CN110780603B - 一种服务器开关电源控制算法优化方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种服务器开关电源控制算法优化系统及方法，包括板卡和仿真优化平台，所述的板卡上设置有开关电源芯片，所述的仿真优化平台包括通讯单元；所述的仿真优化平台通过通讯单元与开关电源芯片连接；仿真优化平台，用于获取开关电源芯片的实时工作状态的信息数据并将获取的信息数据进行存储；仿真优化平台，还用于根据保存的信息数据选择模型辨识方法辨识板卡开关电源回路数学模型并对辨识得到的数学模型进行控制仿真得到的控制算法和控制参数。仿真优化平台具有针对辨识得到的数学模型进行控制仿真的功能，可以实现控制算法的设计和控制参数的整定，通过稳定性分析和动态响应分析研究控制方法的效果。
Description
技术领域
本发明涉及开关电源调试测试技术领域，具体涉及一种服务器开关电源控制算法优化方法及系统。
背景技术
伴随云计算、AI智能、大数据等新型互联网技术的发展，对于服务器的性能提出了很高的要求，CPU及内存的功率更大，对电源的需求也更严格，动态响应的要求也更高。现有服务器大都采用开关稳压电源(DC/DC)设计方案，通过开关电路(switch)输出占空比或频率可调的脉冲，通过高频整流管、电感、电容形成直流输出电压，通过改变占空比或频率而调整输出电压。
实现开关电路输出占空比变化的控制方法一般包括传统的PID控制算法(比例积分微分控制器)和智能控制算法，智能控制算法包含模糊控制、神经网络控制、预测控制和遗传算法等以及包括它们的变种或组合算法：模糊PID、分数阶PID控制算法、神经网络预测控制、多模型切换预测控制等各式各样控制算法。
但是，传统控制算法和智能算法在开关电源的实际应用上的调试和应用上并不方便，因计算机、服务器等电子设备的电压电流需求、动态响应需求、电路板图、板层设置以及走线方式等方面各不相同，该型号板卡开关电源的控制算法对于另一种型号的板子开关电源控制算法不一定适用，在板卡开关电源设计阶段除了需要对开关电源芯片硬件选型设计外，还需要在板卡生产出来后对开关电源的控制算法和控制参数进行调整。现有控制算法和控制参数调整很多采用试凑法，即根据经验设定控制算法或控制参数，然后烧录至芯片中，板卡上电后对板卡进行测试，验证算法的控制效果是否满足板卡对电压、电流、转换效率、动态响应、纹波等的要求；若任一项不符合设计要求，再重新调整控制算法和控制参数进行测试；该调整方法对设计人员的经验要求非常高，且调试过程繁琐、费时费力。
发明内容
针对现有控制算法和控制参数调整很多采用试凑法，即根据经验设定控制算法或控制参数，然后烧录至芯片中，板卡上电后对板卡进行测试，验证算法的控制效果是否满足板卡对电压、电流、转换效率、动态响应、纹波等的要求；若任一项不符合设计要求，再重新调整控制算法和控制参数进行测试；该调整方法对设计人员的经验要求非常高，且调试过程繁琐、费时费力的问题，本发明提供一种服务器开关电源控制算法优化方法及系统。
本发明的技术方案是：
一方面，本发明技术方案提供一种服务器开关电源控制算法优化系统,包括板卡和仿真优化平台，所述的板卡上设置有开关电源芯片，所述的仿真优化平台包括通讯单元；
所述的仿真优化平台通过通讯单元与开关电源芯片连接；
仿真优化平台，用于获取开关电源芯片的实时工作状态的信息数据并将获取的信息数据进行存储；
仿真优化平台，还用于根据保存的信息数据选择模型辨识方法辨识板卡开关电源回路数学模型并对辨识得到的数学模型进行控制仿真得到的控制算法和控制参数。
优选地，仿真优化平台包括存储单元、数学模型辨识单元、仿真单元；
仿真优化平台通过通讯单元获取开关电源芯片的实时工作状态的信息数据；
存储单元，用于存储获取的信息数据；将开关电源的实时工作状态的信息数据保存下来，保存下来的不同控制算法和不同控制参数的数据可以通过数据对比的形式，发现设计调试过程中的控制效果的趋势，通过对比不同的控制效果，可以加快调整控制算法符合设计要求的进度。
数学模型辨识单元，用于根据保存的信息数据选择模型辨识方法辨识板卡开关电源回路数学模型；
数学模型辨识单元，还用于通过设定输入输出变量，分析不同负载、不同干扰、不同走线方式等条件下开关电源系统的输入输出变量间的关系，建立输入输出变量数据库，基于数据库可以采用BP神经网络辨识方法或最小二乘法等辨识法对板卡开关电源回路建立数学模型，所建立的数学模型包括传递函数形式、微分方程形式或状态方程形式。
仿真单元，用于对辨识得到的数学模型进行控制仿真得到的控制算法和控制参数。针对辨识得到的数学模型进行控制仿真，可以实现控制算法的设计和控制参数的整定。
优选地，所述的仿真优化平台通过通讯单元将仿真得到的控制算法和控制参数烧录至开关电源芯片中通过实时反馈开关电源芯片的工作状态，验证控制算法设计的效果。
优选地，所述的通讯单元为I2C通讯单元，仿真优化平台通过I2C通讯协议连接开关电源芯片，通过I2C通讯协议得到开关电源芯片的实时工作状态的信息数据。
仿真优化平台通过I2C通讯协议连接板卡的开关电源芯片，通过I2C通讯协议可以得到开关电源芯片的地址、输入电压、输出电压、输入电流、输出电流、控制算法参数等信息数据，通过I2C通讯协议的实时信息数据传输，可以在仿真优化平台进行开关电源的工作状态的实时反馈和控制算法及控制参数的实时调整。
优选地，所述的信息数据包括开关电源芯片的地址、输入电压、输出电压、输入电流、输出电流、控制算法、控制参数。
优选地，数学模型辨识单元，还用于通过设定输入输出变量，分析不同负载、不同干扰、不同走线方式条件下开关电源的输入输出变量间的关系，建立输入输出变量数据库，基于数据库辨识系统方法对板卡开关电源回路建立数学模型。
优选地，所述的数学模型包括传递函数形式、微分方程形式或状态方程形式。
仿真优化平台具有针对辨识得到的数学模型进行控制仿真的功能，可以实现控制算法的设计和控制参数的整定，例如加入干扰信号进行开关电源回路系统稳定性分析、调整输出动态变化进行开关电源回路系统动态响应分析，通过稳定性分析和动态响应分析研究控制方法的效果。
另一方面，本发明技术方案提供一种服务器开关电源控制算法优化方法,包括如下步骤：
获取开关电源芯片的实时工作状态的信息数据；
将获取的信息数据进行存储；
根据保存的信息数据选择模型辨识方法辨识板卡开关电源回路数学模型；
对辨识得到的数学模型进行控制仿真得到的控制算法和控制参数。
优选地，所述的信息数据包括开关电源芯片的地址、输入电压、输出电压、输入电流、输出电流、控制算法、控制参数。
优选地，该方法还包括：将存储的不同控制算法和不同控制参数的数据通过数据对比的形式，发现设计调试过程中的控制效果的趋势，通过对比不同的控制效果进行控制算法和控制参数的调整。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：本发明设计仿真优化平台，仿真优化平台具有针对辨识得到的数学模型进行控制仿真的功能，可以实现控制算法的设计和控制参数的整定，进行开关电源回路系统稳定性分析、调整输出动态变化进行开关电源回路系统动态响应分析，通过稳定性分析和动态响应分析研究控制方法的效果。
仿真优化平台可以根据仿真得到的控制算法和控制参数烧录至开关电源芯片中，然后通过实时反馈开关电源芯片的工作状态，验证控制算法设计的效果。
可有效解决以往服务器或计算机开关电源芯片控制算法设计和控制参数整定对经验依赖严重、试凑法等设计效率低等问题
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种服务器开关电源控制算法优化系统连接框图。
图2是本发明实施例二提供的一种服务器开关电源控制算法优化方法流程示意图。
图3是本发明实施例三提供的一种服务器开关电源控制算法优化方法流程示意图
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例一
如图1所示，本发明技术方案提供一种服务器开关电源控制算法优化系统,包括板卡和仿真优化平台，所述的板卡上设置有开关电源芯片，所述的仿真优化平台包括通讯单元；
所述的仿真优化平台通过通讯单元与开关电源芯片连接；
仿真优化平台，用于获取开关电源芯片的实时工作状态的信息数据并将获取的信息数据进行存储；
仿真优化平台，还用于根据保存的信息数据选择模型辨识方法辨识板卡开关电源回路数学模型并对辨识得到的数学模型进行控制仿真得到的控制算法和控制参数。
在这里需要说明的是，仿真优化平台包括存储单元、数学模型辨识单元、仿真单元；
仿真优化平台通过通讯单元获取开关电源芯片的实时工作状态的信息数据；
存储单元，用于存储获取的信息数据；将开关电源的实时工作状态的信息数据保存下来，保存下来的不同控制算法和不同控制参数的数据可以通过数据对比的形式，发现设计调试过程中的控制效果的趋势，通过对比不同的控制效果，可以加快调整控制算法符合设计要求的进度。
数学模型辨识单元，用于根据保存的信息数据选择模型辨识方法辨识板卡开关电源回路数学模型；
数学模型辨识单元，还用于通过设定输入输出变量，分析不同负载、不同干扰、不同走线方式等条件下开关电源系统的输入输出变量间的关系，建立输入输出变量数据库，基于数据库可以采用BP神经网络辨识方法或最小二乘法等辨识法对板卡开关电源回路建立数学模型，所建立的数学模型包括传递函数形式、微分方程形式或状态方程形式。
仿真单元，用于对辨识得到的数学模型进行控制仿真得到的控制算法和控制参数。针对辨识得到的数学模型进行控制仿真，可以实现控制算法的设计和控制参数的整定，例如加入干扰信号进行开关电源回路系统稳定性分析、调整输出动态变化进行开关电源回路系统动态响应分析，通过稳定性分析和动态响应分析研究控制方法的效果。所述的通讯单元为I2C通讯单元，仿真优化平台通过I2C通讯协议连接开关电源芯片，通过I2C通讯协议得到开关电源芯片的实时工作状态的信息数据。仿真优化平台通过I2C通讯协议连接板卡的开关电源芯片，通过I2C通讯协议可以得到开关电源芯片的地址、输入电压、输出电压、输入电流、输出电流、控制算法参数等信息数据，通过I2C通讯协议的实时信息数据传输，可以在仿真优化平台进行开关电源的工作状态的实时反馈和控制算法及控制参数的实时调整。所述的信息数据包括开关电源芯片的地址、输入电压、输出电压、输入电流、输出电流、控制算法、控制参数。
数学模型辨识单元，还用于通过设定输入输出变量，分析不同负载、不同干扰、不同走线方式条件下开关电源的输入输出变量间的关系，建立输入输出变量数据库，基于数据库辨识系统方法对板卡开关电源回路建立数学模型。所述的数学模型包括传递函数形式、微分方程形式或状态方程形式。
所述的仿真优化平台通过通讯单元将仿真得到的控制算法和控制参数烧录至开关电源芯片中通过实时反馈开关电源芯片的工作状态，验证控制算法设计的效果。
实施例二
如图2所示，本发明技术方案提供一种服务器开关电源控制算法优化方法,包括如下步骤：
步骤一：获取开关电源芯片的实时工作状态的信息数据；若服务器开关电源芯片已有控制算法需要整定控制参数时，仿真优化平台通过I2C通讯协议连接板卡开关电源芯片，实时获取开关电源芯片的工作状态的信息数据；信息数据包括开关电源芯片的地址、输入电压、输出电压、输入电流、输出电流、控制算法、控制参数。
步骤二：将获取的信息数据进行存储；
选择将开关电源的实时工作状态的信息数据保存下来，保存下来的不同控制算法和不同控制参数的数据可以通过数据对比的形式，发现设计调试过程中的控制效果的趋势，通过对比不同的控制效果，加快控制算法调试的进度。另一方面需要说明的是，若服务器开关电源芯片需要重新设计控制算法时，在仿真优化平台上对输入变量设定不同数据，分别记录对应的输出数据，并保存下来。
步骤三：根据保存的信息数据选择模型辨识方法辨识板卡开关电源回路数学模型；
根据保存下来的数据选择模型辨识方法，此时使用者可以选择平台自带的模型辨识方法或可以根据实际开关电源回路系统自己编写模型辨识程序，模型辨识后选择合适的数学模型表达形式；利用得到的数学模型可以检验所辨识的模型是否符合实际系统特性，对辨识的模型的输入或加入干扰仿真输出结果，对比实测输出数据，判定所辨识的模型是否贴近实际开关电源回路系统。
步骤四：对辨识得到的数学模型进行控制仿真得到的控制算法和控制参数。
选择好合适数学模型后，在平台上选择合适的控制算法及控制参数进行控制算法的性能测试，可以进行稳态性能测试和系统动态响应测试，仿真得到的性能测试数据可以进行保存和对比，通过仿真及对比得到符合要求的控制算法和控制参数。
实施例三
本发明实施例提供的一种服务器开关电源控制算法优化方法与实施例二的不同之处本发明实施例还包括：
步骤五：将仿真得到的控制算法和控制参数烧录至开关电源芯片，进行板卡的实际测试，验证所设计的控制算法是否符合设计需求。
本发明可有效解决以往服务器或计算机开关电源芯片控制算法设计和控制参数整定对经验依赖严重、试凑法等设计效率低等问题。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种服务器开关电源控制算法优化系统,包括板卡，所述的板卡上设置有开关电源芯片，其特征在于，还包括仿真优化平台，所述的仿真优化平台包括通讯单元和数学模型辨识单元；
所述的仿真优化平台通过通讯单元与开关电源芯片连接；
仿真优化平台，用于获取开关电源芯片的实时工作状态的信息数据并将获取的信息数据进行存储；所述的信息数据包括开关电源芯片的地址、输入电压、输出电压、输入电流、输出电流、控制算法、控制参数；
仿真优化平台，还用于根据保存的信息数据选择模型辨识方法辨识板卡开关电源回路数学模型并对辨识得到的数学模型进行控制仿真得到控制算法和控制参数;
数学模型辨识单元，用于通过设定输入输出变量，分析不同负载、不同干扰、不同走线方式条件下开关电源的输入输出变量间的关系，建立输入输出变量数据库，基于数据库辨识系统方法对板卡开关电源回路建立数学模型。
2.根据权利要求1所述的服务器开关电源控制算法优化系统,其特征在于，仿真优化平台包括存储单元、仿真单元；
仿真优化平台通过通讯单元获取开关电源芯片的实时工作状态的信息数据；
存储单元，用于存储获取的信息数据；
仿真单元，用于对辨识得到的数学模型进行控制仿真得到的控制算法和控制参数。
3.根据权利要求2所述的服务器开关电源控制算法优化系统,其特征在于，所述的仿真优化平台通过通讯单元将仿真得到控制算法和控制参数烧录至开关电源芯片中通过实时反馈开关电源芯片的工作状态，验证控制算法设计的效果。
4.根据权利要求3所述的服务器开关电源控制算法优化系统,其特征在于，所述的通讯单元为I2C通讯单元，仿真优化平台通过I2C通讯协议连接开关电源芯片，通过I2C通讯协议得到开关电源芯片的实时工作状态的信息数据。
5.根据权利要求4所述的服务器开关电源控制算法优化系统,其特征在于，所述的数学模型包括传递函数形式、微分方程形式或状态方程形式。
6.一种服务器开关电源控制算法优化方法,其特征在于，包括如下步骤：
获取开关电源芯片的实时工作状态的信息数据；所述的信息数据包括开关电源芯片的地址、输入电压、输出电压、输入电流、输出电流、控制算法、控制参数;
将获取的信息数据进行存储；
根据保存的信息数据选择模型辨识方法辨识板卡开关电源回路数学模型；具体通过设定输入输出变量，分析不同负载、不同干扰、不同走线方式条件下开关电源的输入输出变量间的关系，建立输入输出变量数据库，基于数据库辨识系统方法对板卡开关电源回路建立数学模型;
对辨识得到的数学模型进行控制仿真得到控制算法和控制参数。
7.根据权利要求6所述的服务器开关电源控制算法优化方法,其特征在于，该方法还包括：将仿真得到的控制算法和控制参数烧录至开关电源芯片，进行板卡的实际测试，对控制算法进行验证。
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