一种高精度智能直流电源系统及方法
【专利摘要】本发明提供了一种精度可调的智能直流电源系统及方法，涉及汽车安全领域。其特征在于，所述系统包括：移动端控制模块、移动端数据传输装置、按键板、控制处理器、显示器、报警装置、模数转换装置、恒流源、负载和自制电源；所述移动端控制模块信号连接于移动端数据传输装置；所述移动端数据传输装置信号连接于控制处理器；所属控制处理器分别信号连接于按键板、报警装置、显示器和模数转换装置；所述模数转换装置分别信号连接于恒流源和自制电源；所述恒流源分别信号连接于模数转换装置、负载和恒流源；所述负载信号连接于横流源。该发明具有精度高、不易受干扰、执行速度快和具备报警功能等优点。
【专利说明】
一种高精度智能直流电源系统及方法
技术领域
[0001]本发明涉及电源技术领域，特别涉及一种高精度智能直流电源系统及方法。
【背景技术】
[0002]目前数控直流源一般采取运放构成的电流-电压转换电路与单片机结合，设计方案大多为开环系统，主控制器仅用于数字给定及显示，没有对输出电流进行检测和控制。本文在传统电路设计的基础上，利用控制系统中反馈与控制原理，引入电流负反馈，在采样电阻上获取和电流成正比的采样电压，并接人运算放大器的反向输入端，实现负反馈，形成恒流输出的闭环控制系统。
[0003]软件方面，将具有全局寻优能力但收敛速度慢的遗传算法和具有收敛速度快且局部寻优能力强的直接搜索法结合在一起，设计基于遗传算法和直接搜索策略的混合优化算法，充分利用了遗传算法的全局搜索能力并以此作为优化过程的“粗调”，同时利用直接搜索法良好的局部搜索能力作为优化过程的“微调”，集中了两者的优点，而克服了两者的弱点，得到的目标函数值较遗传退火策略更优，而且一致性更好，用于PID参数整定是具有整定速度快，调节时间短，稳态误差小等优点。同时结合PID算法，形成软件闭环，实现对输出电流的精确控制。
[0004]本发明相较于现有的数控直流源，具有以下优点:
1、具备报警功能:相比于现有的数控直流源，我们添加了报警功能。能够针对系统中的危险情况及时响应，能够较好的保护整个电路，避免电路因为在某些情况下导致的过流毁坏整个系统。
[0005]2、执行速度快:本发明相较于现有的直流电源系统，采用了独特的混合最优算法，该算法收敛快、对参数依赖较低。能够很快的找到最优解，及时响应。
[0006]3、不易受干扰:本发明将直流电源进行采样后进行模数转换处理，避免了因为模拟信号容易受到系统干扰。采用数字信号进行处理可以保证处理结果更加准确。
[0007]4、精度高:本发明提供的直流电源系统可以对电流进行微调，实现电流的微观控制。理论上可以精确到输出电流变化的绝对值 < 输出电流值的1%+lOmA。
【发明内容】
[0008]鉴于此，本发明提供了一种高精度智能直流电源系统及方法，该发明具有精度高、不易受干扰、执行速度快和具备报警功能等优点。
[0009]本发明采用的技术方案如下:
一种高精度智能直流电源系统，其特征在于，所述系统包括:移动端控制模块、移动端数据传输装置、按键板、控制处理器、显示器、报警装置、模数转换装置、恒流源、负载和自制电源；
所述移动端控制模块信号连接于移动端数据传输装置;所述移动端数据传输装置信号连接于控制处理器;所属控制处理器分别信号连接于按键板、报警装置、显示器和模数转换装置;所述模数转换装置分别信号连接于恒流源和自制电源;所述恒流源分别信号连接于模数转换装置、负载和恒流源;所述负载信号连接于横流源。
[0010]所述按键板，用于键入电池电流的控制信息；所述显示器，用于显示设定电流值、实测电流值和步进电流值;所述报警装置，用于当实际电流输出超4000mA，可实现报警，并使输出电流降为OmA;所述模数转换装置，用于实现模拟信号和数字信号的相互转换;所述恒流源，用于提供稳定电流;所述移动控制模块，用于在移动端对该直流电源系统进行控制;
所述控制器，用于控制键盘输入电流设定值，控制数模转换装置把实测电流值转换成数字量，比较电流设定值与实测值的大小，根据比较结果，用PID算法进行调整，控制数模转换装置把调整好的数字电流量转换为模拟电压量，显示设定电流值、实测电流值和步进电流值;以及记录故障持续时间。
[0011]所述移动端控制模块，用于在移动端发出控制设定电流值的命令;所述移动端数据传输装置，用于连通控制处理器和移动端控制模块之间的数据传输。
[0012]—种基于权利要求1至4之一所述的高精度智能直流电源系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:
步骤I:由按键板或者移动端控制模块输入预置电流值；
步骤2:该电流值传输到控制处理器；
步骤3:控制处理器对电流值进行采样，将采集到的电流信号经数转换装置转换后传递至控制处理器；
步骤4::控制处理器对预置电流值和采样的电流值进行比较；当两值之差绝对值为零或不大于设定值时，不作任何调整；当两值之差大于设定值时，运用PID算法进行调整，输入数模转换装置，调整输出电流，直到差值在允许的范围内。
[0013]步骤5::控制处理器控制液晶显示电流的设定值、实际输出值和电流步进值。
[0014]所述PID算法的控制方法包括以下步骤:
步骤1:经数模转换装置读取实际输出电流I，然后和设定的电流I’相比较，得出差值Ek
=r-1;
步骤2:控制处理器根据Ek的正负大小，调节PID控制器，计算出本次电流调节的增量ΛIk，然后根据前一次数模转换装置输出的电流，计算本次的输出电流;所述PID控制器的参数由自行设计的参数算法确定。
[0015]所述参数算法包括以下步骤:
步骤1:确定目标域；
步骤2:设定遗传算子；
步骤3:设定算法终止条件；
步骤4:读取数字给定值；
步骤5:选择遗传初始样本；
步骤6:找出优选个体；
步骤7:进行局部搜索；
步骤8:找出历代最优解；
步骤9:淘汰局部搜索过的个体； 步骤10:读取反馈值；
步骤11:进行遗传操作；
步骤12:判断精度调节的变化量是否小于预设值;如果大于预设值，则返回步骤5;如果小于预设值则进行步骤13;
步骤13:判断迭代次书和最大代数目之间是否相等，如果相等则结束整个算法，如果不想等，则返回步骤I。
[0016]采用以上技术方案，本发明产生了以下有益效果:
1、具备报警功能:相比于现有的数控直流源，我们添加了报警功能。能够针对系统中的危险情况及时响应，能够较好的保护整个电路，避免电路因为在某些情况下导致的过流毁坏整个系统。
[0017]2、执行速度快:本发明相较于现有的直流电源系统，采用了独特的混合最优算法，该算法收敛快、对参数依赖较低。能够很快的找到最优解，及时响应。
[0018]3、不易受干扰:本发明将直流电源进行采样后进行模数转换处理，避免了因为模拟信号容易受到系统干扰。采用数字信号进行处理可以保证处理结果更加准确。
[0019]4、精度高:本发明提供的直流电源系统可以对电流进行微调，实现电流的微观控制。理论上可以精确到输出电流变化的绝对值 < 输出电流值的1%+lOmA。
【附图说明】
[0020]图1是本发明的一种智能化汽车安全气囊系统及控制方法的系统结果示意图。
【具体实施方式】
[0021]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0022]本说明书(包括任何附加权利要求、摘要)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0023]本发明实施例1中提供了一种高精度智能直流电源系统及方法，系统结构如图1所示:
一种高精度智能直流电源系统，其特征在于，所述系统包括:移动端控制模块、移动端数据传输装置、按键板、控制处理器、显示器、报警装置、模数转换装置、恒流源、负载和自制电源；
所述移动端控制模块信号连接于移动端数据传输装置;所述移动端数据传输装置信号连接于控制处理器;所属控制处理器分别信号连接于按键板、报警装置、显示器和模数转换装置;所述模数转换装置分别信号连接于恒流源和自制电源;所述恒流源分别信号连接于模数转换装置、负载和恒流源;所述负载信号连接于横流源。
[0024]所述按键板，用于键入电池电流的控制信息；所述显示器，用于显示设定电流值、实测电流值和步进电流值;所述报警装置，用于当实际电流输出超4000mA，可实现报警，并使输出电流降为OmA;所述模数转换装置，用于实现模拟信号和数字信号的相互转换;所述恒流源，用于提供稳定电流;所述移动控制模块，用于在移动端对该直流电源系统进行控制;
所述控制器，用于控制键盘输入电流设定值，控制数模转换装置把实测电流值转换成数字量，比较电流设定值与实测值的大小，根据比较结果，用PID算法进行调整，控制数模转换装置把调整好的数字电流量转换为模拟电压量，显示设定电流值、实测电流值和步进电流值;以及记录故障持续时间。
[0025]所述移动端控制模块，用于在移动端发出控制设定电流值的命令;所述移动端数据传输装置，用于连通控制处理器和移动端控制模块之间的数据传输。
[0026]本发明实施例2中提供了一种高精度智能直流电源系统及方法，系统结构图如图1所述:
一种基于权利要求1至4之一所述的高精度智能直流电源系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:
步骤I:由按键板或者移动端控制模块输入预置电流值；
步骤2:该电流值传输到控制处理器；
步骤3:控制处理器对电流值进行采样，将采集到的电流信号经数转换装置转换后传递至控制处理器；
步骤4::控制处理器对预置电流值和采样的电流值进行比较；当两值之差绝对值为零或不大于设定值时，不作任何调整；当两值之差大于设定值时，运用PID算法进行调整，输入数模转换装置，调整输出电流，直到差值在允许的范围内。
[0027]步骤5::控制处理器控制液晶显示电流的设定值、实际输出值和电流步进值。
[0028]所述PID算法的控制方法包括以下步骤:
步骤1:经数模转换装置读取实际输出电流I，然后和设定的电流I’相比较，得出差值Ek
=r-1;
步骤2:控制处理器根据Ek的正负大小，调节PID控制器，计算出本次电流调节的增量ΛIk，然后根据前一次数模转换装置输出的电流，计算本次的输出电流;所述PID控制器的参数由自行设计的参数算法确定。
[0029]所述参数算法包括以下步骤:
步骤1:确定目标域；
步骤2:设定遗传算子；
步骤3:设定算法终止条件；
步骤4:读取数字给定值；
步骤5:选择遗传初始样本；
步骤6:找出优选个体；
步骤7:进行局部搜索；
步骤8:找出历代最优解；
步骤9:淘汰局部搜索过的个体；
步骤10:读取反馈值；
步骤11:进行遗传操作；
步骤12:判断精度调节的变化量是否小于预设值;如果大于预设值，则返回步骤5;如果小于预设值则进行步骤13; 步骤13:判断迭代次书和最大代数目之间是否相等，如果相等则结束整个算法，如果不想等，则返回步骤I。
[0030]本发明实施例3中提供了一种智能化汽车安全气囊系统及控制方法，系统结构如图1所示:
一种高精度智能直流电源系统，其特征在于，所述系统包括:移动端控制模块、移动端数据传输装置、按键板、控制处理器、显示器、报警装置、模数转换装置、恒流源、负载和自制电源；
所述移动端控制模块信号连接于移动端数据传输装置;所述移动端数据传输装置信号连接于控制处理器;所属控制处理器分别信号连接于按键板、报警装置、显示器和模数转换装置;所述模数转换装置分别信号连接于恒流源和自制电源;所述恒流源分别信号连接于模数转换装置、负载和恒流源;所述负载信号连接于横流源。
[0031]所述按键板，用于键入电池电流的控制信息；所述显示器，用于显示设定电流值、实测电流值和步进电流值;所述报警装置，用于当实际电流输出超4000mA，可实现报警，并使输出电流降为OmA;所述模数转换装置，用于实现模拟信号和数字信号的相互转换;所述恒流源，用于提供稳定电流;所述移动控制模块，用于在移动端对该直流电源系统进行控制;
所述控制器，用于控制键盘输入电流设定值，控制数模转换装置把实测电流值转换成数字量，比较电流设定值与实测值的大小，根据比较结果，用PID算法进行调整，控制数模转换装置把调整好的数字电流量转换为模拟电压量，显示设定电流值、实测电流值和步进电流值;以及记录故障持续时间。
[0032]所述移动端控制模块，用于在移动端发出控制设定电流值的命令;所述移动端数据传输装置，用于连通控制处理器和移动端控制模块之间的数据传输。
[0033]—种基于权利要求1至4之一所述的高精度智能直流电源系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤:
步骤I:由按键板或者移动端控制模块输入预置电流值；
步骤2:该电流值传输到控制处理器；
步骤3:控制处理器对电流值进行采样，将采集到的电流信号经数转换装置转换后传递至控制处理器；
步骤4::控制处理器对预置电流值和采样的电流值进行比较；当两值之差绝对值为零或不大于设定值时，不作任何调整；当两值之差大于设定值时，运用PID算法进行调整，输入数模转换装置，调整输出电流，直到差值在允许的范围内。
[0034]步骤5::控制处理器控制液晶显示电流的设定值、实际输出值和电流步进值。
[0035]所述PID算法的控制方法包括以下步骤:
步骤1:经数模转换装置读取实际输出电流I，然后和设定的电流I’相比较，得出差值Ek
=r-1;
步骤2:控制处理器根据Ek的正负大小，调节PID控制器，计算出本次电流调节的增量ΛIk，然后根据前一次数模转换装置输出的电流，计算本次的输出电流;所述PID控制器的参数由自行设计的参数算法确定。
[0036]所述参数算法包括以下步骤: 步骤1:确定目标域；
步骤2:设定遗传算子；
步骤3:设定算法终止条件；
步骤4:读取数字给定值；
步骤5:选择遗传初始样本；
步骤6:找出优选个体；
步骤7:进行局部搜索；
步骤8:找出历代最优解；
步骤9:淘汰局部搜索过的个体；
步骤10:读取反馈值；
步骤11:进行遗传操作；
步骤12:判断精度调节的变化量是否小于预设值;如果大于预设值，则返回步骤5;如果小于预设值则进行步骤13;
步骤13:判断迭代次书和最大代数目之间是否相等，如果相等则结束整个算法，如果不想等，则返回步骤I。
[0037]相比于现有的数控直流源，我们添加了报警功能。能够针对系统中的危险情况及时响应，能够较好的保护整个电路，避免电路因为在某些情况下导致的过流毁坏整个系统。
[0038]本发明相较于现有的直流电源系统，采用了独特的混合最优算法，该算法收敛快、对参数依赖较低。能够很快的找到最优解，及时响应。
[0039]本发明将直流电源进行采样后进行模数转换处理，避免了因为模拟信号容易受到系统干扰。采用数字信号进行处理可以保证处理结果更加准确。
[0040]本发明提供的直流电源系统可以对电流进行微调，实现电流的微观控制。理论上可以精确到输出电流变化的绝对值 < 输出电流值的1%+lOmA。
[0041]本发明并不局限于前述的【具体实施方式】。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
【主权项】
1.一种高精度智能直流电源系统，其特征在于，所述系统包括:移动端控制模块、移动端数据传输装置、按键板、控制处理器、显示器、报警装置、模数转换装置、恒流源、负载和自制电源； 所述移动端控制模块信号连接于移动端数据传输装置;所述移动端数据传输装置信号连接于控制处理器;所属控制处理器分别信号连接于按键板、报警装置、显示器和模数转换装置;所述模数转换装置分别信号连接于恒流源和自制电源;所述恒流源分别信号连接于模数转换装置、负载和恒流源;所述负载信号连接于横流源。2.如权利要求1所述的高精度智能直流电源系统，其特征在于，所述按键板，用于键入电池电流的控制信息；所述显示器，用于显示设定电流值、实测电流值和步进电流值;所述报警装置，用于当实际电流输出超4000mA，可实现报警，并使输出电流降为OmA;所述模数转换装置，用于实现模拟信号和数字信号的相互转换;所述恒流源，用于提供稳定电流;所述移动控制模块，用于在移动端对该直流电源系统进行控制。3.如权利要求2所述的高精度智能直流电源系统，其特征在于，所述控制器，用于控制键盘输入电流设定值，控制数模转换装置把实测电流值转换成数字量，比较电流设定值与实测值的大小，根据比较结果，用PID算法进行调整，控制数模转换装置把调整好的数字电流量转换为模拟电压量，显示设定电流值、实测电流值和步进电流值；以及记录故障持续时间。4.如权利要求3所述的高精度智能直流电源系统，其特征在于，所述移动端控制模块，用于在移动端发出控制设定电流值的命令;所述移动端数据传输装置，用于连通控制处理器和移动端控制模块之间的数据传输。5.—种基于权利要求1至4之一所述的高精度智能直流电源系统的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: 步骤I:由按键板或者移动端控制模块输入预置电流值； 步骤2:该电流值传输到控制处理器； 步骤3:控制处理器对电流值进行采样，将采集到的电流信号经数转换装置转换后传递至控制处理器； 步骤4::控制处理器对预置电流值和采样的电流值进行比较；当两值之差绝对值为零或不大于设定值时，不作任何调整；当两值之差大于设定值时，运用PID算法进行调整，输入数模转换装置，调整输出电流，直到差值在允许的范围内； 步骤5::控制处理器控制液晶显示电流的设定值、实际输出值和电流步进值。6.如权利要求5所述的高精度智能直流电源方法，其特征在于，所述PID算法的控制方法包括以下步骤: 步骤1:经数模转换装置读取实际输出电流I，然后和设定的电流I’相比较，得出差值Ek=r-1; 步骤2:控制处理器根据Ek的正负大小，调节PID控制器，计算出本次电流调节的增量ΛIk，然后根据前一次数模转换装置输出的电流，计算本次的输出电流;所述PID控制器的参数由自行设计的参数算法确定。7.如权利要求6所述的高精度智能直流电源方法，其特征在于，所述参数算法包括以下步骤: 步骤1:确定目标域； 步骤2:设定遗传算子； 步骤3:设定算法终止条件； 步骤4:读取数字给定值； 步骤5:选择遗传初始样本； 步骤6:找出优选个体； 步骤7:进行局部搜索； 步骤8:找出历代最优解； 步骤9:淘汰局部搜索过的个体； 步骤10:读取反馈值； 步骤11:进行遗传操作； 步骤12:判断精度调节的变化量是否小于预设值;如果大于预设值，则返回步骤5;如果小于预设值则进行步骤13; 步骤13:判断迭代次书和最大代数目之间是否相等，如果相等则结束整个算法，如果不想等，则返回步骤I。
【文档编号】G05F1/56GK105892544SQ201610376248
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】曾丽
【申请人】成都九十度工业产品设计有限公司