CN111327190B - 提高dcdc恒流电源的动态跟踪性能的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高DCDC恒流电源的动态跟踪性能的方法，包括如下步骤：对该恒流电源的基准信号进行监测，在检测到所述基准信号的上升沿或下降沿时，依据当前得到的所述基准信号进行模数转换并采样后得到的信号幅值，计算得到积分项赋值，并使用所述积分项赋值调节PID补偿器的积分调节支路的输出，以控制该恒流电源的输出电流。本发明还涉及一种实现上述方法的装置。实施本发明的提高DCDC恒流电源的动态跟踪性能的方法及装置，具有以下有益效果：得到积分项参数的时间较快、动态跟踪性能较好。

Description

提高DCDC恒流电源的动态跟踪性能的方法及装置
技术领域
本发明涉及电源控制领域，更具体地说，涉及一种提高DCDC恒流电源的动态跟踪性能的方法及装置。
背景技术
一些特定场合使用的电源通常会对其动态跟踪性有较高的要求，例如，激光电源系统常被应用于医疗激光设备中来给激光负载供电，其应用场景对激光电源的动态跟踪性能就具有很高的要求。在激光电源系统的经典应用中，外部基准信号iref(t)为一定幅值范围内的高频方波，激光电源需要控制其输出电流io(t)，使输出电流对基准信号进行动态跟踪。为了保护激光负载，系统对激光电源输出电流的上升时间和超调量等性能都具有严格的要求。传统的数字激光电源系统只能通过调节数字PID补偿器的参数Kp、Ki和Kd来优化上升时间和超调量，因此，这使得其调节较为缓慢，主要的原因是积分项参数Ki的形成时间较慢。因此，受该参数的影响激光电源动态跟踪性能的提升具有一定的局限性。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述积分项参数的积累时间较慢、动态跟踪性能的提升受到限制的缺陷，提供一种得到积分项参数的时间较快、动态跟踪性能较好的提高DCDC恒流电源的动态跟踪性能的方法及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种提高DCDC恒流电源的动态跟踪性能的方法，包括如下步骤：
对该恒流电源的基准信号进行监测，在检测到所述基准信号的上升沿或下降沿时，依据当前得到的所述基准信号进行模数转换并采样后得到的信号幅值，计算得到积分项赋值，并使用所述积分项赋值调节PID补偿器的积分调节支路的输出，以控制该恒流电源的输出电流。
更进一步地，在所述上升沿和所述下降沿计算所述积分项赋值时，分别采用不同的、事先设定的参数进行计算。
更进一步地，所述方法包括如下步骤：
A)取得所述基准信号进行模数转换并采样后得到的当前信号，并计算其幅值；
B)将得到的幅值和前一次采样得到的该信号的幅值比较，判断二者的差的绝对值是否大于设定阈值，如是，执行下一步骤；否则，返回步骤A)；
C)判断当前采样信号的幅值大于前一次的采样信号幅值否，如是，判断当前处于上升沿；否则，判断当前处于下降沿；
D)按照当前位于上升沿或下降沿，取得设定的上升沿系数和上升沿补偿量或下降沿系数和下降沿补偿量，计算得到当前积分项赋值；
E)将得到的当前积分项赋值用于PID补偿器，使得所述PID补偿器按照该积分量赋值产生补偿信号。
更进一步地，所述步骤D)中，在上升沿时，通过ui[k]＝kupiref[k]+dup得到所述积分项赋值；在下降沿时，通过ui[k]＝kdowniref[k]+ddown得到所述积分项赋值；其中，ui[k]是所述积分项赋值，iref[k]是当前采样信号幅值；kup是上升沿系数，dup是上升沿补偿量；kdown是下降沿系数，ddown是下降沿补偿量。
更进一步地，所述步骤E)包括将得到的积分项赋值写入PID补偿器，替代该PID补偿器原有的积分项参数。
更进一步地，还包括如下步骤：
F)将当前采样信号的幅值设置为前一次的采样信号幅值，并返回步骤A)。
更进一步地，还包括如下步骤：取得或上载事先设定的所述设定阈值、上升沿系数、上升沿补偿量、下降沿系数和下降沿补偿量。
本发明还涉及一种实现上述方法的装置，包括：
积分项赋值产生单元：用于对该恒流电源的基准信号进行监测，在检测到所述基准信号的上升沿或下降沿时，依据当前得到的所述基准信号进行模数转换并采样后得到的信号幅值，计算得到积分项赋值，并使用所述积分项赋值调节PID补偿器的积分调节支路的输出，以控制该恒流电源的输出电流。
更进一步地，所述积分项赋值产生单元包括：
采样模块：用于取得所述基准信号进行模数转换并采样后得到的当前信号，并计算其幅值；
幅值比较模块：用于将得到的幅值和前一次采样得到的该信号的幅值比较，判断二者的差的绝对值是否大于设定阈值，如是，调用边沿判断模块；否则，返回采样模块；
边沿判断模块：用于判断当前采样信号的幅值大于前一次的采样信号幅值否，如是，判断当前处于上升沿；否则，判断当前处于下降沿；
积分项赋值计算模块：用于按照当前位于上升沿或下降沿，取得设定的上升沿系数和上升沿补偿量或下降沿系数和下降沿补偿量，计算得到当前积分项赋值；
写入模块：用于将得到的当前积分项赋值用于PID补偿器，使得所述PID补偿器按照该积分量赋值产生补偿信号。
更进一步地，还包括初始化模块，所述初始化模块用于取得或上载事先设定的参数，所述参数包括设定阈值、上升沿系数、上升沿补偿量、下降沿系数和下降沿补偿量。
实施本发明的提高DCDC恒流电源的动态跟踪性能的方法及装置，具有以下有益效果：由于通过对参考信号的上升沿和下降沿进行监测，并在上升沿和下降沿出现的时候，分别采用不同的参数对采样得到的参考信号的幅值进行计算，从而直接得到原先需要经过上升沿和下降沿的积累而产生的积分补偿项，这样不仅节省了该参数的生成时间，而且可以通过参数的调节控制住过冲或过调节的产生；同时，由于将上升沿和下降沿的分开，使得其调节较为准确。因此，其得到积分项参数的时间较快、动态跟踪性能较好。
附图说明
图1是本发明提高DCDC恒流电源的动态跟踪性能的方法及装置实施例中该方法的流程图；
图2是所述实施例中一种情况该方法的具体流程图；
图3是所述实施例中实现该方法的具体电路图；
图4是所述实施例中实现上述方法的装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明实施例作进一步说明。
如图1所示，在本发明的一种提高DCDC恒流电源的动态跟踪性能的方法及装置实施例中，该提高DCDC恒流电源的动态跟踪性能的方法，包括如下步骤：
步骤S11监测参考信号的上升沿和下降沿：在本实施例中，通常来讲，DCDC恒流电源(例如，激光电源或医用激光电源)中的参考信号是一个连续的方波信号，其具有上升沿和下降沿。在本步骤中，就是对上述恒流电源的参考信号进行监测，以发现其上升沿和下降沿的到来时间。当该上升沿后下降沿到来时，执行后续的步骤，当上述上升沿和下降沿未到来时，重复本步骤，直到上述上升沿或下降沿其中的一个到来，再执行后续的步骤。
步骤S12在上升沿和下降沿到来时分别采用不同的参数计算积分项赋值：在本步骤中，依据当前得到的所述基准信号进行模数转换并采样后得到的信号幅值，计算得到积分项赋值；在本步骤或前一步骤中，需要区分上升沿和下降沿，按照不同的边沿，选择不同的参数来计算得到上述积分项赋值，这些参数是事先设定的，通过选择的常数。
步骤S13得到积分项赋值并用其替代PID补偿器中的积分项参数：在本步骤中，将得到的所述积分项赋值调节PID补偿器的积分调节支路的输出，具体来讲是将得到积分项赋值并用其替代PID补偿器中的积分项参数，输出误差信号。
步骤S14 PID补偿器输出误差信号控制输出电流：在本步骤中，上述恒流电源通过使用上述PID补偿器输出的误差信号控制该恒流电源的输出电流。实现快速稳定的动态跟踪性能。
图2中，示出了一个医用激光电源的具体的调节步骤；图3示出了该电源的具体的电路图。在图2中，包括如下步骤：
开始调节，也就是电源开始工作，随后执行的步骤是初始化，即取得或上载事先设定的所述设定阈值、上升沿系数、上升沿补偿量、下降沿系数和下降沿补偿量。
然后开始接收数据，取得所述基准信号进行模数转换并采样后得到的当前信号；
然后计算上述取得的当前信号的幅值；
然后将得到的幅值和前一次采样得到的该信号的幅值比较，判断二者的差的绝对值是否大于设定阈值，如是，执行下一步骤；否则，上述接收数据步骤，接收下一次采样的信号数据；本步骤的物理意义是判断是否出现边沿，出现后就执行下一步骤，不出现就返回上述步骤。
判断当前采样信号的幅值大于前一次的采样信号幅值否，如是，判断当前处于上升沿；否则，判断当前处于下降沿；
按照当前位于上升沿或下降沿，取得设定的上升沿系数和上升沿补偿量或下降沿系数和下降沿补偿量，计算得到当前积分项赋值；具体来讲，在上升沿时，通过ui[k]＝kupiref[k]+dup得到所述积分项赋值；在下降沿时，通过ui[k]＝kdowniref[k]+ddown得到所述积分项赋值；其中，ui[k]是所述积分项赋值，iref[k]是当前采样信号幅值；kup是上升沿系数，dup是上升沿补偿量；kdown是下降沿系数，ddown是下降沿补偿量。
然后，将得到的当前积分项赋值用于PID补偿器，使得所述PID补偿器按照该积分量赋值产生补偿信号。同样地，将得到的积分项赋值写入PID补偿器，替代该PID补偿器原有的积分项参数。
最后，将当前采样信号的幅值设置为前一次的采样信号幅值，并返回上述接收数据的步骤，开始下一次的数据接收和补偿调节。
总体上来看，如图3所示，激光电源的数字控制IC部分增加了“基准信号检测程序”，该“基准信号检测程序”可以是一段可执行的程序，也可以是一个硬件化的模块。当激光电源控制输出电流io(t)使其跟踪外部基准信号iref(t)时，“基准信号检测程序”时刻监测外部基准信号iref(t)的变化。如果监测到iref(t)出现上升沿或者下降沿，则“基准信号检测程序”会根据A/D采样后基准信号iref[k]的幅值大小来计算PID补偿器积分项的大小，并立刻写入补偿器的积分项中。
通过这种方案，可以大大减小数字PID补偿器中积分项累积求和所需要的时间。在上升沿中减小了输出电流io(t)的上升时间，在下降沿中减小了输出电流io(t)的下降时间，且不会造成很大的超调量。该方法进一步提高了激光电源输出电流对外部基准信号的动态跟踪性能。
在实际使用时，如图2所示，当模数(A/D)采样得到的外部基准信号iref[k]与上一次采样结果iref[k-1]的差值e大于阈值Threshold时，说明外部基准信号iref(t)发生了变化。
程序通过比较iref[k]与iref[k-1]的大小来区分上升沿还是下降沿，并分别使用ui′[k]＝kup×iref[k]+dup和u′i[k]＝kdown×iref[k]+ddown算法来计算PID补偿器中积分项的值。因此，“基准信号检测程序”可以适应不同幅值大小的外部基准信号iref[k]。
具体应用中，差值e的阈值Threshold可以根据实际应用而改变，起到过滤噪声的作用；具体应用中，计算上升沿和下降沿积分项算法中的参数kup、dup、kdown和ddown可以根据对输出电流上升时间和超调量的要求而进行微调。
由于增加了“基准信号检测程序”，使得本实施例中的方案可以大大减小数字PID补偿器中积分项累积求和并达到稳态所需要的时间，即进一步减小了激光电源输出电流的上升时间，优化激光电源输出电流的动态跟踪性能。
本发明还涉及一种实现上述方法的装置，如图4所示，该装置包括积分项赋值产生单元1，该积分项赋值产生单元1用于对该恒流电源的基准信号进行监测，在检测到所述基准信号的上升沿或下降沿时，依据当前得到的所述基准信号进行模数转换并采样后得到的信号幅值，计算得到积分项赋值，并使用所述积分项赋值调节PID补偿器的积分调节支路的输出，以控制该恒流电源的输出电流。
更为具体地，所述积分项赋值产生单元1包括：采样模块11、幅值比较模块12、边沿判断模块13、积分项赋值计算模块14、写入模块15和初始化模块16。其中，采样模块11用于取得所述基准信号进行模数转换并采样后得到的当前信号，并计算其幅值；幅值比较模块12用于将得到的幅值和前一次采样得到的该信号的幅值比较，判断二者的差的绝对值是否大于设定阈值，如是，调用边沿判断模块13；否则，返回采样模块11；边沿判断模块13用于判断当前采样信号的幅值大于前一次的采样信号幅值否，如是，判断当前处于上升沿；否则，判断当前处于下降沿；积分项赋值计算模块14用于按照当前位于上升沿或下降沿，取得设定的上升沿系数和上升沿补偿量或下降沿系数和下降沿补偿量，计算得到当前积分项赋值；写入模块15用于将得到的当前积分项赋值用于PID补偿器，使得所述PID补偿器按照该积分量赋值产生补偿信号。初始化模块16用于取得或上载事先设定的参数，所述参数包括设定阈值、上升沿系数、上升沿补偿量、下降沿系数和下降沿补偿量。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种提高DCDC恒流电源的动态跟踪性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
对该恒流电源的基准信号进行监测，在检测到所述基准信号的上升沿或下降沿时，依据当前得到的所述基准信号进行模数转换并采样后得到的信号幅值，计算得到积分项赋值，并使用所述积分项赋值调节PID补偿器的积分调节支路的输出，以控制该恒流电源的输出电流；
在所述上升沿和所述下降沿计算所述积分项赋值时，分别采用不同的、事先设定的参数进行计算；
所述方法包括如下步骤：
A)取得所述基准信号进行模数转换并采样后得到的当前信号，并计算其幅值；
B)将得到的幅值和前一次采样得到的该信号的幅值比较，判断二者的差的绝对值是否大于设定阈值，如是，执行下一步骤；否则，返回步骤A)；
C)判断当前采样信号的幅值大于前一次的采样信号幅值否，如是，判断当前处于上升沿；否则，判断当前处于下降沿；
D)按照当前位于上升沿或下降沿，取得设定的上升沿系数和上升沿补偿量或下降沿系数和下降沿补偿量，计算得到当前积分项赋值；
E)将得到的当前积分项赋值用于PID补偿器，使得所述PID补偿器按照该积分项 赋值产生补偿信号。
2.根据权利要求1所述的提高DCDC恒流电源的动态跟踪性能的方法，其特征在于，所述步骤D)中，在上升沿时，通过ui[k]＝kupiref[k]+dup得到所述积分项赋值；在下降沿时，通过ui[k]＝kdowniref[k]+ddown得到所述积分项赋值；其中，ui[k]是所述积分项赋值，iref[k]是当前采样信号幅值；kup是上升沿系数，dup是上升沿补偿量；kdown是下降沿系数，ddown是下降沿补偿量。
3.根据权利要求1所述的提高DCDC恒流电源的动态跟踪性能的方法，其特征在于，所述步骤E)包括将得到的积分项赋值写入PID补偿器，替代该PID补偿器原有的积分项参数。
4.根据权利要求3所述的提高DCDC恒流电源的动态跟踪性能的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
F)将当前采样信号的幅值设置为前一次的采样信号幅值，并返回步骤A)。
5.根据权利要求4所述的提高DCDC恒流电源的动态跟踪性能的方法，其特征在于，还包括如下步骤：取得或上载事先设定的所述设定阈值、上升沿系数、上升沿补偿量、下降沿系数和下降沿补偿量。
6.一种实现如权利要求1所述的提高DCDC恒流电源的动态跟踪性能方法的装置，其特征在于，包括：
积分项赋值产生单元：用于对该恒流电源的基准信号进行监测，在检测到所述基准信号的上升沿或下降沿时，依据当前得到的所述基准信号进行模数转换并采样后得到的信号幅值，计算得到积分项赋值，并使用所述积分项赋值调节PID补偿器的积分调节支路的输出，以控制该恒流电源的输出电流；
所述积分项赋值产生单元包括：
采样模块：用于取得所述基准信号进行模数转换并采样后得到的当前信号，并计算其幅值；
幅值比较模块：用于将得到的幅值和前一次采样得到的该信号的幅值比较，判断二者的差的绝对值是否大于设定阈值，如是，调用边沿判断模块；否则，返回采样模块；
边沿判断模块：用于判断当前采样信号的幅值大于前一次的采样信号幅值否，如是，判断当前处于上升沿；否则，判断当前处于下降沿；
积分项赋值计算模块：用于按照当前位于上升沿或下降沿，取得设定的上升沿系数和上升沿补偿量或下降沿系数和下降沿补偿量，计算得到当前积分项赋值；
写入模块：用于将得到的当前积分项赋值用于PID补偿器，使得所述PID补偿器按照该积分量赋值产生补偿信号。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，还包括初始化模块，所述初始化模块用于取得或上载事先设定的参数，所述参数包括设定阈值、上升沿系数、上升沿补偿量、下降沿系数和下降沿补偿量。
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