CN117395098A - 一种数字化实时并机方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于功率电子测试的技术领域，具体公开了一种数字化实时并机方法及系统，其中方法包括以下步骤：S1、将并机参数输入至主机，实时主从交互模块将所述并机参数同步更新至各个从机；启动测试，主机和从机采集实时测量数据；S2、自适应控制模块根据所述实时测量数据计算主机数模转换目标值；S3、实时数字化数模同步模块将所述主机数模转换目标值同步更新至各个从机；S4、各个从机中的目标值处理模块根据所述主机数模转换目标值计算得到对应的从机数模转换目标值并执行。本发明通过实现了数字化控制实时精准拉载，解决了单体负载功率较低，且无法兼顾动态实时性和静态误差的瓶颈问题，大大扩展了高压大功率直流电子负载的应用范围。

Description

一种数字化实时并机方法及系统
技术领域
本发明涉及功率电子测试的技术领域，具体涉及一种数字化实时并机方法及系统。
背景技术
随着新能源汽车及光伏风能等绿色能源行业的快速发展，高压大功率直流电子负载成为直流电子负载的发展方向，但受限于硬件条件，目前高压大功率直流电子负载行业单体负载功率最大不超过65kW，无法满足测试需求。需要通过设置并机方式来实现扩展功率及电流量程的目的。
目前常用并机控制方法有两种：一种主要依赖于单体负载各自控制方式，只是在单机的基础上通过毫秒级通信进行拉载值同步操作，本质上是两台负载各自控制自己的拉载值，拉载实时性及调整同步性较差，在一些动态波形要求很高的场合无法满足需求，例如在恒压模式中，两台负载电压测量的不一致，容易导致主从拉载电流失衡；另一种是硬件实现方法，通过硬件将主机拉载模拟信号同步给从机，从机完全跟随主机拉载，同步性好，但弊端在于仅限于硬件匹配的同型号并机，算法缺少环路调节及误差修正，硬件差异性导致静态误差较大，且在一些电流动态变换要求较高的模式中，由于模拟信号会受到运放等器件带宽影响，导致波形失真。以上两种方式主要受限于并机通信速率及算法问题，无法做到精准的数字化实时控制。
综上，现需要设计一种数字化实时并机方法及系统来解决现有技术中上述的问题。
发明内容
为解决上述现有技术中问题，本发明提供了一种数字化实时并机方法及系统，解决了现有并机控制方法中同步性较差或者静态误差较大的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种数字化实时并机方法，包括以下步骤：
S1、将并机参数输入至主机，实时主从交互模块将所述并机参数同步更新至各个从机；启动测试，主机和从机采集实时测量数据；
S2、自适应控制模块根据所述实时测量数据计算主机数模转换目标值；
S3、实时数字化数模同步模块将所述主机数模转换目标值同步更新至各个从机；
S4、各个从机中的目标值处理模块根据所述主机数模转换目标值计算得到对应的从机数模转换目标值，各个从机执行对应的从机数模转换目标值。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S1中，从机采集的实时测量数据通过所述实时主从交互模块传递至所述自适应控制模块进行主机数模转换目标值的计算。
在本发明的一些实施例中，所述并机参数包括但不限于负载身份、硬件挡位、模式参数；所述实时测量数据包括但不限于实时电流值、实时电压值、功率和硬件状态信息。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S1还包括：
启动测试后，主机按照功率比例系数获得主机拉载电流设置值IM_set，并将其同步至从机进行拉载；
从机周期性采集实时测量电流IS_i通过所述实时主从交互模块回传至主机。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S2的计算过程为：
计算主机拉载电流修正测量值；
根据所述拉载电流设置值与主机拉载电流修正测量值的误差计算当前主机数模转换修正值；
利用所述当前主机数模转换修正值得到当前主机数模转换目标值。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S3包括以下步骤：
主机的实时数字化数模同步模块将所述自适应控制模块计算得到的n位的主机数模转换目标值扩展为m位的数模转换发送值，并周期性发送到从机；
从机的实时数字化数模同步模块接收m位的数模转换发送值后，提取出n位的主机数模转换目标值。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S4包括以下步骤：
所述目标值处理模块通过主机给定KB修正值将n位的主机数模转换目标值转换成从机拉载电流设置值IS_set；
再根据从机KB修正值将从机拉载电流设置值IS_set转换为从机数模转换目标值；
通过斜率、功率防护判断后传输到硬件电路，实现拉载。
在本发明的一些实施例中，所述实时测量数据的回传间隔时间为10ms，所述主机数模转换目标值的更新时间为10μs。
在本发明的一些实施例中，一种数字化实时并机系统，包括：
实时主从交互模块，其设置于主机和各个从机内，所述实时主从交互模块用于传递并机参数和实时测量数据；
自适应控制模块，其设置于主机内，所述自适应控制模块与所述实时主从交互模块通信连接，用于根据实时测量数据计算主机数模转换目标值；
实时数字化数模同步模块，其设置于主机和各个从机内，所述实时数字化数模同步模块用于传递所述主机数模转换目标值；
执行模块，其设置于主机和各个从机内，用于采集实时测量数据和执行拉载电流设置值。
在本发明的一些实施例中，所述主机中的实时主从交互模块还设有人机界面，用于并机参数的输入；所述实时主从交互模块间的通信方式为CAN通信，所述实时数字化数模同步模块的通信方式为RS-485通信。
本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：
本发明通过设置自适应控制模块和实时数字化数模同步模块对主机数模转化目标值的实时计算和更新，实现了数字化控制实时精准拉载，解决了目前行业内单体负载功率较低，且现有并机方式无法兼顾动态实时性和静态误差的瓶颈问题，大大扩展了高压大功率直流电子负载的应用范围。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为实施例中所述一种数字化实时并机方法的流程示意图。
图2为实施例中所述实时数字化数模同步模块的流程示意图。
图3为实施例中所述一种数字化实时并机系统的原理框图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
实施例1：参照图1和图2所示，一种数字化实时并机方法，包括以下步骤：
S1、将并机参数输入至主机，实时主从交互模块将所述并机参数同步更新至各个从机；启动测试，主机和从机采集实时测量数据；
具体地，主机中设置有人机交互界面，即通过人机交互端向主机的实时主从交互模块输入并机参数，其中，并机参数包括负载身份、硬件挡位、模式参数；
实时主从交互模块是以ARM（Advanced RISC Machine，微处理器）端1Mbps的CAN通信为基础，主机响应相关设置后，将并机参数更新至各个从机，使得各个从机实现同步切换。
所述步骤S1还包括：
启动测试后，主机按照功率比例系数COEF获得主机拉载电流设置值IM_set，通过斜率设置给定到目标值并将其同步至从机进行拉载；
之后，从机周期性采集实时测量电流IS_i通过从机中的实时主从交互模块回传至主机的实时主从交互模块，其中的i表示从机的数量；
具体地，从机每隔10ms通过CAN通信获发送一次从机实时测量电流平均值IS_1，…,IS_i（i∈N，1≤i≤15），在该实施例中从机的数量为15。
也就是说，从机的实时测量电流IS_i的采集周期为10ms。
主机的实时主从交互模块将接收到的实时测量电流平均值IS_i传递至所述自适应控制模块进行主机数模转换目标值DDA的计算。
在本发明的一些实施例中，所述实时测量数据包括但不限于实时电流值、实时电压值、功率和硬件状态信息。
S2、自适应控制模块根据所述实时测量数据计算主机数模转换目标值；
具体的计算过程为：
采集主机10ms内的实时测量电流平均值IM，将其与从各从机回传的10ms实时测量电流平均值相加，得到并机系统总体测量电流ITOTAL，反算回实际总测量电流中主机所占比例测量值，进一步可得10ms内的实际主机所占比例测量值和主机拉载电流设置值IM_set之间偏差为：
△I= COEF×ITOTAL-IM_set，
其中，COEF为主机量程功率和并机系统总功率间的比例系数。
该偏差△I是主机和从机硬件不一致产生的偏差。当主机给定达到目标值，且实际测量电流达到设置电流95%以上后，进入自适应控制算法，其主要思路为根据测量值偏差不断修正逼近设置值，直到实现精准拉载。并机自适应算法的关键创新点在于并机10ms回传测量值和单机10μs控制算法的高效结合，达到自适应的并机环路控制，具体实现如下所示：
计算主机测量电流修正值IM_COR_k：
IM_COR_k= IM_COR_k-1+ COEFSTEP×(IM+△I- IM_10us_k)
其中，IM_COR_k-1为上一个计算周期的主机拉载电流修正测量值，该计算周期为10μs，COEFSTEP为误差逼近系数，IM为采集频率为10ms的主机测量电流平均值，IM_10us_k为当前10μs内主机测量电流平均值。
若当前误差为：
e(k)= IM_SET-IM_COR_k
则当前主机数模转换修正值为：
DASumk= DASumk-1+COEFA×[e(k)-e(k-1)]+COEFB×e(k)
其中DASumk-1为上一个计算周期10μs的主机数模转换修正值，COEFA和COEFB均为控制系数，通过参数整定获得。
由此可得当前主机数模转换目标值为：
DAk= DAk-1+DASumk
其中DAk-1为上一个计算周期的主机数模转换目标值。通过这种测量值逼近修正的方式实现目标值的精准修正控制。
S3、实时数字化数模同步模块将所述主机数模转换目标值同步更新至各个从机；
具体地参照图2所示，包括以下步骤：
通过FPGA自建IP核，搭建实时数字化数模同步模块，主机的实时数字化数模同步模块将所述自适应控制模块计算得到的n位的主机数模转换目标值扩展为m位的数模转换发送值，并周期性发送到从机；
例如，若负载身份为主机，首先从自适应控制模块获取22位主机数模转换目标值DDA22，将22位的主机数模转换目标值拼接帧头、帧尾以及校验信息扩展为一个43位的数模转换发送值DDA43；
然后以8.33Mbps 的通信波特率每10μs向从机发送一次DDA43；
从机的实时数字化数模同步模块接收m位的数模转换发送值后，提取出n位的主机数模转换目标值。
例如，若负载身份为从机，收到特殊开始信号后开始接收DDA43，由于连续接收数据较长，且通信波特率较高，为防止因边沿畸变等干扰导致数据误读问题，接收数据采用错位三分之一的方式读取，有效提高数据读取准确率及抗干扰能力；读取完DDA43后进行帧尾以及累加和校验，校验通过后提取出DDA22。
S4、各个从机中的目标值处理模块根据所述主机数模转换目标值计算得到对应的从机数模转换目标值，各个从机执行对应的从机数模转换目标值。
继续参照图2所示，所述步骤S4包括以下步骤：
所述目标值处理模块通过主机给定KB修正值将n位的主机数模转换目标值（如上文所述的DDA22）转换成从机拉载电流设置值IS_set；
再根据从机KB修正值将从机拉载电流设置值IS_set转换为从机数模转换目标值DDA_S；
通过斜率、功率防护判断后传输到硬件电路，实现拉载。
所述实时数字化数模同步模块通信高效准确，传输处理方式合理，是实现从机精准拉载的基础。
实施例2：参照图3所示，一种数字化实时并机系统，包括：
实时主从交互模块，其设置于主机和各个从机内，所述实时主从交互模块用于传递并机参数和实时测量数据；
所述主机中的实时主从交互模块还设有人机界面，用于并机参数的输入；所述实时主从交互模块间的通信方式为CAN通信；
从机的实时主从交互模块间隔10ms回传本负载的拉载状态、电流、电压即功率等相关参数至主机的实时主从交互模块。
自适应控制模块，其设置于主机内，所述自适应控制模块与所述实时主从交互模块通信连接，用于根据实时测量数据计算主机数模转换目标值；
实时数字化数模同步模块，其设置于主机和各个从机内，所述实时数字化数模同步模块用于传递所述主机数模转换目标值；
具体地，主机的实时数字化数模同步模块每隔10μs通过8.33Mbps的RS-485通信将主机数模转换目标值同步给各个从机的实时数字化数模同步模块后，延时更新本机的拉载值。
执行模块，其设置于主机和各个从机内，用于采集实时测量数据和执行拉载电流设置值。
同时，从机中还设置有目标值处理模块，其用于将接收的主机数模转换目标值进行匹配换算转变成从机本身的数模转换目标值，进行限值及安全判断后切片下发拉载值。
本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果：
本发明通过设置自适应控制模块和实时数字化数模同步模块对主机数模转化目标值的实时计算和更新，实现了数字化控制实时精准拉载，解决了目前行业内单体负载功率无法做到65kW以上，且现有并机方式无法兼顾动态实时性和静态误差的瓶颈问题，大大扩展了高压大功率直流电子负载的应用市场，在硬件无需增加成本的前提下，实现最大功率960kW以上的数字化实时精准拉载。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到的变化或替换，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权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种数字化实时并机方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将并机参数输入至主机，实时主从交互模块将所述并机参数同步更新至各个从机；启动测试，主机和从机采集实时测量数据；
S2、自适应控制模块根据所述实时测量数据计算主机数模转换目标值；
S3、实时数字化数模同步模块将所述主机数模转换目标值同步更新至各个从机；
S4、各个从机中的目标值处理模块根据所述主机数模转换目标值计算得到对应的从机数模转换目标值，各个从机执行对应的从机数模转换目标值。
2.根据权利要求1所述的一种数字化实时并机方法，其特征在于，所述步骤S1中，从机采集的实时测量数据通过所述实时主从交互模块传递至所述自适应控制模块进行主机数模转换目标值的计算。
3.根据权利要求1所述的一种数字化实时并机方法，其特征在于，所述并机参数包括但不限于负载身份、硬件挡位、模式参数；所述实时测量数据包括但不限于实时电流值、实时电压值、功率和硬件状态信息。
4.根据权利要求1所述的一种数字化实时并机方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：
启动测试后，主机按照功率比例系数获得主机拉载电流设置值IM_set，并将其同步至从机进行拉载；
从机周期性采集实时测量电流IS_i通过所述实时主从交互模块回传至主机。
5.根据权利要求1所述的一种数字化实时并机方法，其特征在于，所述步骤S2的计算过程为：
计算主机拉载电流修正测量值；
根据所述拉载电流设置值与主机拉载电流修正测量值的误差计算当前主机数模转换修正值；
利用所述当前主机数模转换修正值得到当前主机数模转换目标值。
6.根据权利要求1所述的一种数字化实时并机方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：
主机的实时数字化数模同步模块将所述自适应控制模块计算得到的n位的主机数模转换目标值扩展为m位的数模转换发送值，并周期性发送到从机；
从机的实时数字化数模同步模块接收m位的数模转换发送值后，提取出n位的主机数模转换目标值。
7.根据权利要求1所述的一种数字化实时并机方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下步骤：
所述目标值处理模块通过主机给定KB修正值将n位的主机数模转换目标值转换成从机拉载电流设置值IS_set；
再根据从机KB修正值将从机拉载电流设置值IS_set转换为从机数模转换目标值；
通过斜率、功率防护判断后传输到硬件电路，实现拉载。
8.根据权利要求1所述的一种数字化实时并机方法，其特征在于，所述实时测量数据的回传间隔时间为10ms，所述主机数模转换目标值的更新时间为10μs。
9.一种数字化实时并机系统，其特征在于，包括：
实时主从交互模块，其设置于主机和各个从机内，所述实时主从交互模块用于传递并机参数和实时测量数据；
自适应控制模块，其设置于主机内，所述自适应控制模块与所述实时主从交互模块通信连接，用于根据实时测量数据计算主机数模转换目标值；
实时数字化数模同步模块，其设置于主机和各个从机内，所述实时数字化数模同步模块用于传递所述主机数模转换目标值；
执行模块，其设置于主机和各个从机内，用于采集实时测量数据和执行拉载电流设置值。
10.根据权利要求9所述的一种数字化实时并机系统，其特征在于，所述主机中的实时主从交互模块还设有人机界面，用于并机参数的输入；所述实时主从交互模块间的通信方式为CAN通信，所述实时数字化数模同步模块的通信方式为RS-485通信。
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