用于动力电池测试与模拟仪器的任务分层控制系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种用于动力电池测试与模拟仪器的任务分层控制系统及方法，该系统包括上层处理器和下层处理器，上层处理器与数据处理系统通信连接，被配置为采集功率变换系统主拓扑结构的电压、电流值，传输给数据处理系统和下层处理器，接收数据处理系统下发的充放电流程，将充放电流程中规定的电压电流大小作为参考值，传输给下层处理器；下层处理器被配置为对接收到的电压电流采样值进行滤波，将滤波后的采样值与参考值做差比较，通过PI控制器产生相应的控制信号，采用调制算法对控制信号进行处理，产生调制信号，对调制信号进行处理产生驱动信号驱动功率变换系统主拓扑结构的开关管的开通与关断，实现功率变换系统主拓扑结构的正常稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
用于动力电池测试与模拟仪器的任务分层控制系统及方法
本专利技术属于电力电子领域，尤其涉及一种用于动力电池测试与模拟仪器的任务分层控制系统及方法。
技术介绍
动力电池测试与模拟仪器可以通过对电池进行充放电，对电池的各项性能指标进行测试，目前已成为国内外学术界及工业界的研究热点。采用宽禁带半导体SiC器件使功率变换设备高频化、高功率密度、高系统效率的方法受到越来越多的重视。同时，数字控制系统离散化、计算量大等特点，对控制器芯片的主频、处理速度、片上资源以及可并行处理能力都提出了更高的要求，以目前常规的单核DSP为微处理器的控制系统难以提供最佳的处理速度和精度，给测试设备及其控制系统的设计带来困难。因此如何采用具有CPU和CLA的多核DSP处理器进行任务分层处理和控制以实现电池测试与模拟仪器各项功能，仍是待解决的技术问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于动力电池测试与模拟仪器的任务分层控制系统及方法，通过在数字芯片DSP的下层处理器CLA的任务中断中进行计算量较大的采样滤波、调制和控制等功能，而将充放电流程设计、逻辑保护、时间延时、通讯等对运算精度和速度要求不高的程序段置于CPU主程序以及A/D、定时器中断中运行，实现流程控制与功率变换控制的分离和相对独立运行，使整个测试控制系统的运行更加合理高效，易于高频化实现且充分利用DSP片上资源，极大地提高了控制速度和精度。本专利技术所采用的技术方案是：一种用于动力电池测试与模拟仪器的任务分层控制系统，该系统包括：上层处理器，与数据处理系统DPS通信连接，被配置为采集功率变换系统主拓扑结构的电压、电流值，传输给数据处理系统DPS和下层处理器，接收数据处理系统DPS下发的充放电流程，将充放电流程中规定的电压电流大小作为参考值，传输给下层处理器；下层处理器，被配置为对接收到的电压电流采样值进行滤波，将滤波后的采样值与参考值做差比较，通过PI控制器产生相应的控制信号，采用调制算法对控制信号进行处理，产生调制信号，将调制信号与载波相比较，得到开通关断相互交替的驱动信号，通过驱动信号驱动功率变换系统主拓扑结构开关管的开通与关断，实现功率变换系统主拓扑结构的正常稳定运行。进一步的，所述上层处理器还被配置为配置系统初始化参数和系统参数，对功率变换系统主拓扑结构产生的过压过流报警信号和相应的启停控制信号进行处理。进一步的，所述上层处理器包括：通信模块，被配置为与数据处理系统DPS通信连接；A/D采样模块，被配置为采集功率变换系统主拓扑结构的电压、电流值，并传输给下层处理器；参数配置模块，被配置为配置系统初始化参数和系统参数，其中，系统初始化参数包括定时器、A/D采样中断和PWM相关寄存器；系统参数包括充放电电压、电流、步时间和步切换条件。逻辑保护模块，被配置为对功率变换系统主拓扑结构产生的过压过流报警信号和相应的启停控制信号进行处理。进一步的，所述A/D采样模块包括A/D采样输入电路、SOC处理控制子模块和中断控制子模块，所述SOC处理控制子模块用于接收PWM调制模块产生的脉冲，产生一次A/D转换请求，并发送至A/D采样输入电路；所述A/D采样输入电路接收A/D转换请求，获取功率变换系统主拓扑结构的电压、电流值；所述中断控制子模块用于在A/D转换完成后，向下层处理器发送中断请求。进一步的，所述A/D采样输入电路包括依次连接的采样器、A/D转换器和结果寄存器，通过采样器采集功率变换系统主拓扑结构的电压、电流信号，经过A/D转换器转换后，存储在结果寄存器中。进一步的，所述上层处理器还包括PWM模块，所述PWM调制模块包括事件触发子模块，所述事件触发子模块被配置为在PWM载波的最小值点时产生触发脉冲，并发送至A/D采样模块。进一步的，所述下层处理器包括：滤波模块，被配置为采用均值滤波算法或滑动滤波算法对接收到的电压电流采样值进行滤波，并将滤波后的采样值传输给闭环控制模块；闭环控制模块，被配置为将滤波后的采样值与参考值做差比较，通过PI控制器产生相应的控制信号，并传输给调制模块；调制模块，被配置为采用空间矢量调制算法或移相调制算法对控制信号进行处理，产生调制信号并传输给驱动模块；驱动模块，被配置为产生驱动信号驱动底层功率变换系统主拓扑结构开关管的开通与关断，实现功率变换拓扑的正常稳定运行。进一步的，所述闭环控制模块和调制模块分别通过结构体和宏定义相结合的方式在下层处理器中顺序执行。采用上述的用于动力电池测试与模拟仪器的任务分层控制系统进行任务分层控制方法，该方法包括以下步骤：采集功率变换系统主拓扑结构的电压、电流值，传输给数据处理系统DPS和下层处理器，接收数据处理系统DPS下发的充放电流程，将充放电流程中规定的电压电流大小作为参考值；对电压、电流采样值进行滤波，将滤波后的采样值与参考值做差比较，通过PI控制器产生相应的控制信号，采用调制算法对控制信号进行处理，产生调制信号，将调制信号与载波相比较，得到开通关断相互交替的驱动信号，通过驱动信号驱动功率变换系统主拓扑结构开关管的开通与关断，实现功率变换系统主拓扑结构的正常稳定运行。进一步的，还包括：对功率变换系统主拓扑结构产生的过压过流报警信号和相应的启停控制信号进行处理和配置系统初始化参数和系统参数，其中，系统初始化参数包括定时器、A/D采样中断和PWM相关寄存器；系统参数包括充放电电压、电流、步时间和步切换条件。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术提出的基于CPU和CLA的任务分层控制系统可以同时对动力电池测试与模拟仪器的功率变换系统的正常运行进行控制，以及对电池的充放电任务流程进行管理，共同实现动力电池测试与模拟功能的各项性能指标要求，实现数字控制芯片DSP片上资源的合理分配和充分利用，提高程序的执行效率和可扩展性；(2)本专利技术中CLA处理器采用结构体与宏定义结合方式实现功率变换系统主拓扑结构的正常稳定运行，能够解决因CLA存储结构中没有堆栈导致的无法定义和调用函数问题，其较强的浮点运算能力使得闭环数字控制器的设计变得容易，且能提高仪器设备的指标精度和动态响应；(3)本专利技术提出的CPU处理充放电测试功能控制任务，能够利用定时中断实现多种控制参数和策略的配置、切换，易于进行测试设备充放电功能的扩展。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1是本专利技术所提出的用于动力电池测试与模拟仪器的任务分层控制系统结构图；图2为单周期内CPU与CLA任务流程分配图；图3为中断触发机制示意图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如
技术介绍
本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于动力电池测试与模拟仪器的任务分层控制系统，其特征在于，包括：上层处理器，与数据处理系统DPS通信连接，被配置为采集功率变换系统主拓扑结构的电压、电流值，传输给数据处理系统DPS和下层处理器，接收数据处理系统DPS下发的充放电流程，将充放电流程中规定的电压电流大小作为参考值，传输给下层处理器；下层处理器，被配置为对接收到的电压电流采样值进行滤波，将滤波后的采样值与参考值做差比较，通过PI控制器产生相应的控制信号，采用调制算法对控制信号进行处理，产生调制信号，将调制信号与载波相比较，得到开通关断相互交替的驱动信号，通过驱动信号驱动功率变换系统主拓扑结构开关管的开通与关断，实现功率变换系统主拓扑结构的正常稳定运行。

【技术特征摘要】
1.一种用于动力电池测试与模拟仪器的任务分层控制系统，其特征在于，包括：上层处理器，与数据处理系统DPS通信连接，被配置为采集功率变换系统主拓扑结构的电压、电流值，传输给数据处理系统DPS和下层处理器，接收数据处理系统DPS下发的充放电流程，将充放电流程中规定的电压电流大小作为参考值，传输给下层处理器；下层处理器，被配置为对接收到的电压电流采样值进行滤波，将滤波后的采样值与参考值做差比较，通过PI控制器产生相应的控制信号，采用调制算法对控制信号进行处理，产生调制信号，将调制信号与载波相比较，得到开通关断相互交替的驱动信号，通过驱动信号驱动功率变换系统主拓扑结构开关管的开通与关断，实现功率变换系统主拓扑结构的正常稳定运行。2.根据权利要求1所述的用于动力电池测试与模拟仪器的任务分层控制系统，其特征在于，所述上层处理器还被配置为配置系统初始化参数和系统参数，对功率变换系统主拓扑结构产生的过压过流报警信号和相应的启停控制信号进行处理。3.根据权利要求1所述的用于动力电池测试与模拟仪器的任务分层控制系统，其特征在于，所述上层处理器包括：通信模块，被配置为与数据处理系统DPS通信连接；A/D采样模块，被配置为采集功率变换系统主拓扑结构的电压、电流值，并传输给下层处理器；参数配置模块，被配置为配置系统初始化参数和系统参数，其中，系统初始化参数包括定时器、A/D采样中断和PWM相关寄存器；系统参数包括充放电电压、电流、步时间和步切换条件。逻辑保护模块，被配置为对功率变换系统主拓扑结构产生的过压过流报警信号和相应的启停控制信号进行处理。4.根据权利要求3所述的用于动力电池测试与模拟仪器的任务分层控制系统，其特征在于，所述A/D采样模块包括A/D采样输入电路、SOC处理控制子模块和中断控制子模块，所述SOC处理控制子模块用于接收PWM调制模块产生的脉冲，产生一次A/D转换请求，并发送至A/D采样输入电路；所述A/D采样输入电路接收A/D转换请求，获取功率变换系统主拓扑结构的电压、电流值；所述中断控制子模块用于在A/D转换完成后，向下层处理器发送中断请求。5.根据权利要求4所述的用于动力电池测试与模拟仪器的任务分层控制系统，其特征在于，所述A/D采样输入电路包括依次连接的采样器、A/D转换器和结果寄存...

【专利技术属性】
技术研发人员：张承慧，邱涵，丁文龙，段彬，杨东江，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37