一种基于闭环控制算法的功率控制优化方法

摘要

本发明属于功率控制技术领域，具体公开了一种基于闭环控制算法的功率控制优化方法，包括以下步骤：S1、通过频响分析仪扫描系统得到开环伯德图；S2、通过MATLAB调整补偿网络参数，达到系统稳态；S3、通过拉普拉斯变换将传递函数从s域转换到z域；S4、离散化转置成定点差分方程；S5、转化成定点参数放到S32K中进行差分方程计算，本方法弥补了S32K相较其他专用控制芯片运算速度慢的问题，在保证准确性的同时大大提高了响应速度，本方法通过在S32K上实现闭环控制算法可以进行功率控制，同时亦满足CAN通信，采样等基本需求，本方法可满足恒压恒流控制、纹波抑制等功能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于闭环控制算法的功率控制优化方法，属于功率控制技术领域。

背景技术

随着汽车电子控制器的越来越智能化，一件产品所用到的MCU控制芯片所需要的功能越来越复杂，多数专用的功率控制芯片无法满足所有功能需求。其中，S32K是汽车通用和高可靠工业的可扩展微控制器，然而在实际应用中，S32K相较其他专用控制芯片运算速度慢。为解决这一矛盾，需要采用一定的控制方法和控制理论对功率控制系统进行优化设计。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于闭环控制算法的功率控制优化方法，解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于闭环控制算法的功率控制优化方法，包括以下步骤：

S1、通过频响分析仪扫描系统得到开环伯德图；

S2、通过MATLAB调整补偿网络参数，达到系统稳态；

S3、通过拉普拉斯变换将传递函数从s域转换到z域；

S4、离散化转置成定点差分方程；

S5、转化成定点参数放到S32K中进行差分方程计算。

优选的，所述S1中具体包含以下几个步骤：

S11、将系统输出传输至频率响应分析仪；

S12、频率响应分析仪将系统输出绘制成伯德图；

S13、通过伯德图计算得到系统开环传递函数。

优选的，所述S13中，系统开环传递函数G(s)按照以下公式建立：

其中V_out(s)为系统输出；V_ref(s)为设定的目标；K(s)为误差量增益值；Ctrl_off(s)为控制偏置；Ctrl(s)为控制量；G(s)为被控系统增益。

优选的，所述S2中具体包括以下几个步骤：

S21、将测量得到的参数导入MATLAB软件；

S22、在MATLAB中选择合适的补偿网络参数；

S23、调整零点和极点位置，使闭环系统满足稳态要求；

S24、生成补偿传递函数，达到系统闭环稳定。

优选的，所述S24中，补偿网络传递函数C(s)按照以下公式建立：

其中W

优选的，所述S3中具体包括以下几个步骤：

S31、将得到的补偿网络传递函数C(s)导入MATLAB软件；

S32、在MATLAB中通过拉普拉斯变换将补偿网络传递函数C(s)从s域转换到z域；

S33、得到离散系统的传递方程。

优选的，所述S32中，变换函数按照以下公式建立：

H＝c2d(C,Ts,'tustin')

其中Ts为控制周期。

优选的，所述S33中，转换得到的传递离散方程为：

其中a0、a1、b0、b1、b2为浮点参数。

优选的，所述S4中具体包括以下几个步骤：

S41、将得到的传递离散方程导入MATLAB软件；

S42、在MATLAB中通过preShift、preScale、postScale、postShift的方式将浮点差分方程转置；

S43、得到定点差分方程。

优选的，所述S43中，转置得到的定点差分方程为：

y(n)＝A0*y(n-1)+A1*y(n-2)+B0*x(n)+B1*x(n-1)+B2*x(n-2)

优选的，所述S5中具体包括以下几个步骤：

S51、NXP-S32K控制系统软起动，达到目标电压后，初始化传递函数参数；

S52、进入闭环控制，将实时采样的输出电压导入定点差分方程进行计算；

S53、输出Duty，控制系统PWM输出达到恒压状态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明属于功率控制技术领域，具体公开了一种基于闭环控制算法的功率控制优化方法，本方法弥补了S32K相较其他专用控制芯片运算速度慢的问题，在保证准确性的同时大大提高了响应速度，本方法通过在S32K上实现闭环控制算法可以进行功率控制，同时亦满足CAN通信，采样等基本需求，本方法可满足恒压恒流控制、纹波抑制等功能。

附图说明

图1为本发明的闭环控制设计流程框图；

图2为本发明的开环测量模型图；

图3为本发明的系统闭环控制模型图；

图4为本发明的工作流程图；

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种基于闭环控制算法的功率控制优化方法，包括以下步骤：

S1、通过频响分析仪扫描系统得到开环伯德图；

S2、通过MATLAB调整补偿网络参数，达到系统稳态；

S3、通过拉普拉斯变换将传递函数从s域转换到z域；

S4、离散化转置成定点差分方程；

S5、转化成定点参数放到S32K中进行差分方程计算。

进一步的，所述S1中具体包含以下几个步骤：

S11、将系统输出传输至频率响应分析仪；

S12、频率响应分析仪将系统输出绘制成伯德图；

S13、通过伯德图计算得到系统开环传递函数。

进一步的，所述S13中，系统开环传递函数G(s)按照以下公式建立：

其中V_out(s)为系统输出；V_ref(s)为设定的目标；K(s)为误差量增益值；Ctrl_off(s)为控制偏置；Ctrl(s)为控制量；G(s)为被控系统增益。

进一步的，所述S2中具体包括以下几个步骤：

S21、将测量得到的参数导入MATLAB软件；

S22、在MATLAB中选择合适的补偿网络参数；

S23、调整零点和极点位置，使闭环系统满足稳态要求；

S24、生成补偿传递函数，达到系统闭环稳定。

进一步的，所述S24中，补偿网络传递函数C(s)按照以下公式建立：

其中W

进一步的，所述S3中具体包括以下几个步骤：

S31、将得到的补偿网络传递函数C(s)导入MATLAB软件；

S32、在MATLAB中通过拉普拉斯变换将补偿网络传递函数C(s)从s域转换到z域；

S33、得到离散系统的传递方程。

进一步的，所述S32中，变换函数按照以下公式建立：

H＝c2d(C,Ts，'tustin')

其中Ts为控制周期。

进一步的，所述S33中，转换得到的传递离散方程为：

其中a0、a1、b0、b1、b2为浮点参数。

进一步的，所述S4中具体包括以下几个步骤：

S41、将得到的传递离散方程导入MATLAB软件；

S42、在MATLAB中通过preShift、preScale、postScale、postShift的方式将浮点差分方程转置；

S43、得到定点差分方程。

进一步的，所述S43中，转置得到的定点差分方程为：

y(n)＝A0*y(n-1)+A1*y(n-2)+B0*x(n)+B1*x(n-1)+B2*x(n-2)

进一步的，所述S5中具体包括以下几个步骤：

S51、NXP-S32K控制系统软起动，达到目标电压后，初始化传递函数参数；

S52、进入闭环控制，将实时采样的输出电压导入定点差分方程进行计算；

S53、输出Duty，控制系统PWM输出达到恒压状态。

综上所述，一种基于闭环控制算法的功率控制优化方法主要包含MATLAB模型仿真计算和软件设计两部分，MATLAB设计补偿网络生成控制参数，S32K提供控制硬件的PWM模块和用于算法计算的单周期乘法指令，通过S32K导入MATLAB生成的参数控制硬件系统实现恒压、限流、纹波抑制的功能，先使用频响分析仪扫系统开环伯德图，再在MATLAB调整补偿网络参数，达到系统稳态，然后通过MATLAB将补偿网络的传递函数经过双线性变换离散化，再转化成定点参数放到S32K中进行差分方程计算，弥补S32K相较其他专用控制芯片运算速度慢的问题。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。