的方式以及过程，可以参考上述说明，即pid控制器15利用修正后的比例系数kp、积分系数ki以及微分系数kd对风速误差进行pid处理，具体得到风速调节控制信号的方式以及过程均与现有相一致，此处不再赘述。
74.具体实施时，为了能驱动电能变换模块7输出所需的放电激励电压，风速调节控制信号经电压调节控制模块6加载到电能变换模块7，电压调节控制模块6主要实现放大、转换以及驱动，具体以能控制电能变换模块7产生所需的放电激励电压为准。
75.进一步地，所述风速调节控制信号包括对电能变换模块7调压控制的调压控制信息或对电能变换模块7调频控制的调频控制信息，其中，
76.通过调压控制信号调节电能变换模块7所输出脉冲电压的幅值，通过调频控制信号调节电能变换模块7所输出脉冲电压的重复频率，以利用所输出幅值或重复频率的脉冲电压得到所需的放电激励电压。
77.本发明实施例中，为了能得到所需的放电激励电压，对电能变换模块7输出的脉冲电压，可以进行调压控制或调频控制，其中，通过调压控制信号进行调压控制时，调节电能变换模块7所输出脉冲电压的幅值，通过调频控制信号对调节电能变换模块7进行调频控制时，调节电能变换模块7所输出脉冲电压的重复频率。具体实施时，风速调节控制信号为调压控制信息或调频控制信息，具体可以根据实际需要选择。
78.具体实施时，电压调节控制模块6包括多级驱动电路和rs232电平转换模块组成，多级驱动电路对中央处理器5输出的调频控制信息进行放大，输送至电能变换模块7，控制电能变换模块7输出的脉冲电压频率，即调节电能变换模块7输出脉冲电压的重复频率。rs232电平转换模块将中央处理模块5输出0～3.3v的调压控制信息，转换为对应的-15v～ 15v的指令，用于控制电能变换模块7输出的直流电压大小，即实现调节电能变换模块7所输出脉冲电压的幅值。
79.进一步地，所述电能变换模块7包括直流输入电源以及与所述直流输入电源适配连接的脉冲发生电路，所述脉冲发生电路包括单极性脉冲电路以及与所述单极性脉冲电路适配连接的脉冲变压器；
80.通过调压控制信息调节直流输入电源的输出电压，或通过调频控制信息调节单极性脉冲发生电路的工作状态，以通过单极性脉冲电路与脉冲变压器产生所需的放电激励电压。
81.如图2所示，给出了电能变换模块7的一种具体实施情况，具体地，所述单极性脉冲电路包括二极管d1，二极管d1阳极端通过电阻r1与直流输入电源的正极端连接，二极管d1的阴极端与电容c1的正极端、nmos管qd1的漏极端以及二极管d2的阳极端连接，二极管d2的阴极端与电容c2的正极端、nmos管qd2的漏极端以及二极管d3的阳极端连接，二极管d3的阴极端与电容c3的正极端、nmos管qd3的漏极端以及二极管d4的阳极端连接，二极管d4的阴极端与电容c4的正极端以及nmos管qd4的漏极端连接；
82.电容c1的负极端与直流输入电源的负极端、nmos管qc1的源极端均接地，nmos管qc1的漏极端与nmos管qd1的源极端、电容c2的负极端以及nmos管qc2的源极端连接，nmos管qd2的漏极端与nmos管qd2的源极端、电容c3的负极端以及nmos管qc3的源极端连接，nmos管qc3的漏极端与nmos管qd3的源极端、电容c4的负极端以及nmos管qc4的源极端连接，nmos管qc4的漏极端、nnmos管qd4的源极端与脉冲变压器原边线圈的一端连接；
83.通过调频控制信息控制nmos管qc1、nmos管qc2、nmos管qc3、nmos管qc4、nmos管qd1、nmos管qd2、nmos管qd3以及nmos管qd4的开关状态。
84.具体地，nmos管qc1～nmos管qc4构成充电开关管和截尾开关管，在电容并联充电和脉冲后缩短脉冲下降沿截尾时开通。nmos管管qd1～nmos管qd4构成放电开关管，在电容串联放电时开通。所述电能变换模块7可以将低压直流变换成单极性高压脉冲方波，脉冲输出电压幅值为0～2.8kv可调，脉宽为0.4～10μs可调，频率为0.1～30khz可调，脉冲上升沿和下降沿小于35ns。
85.具体实施时，脉冲变压器t的原副边匝数比为1:5，磁芯可为铁基纳米晶闭合磁环，尺寸为80mm
×
50mm
×
25mm，绕组为多股并绕的高压硅胶绝缘导线，采用环氧树脂固体灌封。
86.下面对电能变换模块7的具体工作原理以及过程进行具体说明。具体地：
87.电容充电模态：nmos管qc1～nmos管qc4开通，nmos管qd1～nmos管qd4关断，直流电源流经二极管d1～二极管d4对电容c1～电容c4进行并联充电，并经过nmos管qc1～nmos管qc4流回大地。此时，脉冲变压器t的原边无脉冲电压输出，与脉冲变压器t副边连接的负载上电压为零。
88.电容放电模态：nmos管qd1～nmos管qd2开通，nmos管qc1～nmos管qc4关断，电容c1～电容c4通过nmos管qd1～nmos管qd4依次串联，将电压抬升至4倍的电容充电电压，该电压直接加载在脉冲变压器t的原边，会在脉冲变压器t的副边感应出脉冲高压，此时，输出脉冲高压将施加在负载上。
89.死区模态：nmos管qd1～nmos管qd4和nmos管qc1～nmos管qc4均关断，电容上的能量无释放回路，脉冲变压器t的原边电压由nmos管的寄生电容维持，死区时间的大小可设定为200ns。
90.输出截尾模态：在实际电路中，不可避免地存在杂散电感和电容，会对脉冲电压波形的上升沿和下降沿起到阻碍作用。当输出的负载呈现容性时，脉冲过后的下降沿可达几微秒。nmos管qc1～nmos管qc4开通，nmos管qd1～nmos管qd4关断，直流电源通过二极管d1～二极管d4对电容c1～c4进行并联充电的同时，脉冲变压器t的原边电压由于充电过程被导通的nmos管qc1～nmos管qc4钳位，其原边电压会迅速降至较低的值，从而获得快速下降沿，输出脉冲方波。此模态和电容充电模态一致，既保证了输出高压脉冲过后的截尾效果，又为主电容准备下一次放电前的充电。
91.具体工作时，通过调压控制信号调节电能变换模块7所输出脉冲电压的幅值时，通过调节直流输入电源dc的电压来实现调节单极性脉冲发生电路的输入电压，最终达到调节经脉冲变压器t输出的放电激励电压，即直流输入电源dc为输出电压可调的电源形式，直流输入电源dc的情况可以根据需要选择，以能满足所需的输出电压可调为准。通过调频控制信号调节电能变换模块7所输出脉冲电压的重复频率时，具体为调节制nmos管qc1、nmos管qc2、nmos管qc3、nmos管qc4、nmos管qd1、nmos管qd2、nmos管qd3以及nmos管qd4相应的开关
状态。
92.此外，在调压控制或调频控制时，整个电能变换模块7的工作状态均为电容充电模态、电容放电模态、死区模态或输出截尾模态中的一种。具体调节直流输入电源dc的输出电压或单极性脉冲发生电路的工作状态，以能满足产生所需的放电激励电压为准。
93.图2中的load即为上述沿面放电模块8内的上电极10，即通过脉冲变压器t的副边向沿面放电模块8内的上电极10施加所需的放电激励电压。具体实施时，由图1可知，电能变换模块7通过限流电阻9与上电极10连接，下电极11接地。
94.综上，可得到基于沿面介质阻挡放电的离子风风速控制方法，提供包括风速采样处理装置14、风速调节控制装置以及电能变换模块7的离子风风速控制装置，其中，利用上述的离子风风速控制装置对沿面放电模块8进行所需的离子风风速控制。
95.具体实施时，风速采样处理装置14、风速调节控制装置以及电能变换模块7构成离子风风速控制装置，利用离子风风速控制装置对沿面放电模块8进行所需的离子风风速控制时，具体闭环控制方式以及过程均可以参考上述说明，此处不再赘述。
96.本发明实施例中，风速采样处理装置14将风速采样值无线传输至风速调节控制装置，采用无线方式传输风速采样值时，可以有效解决线缆布置和环境强电磁干扰等问题。基于风速给定值对风速采样值进行控制处理时，采用模糊控制方式对风速误差e以及风速误差变化率ec确定pid系数修正量组，并对pid基础控制器内的pid系数进行修正，实现参数自整定的能力，对环境工况的变化和激励器的负载变化，相比不具备参数自整定的传统pid算法，具有更高的适应性和快速性，即能有效实现沿面介质阻挡放电离子风风速的闭环控制，可以快速的对沿面介质阻挡放电离子风风速进行较为精确的调控。
97.上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本技术中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。