CN112217515A - 一种变流器ad自动校准的控制方法及系统 - Google Patents
一种变流器ad自动校准的控制方法及系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及嵌入式电力电子控制软件领域，公开了一种变流器AD自动校准的控制方法及系统，其技术方案要点是包括如下步骤：获取待校准设备的所有AD参数，并将所有AD参数存入在AD参数数据缓存寄存器中；当所有AD参数都获取并存储后，获取校准指令，并根据获取到的校准指令进入AD校准流程；当进入到AD校准流程后，实时读取所有待校准点的实际模拟量和对应的AD转换数字量，通过一阶低通滤波算法对AD转换数字量进行滤波计算，并得到稳定的有效数字量；通过一元线性回归算法对所有待校准点的实际模拟量和对应的有效数字量进行计算并得到AD校准系数和AD校准零点；如果AD校准系数满足预设的校准系数误差范围，则校准成功，并存储AD校准系数和AD校准零点。
Description
技术领域
本发明涉及嵌入式电力电子控制软件领域，更具体地说，它涉及一种变流器AD自动校准的控制方法及系统。
背景技术
目前，轨道交通中的电子设备中存在很多的模拟量信号，这些模拟量对车辆运行、安全关系密切，故在设备生产过程中必须保证这些信号的准确性和测量精度。而AD模拟量校准一直是设计生产过程中需要关注的问题。
目前对模拟量精度的处理方案很多，如：
1.保证电子器件的一致性；通过筛选电子器件的方法，如控制采样单元的传感器、采样电阻、运算放大器、AD采集模块的精度来提高模拟量的精度。但是该方法大大增加了采购的难度、采购的成本，不利于产品的大批量生产。
2.每个AD模拟量单独配置计算系数；该方法主要是通过人为对每路AD进行比例系数、温度零漂的计算，再通过软件对每一个AD的参数进行更改存储，严重影响生产效率，也不利于软件版本的管理。
3.降低对AD模拟量的精度要求；即对AD精度放低要求，只有在严重问题时才对异常AD量进行排查。该处理方法降低了设备的精度，影响现场的使用效果，会导致设备误报误操作或起不到监测作用，严重时会出现安全事故。
发明内容
本发明的目的是提供一种变流器AD自动校准的控制方法及系统，能够提高AD校准精度和速度，便于实际使用。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种变流器AD自动校准的控制方法，包括如下步骤：
获取待校准设备的所有AD参数，并将所有AD参数存入在AD参数数据缓存寄存器中；
当所有AD参数都获取并存储后，获取校准指令，并根据获取到的校准指令进入AD校准流程；
当进入到AD校准流程后，实时读取所有待校准点的实际模拟量和对应的AD转换数字量，通过一阶低通滤波算法对AD转换数字量进行滤波计算，并得到稳定的有效数字量；
通过一元线性回归算法对所有待校准点的实际模拟量和对应的有效数字量进行计算并得到AD校准系数和AD校准零点；
如果AD校准系数满足预设的校准系数误差范围，则校准成功，并存储AD校准系数和AD校准零点。
作为本发明的一种优选技术方案，获取到待校准设备的所有AD参数后，并将所有AD参数存入在AD参数数据缓存寄存器中的三维数组和二维数组内。
作为本发明的一种优选技术方案，所述三维数组中存储有标准样机每路AD通道各个校准点的标准测试值；所述二维数组中存储有每路AD通道的校准参数。
作为本发明的一种优选技术方案，所述三维数组中存储有AD转换的标准数字量ADData、单点允许误差范围ADDelt；所述二维数组中存储有AD标定的标准系数SlopeSta、滤波系数A、校准系数误差范围Z。
作为本发明的一种优选技术方案，当进入到AD校准流程后，得到稳定的有效数字量的过程中还包括如下子步骤：
实时读取一个待校准点的实际模拟量Lxx和对应的AD转换数字量ADDataTmp；
通过一阶低通滤波算法对AD转换数字量ADDataTmp进行滤波计算，一阶低通滤波计算公式如下：
Yn = Yn-1 + A*Xn；
其中，Yn是当前滤波后的AD数字值；Yn-1是上一次滤波后的AD数字值；A是滤波系数，Xn是AD转换数字量ADDataTmp；
如果当前滤波后的AD数字值Yn与对应在三维数组中存储有转换的标准数字量ADData的差值小于或等于对应的单点允许误差范围ADDelt，则当前滤波后的AD数字值Yn记为有效数字量Lxy。
作为本发明的一种优选技术方案，在进入到AD校准流程，并得到稳定的有效数字量后，将待校准点的实际模拟量Lxx和对应的有效数字量Lxy存储到AD校准数据缓存寄存器中，并调整信号输入量，对下一个待校准点进行实际模拟量Lxx和对应的有效数字量Lxy的获取、计算和存储，直到所有待校准点的实际模拟量Lxx和对应的有效数字量Lxy都被存储在AD校准数据缓存寄存器中。
作为本发明的一种优选技术方案，所述通过一元线性回归算法对所有待校准点的实际模拟量和对应的有效数字量进行计算并得到AD校准系数和AD校准零点的过程包括如下步骤：
作为本发明的一种优选技术方案，所述如果AD校准系数满足预设的校准系数误差范围，则校准成功的步骤包括：将经过一元线性回归算法计算的AD校准系数ADSlope与AD标定的标准系数SlopeSta进行对比，如果对比结果满足校准系数误差范围Z，则校准成功，并存储AD校准系数ADSlope和AD校准零点ADIntercept；如果对比结果不满足校准系数误差范围Z，则校准失败，进行失败告警。
作为本发明的一种优选技术方案，校准指令包括校准命令和校准通道n。
一种变流器AD自动校准的控制系统，包括：
参数获取和存储模块：用于获取待校准设备的所有AD参数，并将所有AD参数存入在AD参数数据缓存寄存器中；
校准指令模块：用于当所有AD参数都获取并存储后，获取校准指令，并根据获取到的校准指令进入AD校准流程；
滤波计算模块：用于当进入到AD校准流程后，实时读取所有待校准点的实际模拟量和对应的AD转换数字量，通过一阶低通滤波算法对AD转换数字量进行滤波计算，并得到稳定的有效数字量；
线性回归计算模块：用于通过一元线性回归算法对所有待校准点的实际模拟量和对应的有效数字量进行计算并得到AD校准系数和AD校准零点；
最终校准模块：用于判断AD校准系数是否满足预设的校准系数误差范围，得到校准结果。
综上所述，本发明具有以下有益效果：采用了一元线性回归原理进行AD模拟量系数的计算校准，有效的拟合了不同硬件条件下的AD转换关系，通过本发明方法计算出的线性系数和零点值更接近实际效果，比普通的单点校准方法大大提高了产品的精度和质量，并且本发明还采用了一阶低通滤波和数据对比技术，软件能自动的识别数据的校准点，比常规的每个AD通道人为调节，并对每一AD通道的系数单独进行软件参数修正，大大缩短了生产的时间，提高了生产效益。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明的一种实施例的具体流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1和2所示，本发明提供一种变流器AD自动校准的控制方法，包括如下步骤：
S1：通过控制软件获取待校准设备的所有AD参数，具体的，使用控制软件获取各通道AD信号存储在设备存储器中需要使用的各种参数，该设备存储器一般指掉电能保持不变化的存储器。
S2、将所有AD参数存入在AD参数数据缓存寄存器中的三维数组和二维数组内；
三维数组中存储有标准样机每路AD通道各个校准点的标准测试值；例如：AD转换的标准数字量ADData、单点允许误差范围ADDelt；
本实施例中，将三维数组记为ADDotData[n][m][2]，其中，2表示AD通道一个校验点的参数数量，本实施例中将该值确定为2，如AD转换的标准数字量ADData、单点允许误差范围ADDelt；n 为为AD通道数,根据产品需求设置；m为校验点数量，一般可以为5，即校准采集点数为5个，该值也可以根据各个产品对AD转换精度、生产时间等测试外部环境进行修改。
二维数组中存储有每路AD通道的校准参数，例如：AD标定的标准系数SlopeSta、AD校准系数ADSlope、AD校准零点ADIntercept、滤波系数A、校准系数误差范围Z；
本实施例中，将二维数组记为ADCalibPara[n][5]，其中：5表示每路AD通道校准参数数量，本实施例中将该值确定为5，如AD标定的标准系数SlopeSta、AD校准系数ADSlope、AD校准零点ADIntercept、滤波系数A、校准系数误差范围Z。n为AD通道数,根据实际产品需求设置。
需要注意的是，本步骤中二维数组中的AD校准系数ADSlope、AD校准零点ADIntercept，是上一次AD校准过程中校准成功而得出存储的。
S3、当所有AD参数都获取并存储后，获取校准指令，并根据获取到的校准指令进入AD校准流程；具体的，控制软件实时监测校准指令，该指令可以是硬件触发的信号，也可以是网络下发的通信指令。只有收到有效的校准指令后，控制软件才会进入校准流程，校准指令包含校准命令和校准通道n。
S4、当进入到AD校准流程后，实时读取所有待校准点的实际模拟量和对应的AD转换数字量，通过一阶低通滤波算法对AD转换数字量进行滤波计算，并得到稳定的有效数字量； 具体的过程为：
S41、实时读取一个待校准点的实际模拟量Lxx和对应的AD转换数字量ADDataTmp；更具体的，Lxx是需校准点的实际信号模拟量；ADData是Lxx经电子设备采样处理后的AD转换的数字量；
S42、为了能精准确定校准点，实现自动校准的功能，必须识别校准点的数据是否稳定可靠。此处采用一阶低通滤波算法来实现该项功能，即通过一阶低通滤波算法对S41中得到的AD转换数字量ADDataTmp进行滤波计算，一阶低通滤波计算公式如下：
Yn = Yn-1 + A*Xn；
其中，Yn是本次滤波后的AD数字值；Yn-1是上一次滤波后的AD数字值；A是滤波系数，Xn是AD转换数字量ADDataTmp；
S43、如果本次滤波后的AD数字值Yn与对应在三维数组中存储有转换的标准数字量ADData的差值小于或等于对应的单点允许误差范围ADDelt，则次滤波后的AD数字值Yn记为有效数字量Lxy。
S44、将待校准点的实际模拟量Lxx和对应的有效数字量Lxy存储到AD校准数据缓存寄存器中，本实施例中将AD校准数据缓存寄存器记为ADCalib[n][m][2]，是用于存放各校准点参数的临时缓存区；其中n是AD通道数，根据项目需要而定，m是校验点数量，本实施例中为5；2是AD校准数据缓存寄存器中的参数数量，共2个，即实际模拟量Lxx和对应的有效数字量Lxy。
S45、调整信号输入量，对下一个待校准点进行校验，也就是重复上述的S41-S44，直到所有待校准点的实际模拟量Lxx和对应的有效数字量Lxy都被存储在AD校准数据缓存寄存器ADCalib[n][m][2]中。
S5、通过一元线性回归算法对所有待校准点的实际模拟量和对应的有效数字量进行计算并得到AD校准系数和AD校准零点；具体的计算公式和计算过程为：
S6、如果AD校准系数满足预设的校准系数误差范围，则校准成功，并存储AD校准系数和AD校准零点，具体的过程为：将经过一元线性回归算法计算的AD校准系数ADSlope与AD标定的标准系数SlopeSta进行对比，如果对比结果满足校准系数误差范围Z，则校准成功，并存储本次校验的AD校准系数ADSlope和AD校准零点ADIntercept到设备存储器和二维数组中，保证下次设备上电可用；如果对比结果不满足校准系数误差范围Z，则校准失败，进行失败告警。
对应于上述的方法，本发明还提供一种变流器AD自动校准的控制系统，包括：
参数获取和存储模块：用于获取待校准设备的所有AD参数，并将所有AD参数存入在AD参数数据缓存寄存器中；
校准指令模块：用于当所有AD参数都获取并存储后，获取校准指令，并根据获取到的校准指令进入AD校准流程；
滤波计算模块：用于当进入到AD校准流程后，实时读取所有待校准点的实际模拟量和对应的AD转换数字量，通过一阶低通滤波算法对AD转换数字量进行滤波计算，并得到稳定的有效数字量；
线性回归计算模块：用于通过一元线性回归算法对所有待校准点的实际模拟量和对应的有效数字量进行计算并得到AD校准系数和AD校准零点；
最终校准模块：用于判断AD校准系数是否满足预设的校准系数误差范围，得到校准结果。
本发明的优势在于：本发明的方法和系统中，采用了一元线性回归原理进行AD模拟量系数的计算校准，有效的拟合了不同硬件条件下的AD转换关系，通过本发明方法计算出的线性系数和零点值更接近实际效果，比普通的单点校准方法大大提高了产品的精度和质量，并且本发明还采用了一阶低通滤波和数据对比技术，软件能自动的识别数据的校准点，比常规的每个AD通道人为调节，并对每一AD通道的系数单独进行软件参数修正，大大缩短了生产的时间，提高了生产效益。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种变流器AD自动校准的控制方法，其特征是：包括如下步骤：
获取待校准设备的所有AD参数，并将所有AD参数存入在AD参数数据缓存寄存器中；
当所有AD参数都获取并存储后，获取校准指令，并根据获取到的校准指令进入AD校准流程；
当进入到AD校准流程后，实时读取所有待校准点的实际模拟量和对应的AD转换数字量，通过一阶低通滤波算法对AD转换数字量进行滤波计算，并得到稳定的有效数字量；
通过一元线性回归算法对所有待校准点的实际模拟量和对应的有效数字量进行计算，并得到AD校准系数和AD校准零点；
如果AD校准系数满足预设的校准系数误差范围，则校准成功，并存储AD校准系数和AD校准零点。
2.根据权利要求1所述的一种变流器AD自动校准的控制方法，其特征是：获取到待校准设备的所有AD参数后，并将所有AD参数存入在AD参数数据缓存寄存器中的三维数组和二维数组内。
3.根据权利要求2所述的一种变流器AD自动校准的控制方法，其特征是：所述三维数组中存储有标准样机每路AD通道各个校准点的标准测试值；所述二维数组中存储有每路AD通道的校准参数。
4.根据权利要求3所述的一种变流器AD自动校准的控制方法，其特征是：所述三维数组中存储有AD转换的标准数字量ADData、单点允许误差范围ADDelt；所述二维数组中存储有AD标定的标准系数SlopeSta、滤波系数A、校准系数误差范围Z。
5.根据权利要求4所述的一种变流器AD自动校准的控制方法，其特征是：当进入到AD校准流程后，得到稳定的有效数字量的过程中还包括如下子步骤：
实时读取一个待校准点的实际模拟量Lxx和对应的AD转换数字量ADDataTmp；
通过一阶低通滤波算法对AD转换数字量ADDataTmp进行滤波计算，一阶低通滤波计算公式如下：
Yn = Yn-1 + A*Xn；
其中，Yn是当前滤波后的AD数字值；Yn-1是上一次滤波后的AD数字值；A是滤波系数，Xn是AD转换数字量ADDataTmp；
如果当前滤波后的AD数字值Yn与对应在三维数组中存储有转换的标准数字量ADData的差值小于或等于对应的单点允许误差范围ADDelt，则当前滤波后的AD数字值Yn记为有效数字量Lxy。
6.根据权利要求5所述的一种变流器AD自动校准的控制方法，其特征是：在进入到AD校准流程，并得到稳定的有效数字量后，将待校准点的实际模拟量Lxx和对应的有效数字量Lxy存储到AD校准数据缓存寄存器中，并调整信号输入量，对下一个待校准点进行实际模拟量Lxx和对应的有效数字量Lxy的获取、计算和存储，直到所有待校准点的实际模拟量Lxx和对应的有效数字量Lxy都被存储在AD校准数据缓存寄存器中。
7.根据权利要求6所述的一种变流器AD自动校准的控制方法，其特征是：通过一元线性回归算法对所有待校准点的实际模拟量和对应的有效数字量进行计算并得到AD校准系数和AD校准零点的过程包括如下计算步骤：
8.根据权利要求7所述的一种变流器AD自动校准的控制方法，其特征是：所述如果AD校准系数满足预设的校准系数误差范围，则校准成功的步骤包括：将经过一元线性回归算法计算的AD校准系数ADSlope与AD标定的标准系数SlopeSta进行对比，如果对比结果满足校准系数误差范围Z，则校准成功，并存储AD校准系数ADSlope和AD校准零点ADIntercept；如果对比结果不满足校准系数误差范围Z，则校准失败，进行失败告警。
9.根据权利要求1所述的一种变流器AD自动校准的控制方法，其特征是：校准指令包括校准命令和校准通道n。
10.一种变流器AD自动校准的控制系统，其特征是：包括：
参数获取和存储模块：用于获取待校准设备的所有AD参数，并将所有AD参数存入在AD参数数据缓存寄存器中；
校准指令模块：用于当所有AD参数都获取并存储后，获取校准指令，并根据获取到的校准指令进入AD校准流程；
滤波计算模块：用于当进入到AD校准流程后，实时读取所有待校准点的实际模拟量和对应的AD转换数字量，通过一阶低通滤波算法对AD转换数字量进行滤波计算，并得到稳定的有效数字量；
线性回归计算模块：用于通过一元线性回归算法对所有待校准点的实际模拟量和对应的有效数字量进行计算并得到AD校准系数和AD校准零点；
最终校准模块：用于判断AD校准系数是否满足预设的校准系数误差范围，得到校准结果。
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Denomination of invention: A Control Method and System for Automatic Calibration of Converter AD Effective date of registration: 20230921 Granted publication date: 20210709 Pledgee: Zheshang Bank Co.,Ltd. Nanjing Branch Pledgor: NANJING HUASHI ELECTRONIC SCIENTIFIC Co.,Ltd. Registration number: Y2023980058154 |
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