一种数字控制微分信任决策系统及决策方法与流程

本发明属于电源测试技术领域，具体涉及一种数字控制微分信任决策系统及决策方法。

背景技术：

早期的被测电源负载模拟是通过开关管投切电阻器的方式实现，将开关管与静态电阻串联使用，通过驱动多路并联的开关管的开通和关断，实现不同阻值的静态电阻投切使用。此方法适用于小功率等级的电源测试场合，且负载可变范围较小。

传统的电源测试通常以滑线变阻器或电阻箱为负载，阻值和负载特性固定且单一。电子负载能够模拟多种负载特性，提高电源测试的效率。

随着半导体技术的成熟，应用功率半导体器件作为模拟负载成为主流的研究方向。在功率三极管作为模拟等效负载被使用后不久，研究人员提出以功率mosfet(金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管，metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor)模拟等效负载的方法。鉴于控制电压基准信号和负载电流之间存在一定的比例关系，通过改变控制电压基准，进而改变负载电流，使功率mosfet呈现不同的等效电阻值，从而实现模拟负载的功能。

模拟控制电路由于其电子元器件特性的制约，动态调节过程中易造成电子负载过功率运行，导致电子负载和被测电源损坏。国内外对电子负载的研究主要存在两方面的问题，电子负载的功率等级和电子负载的电源适用性。数字电路结构简单，成本低廉，工作准确可靠，精度高，在测试仪器领域应用广泛。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种数字控制微分信任决策系统及决策方法，通过实时监测被测电源的电压电流特性，确定信任度特征、建立决策方程；基于微分预判被测电源的状态，反馈控制电子负载的输出，明确电子负载输出变化量对输入的调节作用。本发明所采用的技术方案如下：

一种数字控制微分信任决策系统，利用dsp与fpga共同构建数字电路硬件平台，电源模块为数字电路硬件平台供电，将被测电源、测量电路、数字电路硬件平台、功率mosfet依次电连接构成一个测试回路；

fpga以并行运算为主，高速读取并存储测量电路返回的被测电源电压值和电流值，同时将dsp计算的调制结果发送给功率mosfet以改变电子负载的负载特性曲线，调制结果以da表示，参考奈奎斯特采样定理，设计调制修正频率100k；

功率mosfet作为执行器，作用等效为压控电流源，数字电路硬件平台的输出作为控制信号控制功率mosfet的栅源电压，从而改变其漏级电流，实现预设由功率mosfet表征的负载特性，达到测试电源的目的。

一种数字控制微分信任决策方法，包括以下步骤：

步骤1、设计数字滤波算法进行数据预处理；

步骤2、被测电源对电流敏感，表征为被测电源电流变化急剧，电压变化迟缓，据此建立信任度特征集，判断被测电源电流响应控制电路的输出da值；

步骤3、据信任度特征集，建立决策方程，调节过程中数字电路将按照决策方程给出输出信号。

本发明的有益效果：

1)本发明可提高调节效率，稳定动态平衡，减少动态过程时间，令被测电源处于稳态运行，避免调节过程中电压电流发生超调。

2)本发明将电源特征作为参数，采用数字控制方式，使其在额定输入范围内实现负载模拟参数的无级调节，具有良好的电源适用性。

3)本发明利用dsp与fpga共同构成数字电路硬件平台，搭载该方法运行，保障方法的实时性和准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的具体实施方式、或者现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些具体实施方式，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属于本申请保护范围之内的附图。

图1是本发明实施例的一种数字控制微分信任决策系统结构示意图；

图2是本发明实施例的dsp与fpga构建的数字电路硬件平台结构示意图；

图3是一种可实现本发明的测量电路的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，具体说明本发明的实施方式。

如图1所示，是本发明实施例的一种数字控制微分信任决策系统结构示意图。一种数字控制微分信任决策系统，利用dsp与fpga共同构建数字电路硬件平台，电源模块为数字电路硬件平台供电，将被测电源、测量电路、数字电路硬件平台、功率mosfet依次电连接构成一个测试回路。

图1中，dsp与fpga共同构成数字电路硬件平台。fpga以并行运算为主，高速读取并存储测量电路返回的被测电源电压值和电流值，分别以ad_u和ad_i表示，设计采样频率500khz，同时将dsp计算的调制结果发送给功率mosfet以改变电子负载的负载特性曲线，调制结果以da表示，参考奈奎斯特采样定理，设计调制修正频率100k，以硬件描述语言来实现上述功能。dsp芯片的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，提供特殊的dsp指令(根据dsp型号的不同，支持不同的算法库函数，如fft、fir等数字算法，使得复杂算法可以通过调用库函数的方式实现，同时节约算法运行时间)，可以用来快速的实现各种数字信号处理算法。dsp与fpga搭建的硬件平台保障算法的实时性和准确性。功率mosfet作为执行器，作用等效为压控电流源，数字电路硬件平台的输出作为控制信号控制功率mosfet的栅源电压，从而改变其漏级电流，实现预设由功率mosfet表征的负载特性，达到测试电源的目的。

本发明实施例中，利用dsp与fpga共同构成数字电路硬件平台，可参考高速数字控制主流平台趋势，自主构建搭载本发明算法的硬件平台。如图2所示，是本发明实施例的dsp与fpga构建的数字电路硬件平台结构示意图，实现dsp与fpga的数据交互。本实施例中，dsp采用基于c674xdsp内核的tms320c6748低功耗处理器实现，fpga采用xinlinxzynq7000开发板实现。

如图3所示，是一种可实现本发明的测量电路的结构示意图。本发明实施例中，测量电路采用依次顺序连接高稳定大功率电流采样电阻、差分运算放大器信号调理电路、高速高精密的16位500khz模-数转换器采样电路，最终将数字信号传入数字电路硬件平台。模-数转换器采样电路位于测量电路的输出端，其实测结果能够准确反馈被测电源的特征。

所述的电源模块采用可满足功率要求的线性稳压电源。

一种数字控制微分信任决策方法，包括以下步骤：

(1)为消除随机误差，设计数字滤波算法进行数据预处理。为保证算法实时性，选取短滤波长度。为滤除毛刺，选取中值滤波算法，第i个采样电压值满足如下关系：

ad_ui＝middle(ad_ui-1,ad_ui,ad_ui+1)

为获得较平滑的采样曲线，在中值滤波算法后增加滑动均值滤波算法，设均值滤波长度为l，第i个采样电压的数据预处理结果如下：

测量电流数据预处理方式同上；

(2)如决策系统的特征，执行器为压控电流源，决策系统中的功率mosfet承担该功能，因此被测电源对电流敏感，表征为被测电源电流变化急剧，电压变化迟缓。据此建立信任度特征集，满足：

ad_ii≠0且ad_ii≠ad_ii-1

判断被测电源电流响应控制电路的输出da值，da表示数字信号转换为模拟信号的模拟量输出，即：数字控制给定信号。由于被测电源纹波特征不同，电源电压响应控制电路是大滞后环节，因此判断电压响应控制电路满足如下关系，设判断电压发生变化以flag表示，测量时间范围以t表示，由于设计采样频率为500khz，因此：

n表示选取测量目标点的个数，根据硬件平台不同，n的取值也不一样，在本实施例的硬件平台条件下，n＝10。

满足：

(ad_ui-ad_ui-1)＞flag

判断被测电源电压响应控制电路的输出da值，即：判断被测电源电压响应控制电路的输出信号。执行电路是否响应控制电路的给定信号是控制电路是否正常工作的重要判据，此判断表示被测电源在执行电路的作用下响应控制电路的给定信号。

(3)据信任度特征集，建立决策方程。由于功率mosfet性能所限，电子负载具有功率限制，以p_limit表示；电子负载存在电流限制，以i_limit表示；电子负载存在电压限制，以u_limit表示。建立幂级数令控制电路的输出da缓慢步进至目标值，目标值以da_finish表示并满足如下关系：

da_finish≤min(p_limit,u_limit,i_limit)

若控制电路输出信号突然变化，会造成执行电路响应发生滞后，就是无法立即响应控制电路的输出，“建立幂级数”表示以数学的方式建立缓升的过程，令控制电路输出信号不要突然变化。

等调控幅度维护被测电源稳态。电源接固定负载正常输出时候，回路电流为定值，当负载发生变化时，被测电源输出电流随之改变，称为打破稳态，该级数如下：

照应上文数学的方式建立幂级数，这个算式表示该幂级数求和在1000点及以上发生收敛，收敛于50。

因此，决策方程如下：

式中，a表示微分增益，电流调节方式同上。

上述方程式表示数字信号与测量电路测量电压值变化间的关系，调节过程中数字电路将按照上述决策方程给出输出信号。

最后需要说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此。本领域技术人员应该理解：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，其可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。