一种动态响应优化的开关电源控制方法技术

一种动态响应优化的开关电源控制方法，基于包括Buck降压拓扑电路，定频LLC调压电路，输出电压采样电路以及以微控制器为控制核心的控制电路构成的控制系统。采样得到系统调节过程中有关动态响应效果的评价因素，包括调节过程中的超调量以及系统输出电压的稳定时间，多目标优化算法模块根据超调量以及系统输出电压的稳定时间，评估PID控制模块的性能，并最终迭代得到能够使得PID控制模块的控制过程中的超调量以及稳定时间达到最优的参数，从而使得系统的动态响应效果达到最优。

【技术实现步骤摘要】
一种动态响应优化的开关电源控制方法
本专利技术涉及开关电源的控制方法，尤其涉及一种基于多目标优化算法的动态响应优化开关电源控制方法。
技术介绍
在开关电源领域，动态响应是评估开关电源性能的一个重要指标，改善数字电源的控制方法可以提高开关电源动态响应能力。目前的控制方式中归纳起来主要由三种数字控制方法，第一种是基于线性补偿器的控制方法，利用数字控制的灵活性，调整合适的控制参数或者补偿器形式，以使系统达到较高的带宽，同时又具有足够的稳定裕量。此种控制方式采用固定的开关频率，可以减小噪音问题，实现电压的快速调节并且容易实现成本低。但是这些方法受到电压环路的有限带宽以及数字控制器结构限制，带宽很难调整到较高。另一种是基于自适应PID和模糊PID的原理，对于一个电源系统，对应不同的工作状态时设计不同的参数，在电源工作的时候，控制器可以根据电源的工作状况自行完成PID参数的切换，使电源一直工作在最佳工作状态,但是该方法需在系统设计时进行PID参数设计，无法在系统运行时根据系统的实际性能表现来优化PID控制模块。还有一种是加入非线性的控制方式，使得电源工作在动态条件时，非线性控制器发挥作用，提高系统的带宽，基于电压模式的滞环控制方式可以实现恒定的开关频率具有可变的滞环带宽，在一些应用中可以作为提高动态响应的备选方案。但是在实际的应用中，以上方案往往会受到各种各样的限制，比如说电压模式的滞环控制不能直接应用于Boost变换器，在Buck变换器中又会和电压调节模式相互影响，电流模式的滞环控制器可以避免这些问题，但是他们在实际应用之中却有较大的难度。以上控制模式在电源设计之初均需对控制系统进行设计，以适应系统可能面对的各种情况，往往牵扯到负载的公式推导，此外在高频开关电源中，公式推导与系统的实际工作状况往往会出现偏差从而导致系统的设定出现偏差导致系统的工作失效。随着现代各式设备均朝着智能化的方向发展，实现一种在输出电压稳定的情况下能够根据系统的运行中的各项数据对开关电源的PID控制模块实现动态调优以实现最优的动态响应效果的控制方式显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有的技术存在的不足提供一种基于多目标优化算法的动态响应优化开关电源控制方法。本专利技术为实现上述目的，采用如下技术方案：一种动态响应优化的电源控制方法，其特征在于：基于包括前级Buck降压拓扑电路，后级定频LLC调压电路，输入电压采样电路、采样放大隔离电路以及以微控制器为控制核心的控制电路构成的控制系统，输出电压采样电路采样后级定频LLC的输出电压，然后通过采样放大隔离电路输出给微控制器为控制核心的控制电路，以微控制器为核心的控制电路的输出信号分别控制前级Buck降压拓扑电路中的两个开关管和后级定频LLC调压拓扑电路中的四个开关管，其中：输出电压采样电路通过后级定频LLC调压拓扑电路的负载电阻R1,R2分压采样，电阻R1的一端连接后级定频LLC调压拓扑电路的，电阻R1的另一端连接电阻R2的一端并作为电压采样输出端，电阻R2的另一端连接输出地端；采样放大隔离电路为运算放大器k1，运算放大器k1的负端连接电压采样输出端，运算放大器k1的正端连接输出地端；微控制器为控制核心的控制电路针对采样得到的系统调节过程中有关动态响应效果的评价因素，包括调节过程中的超调量以及系统输出电压的稳定时间，根据超调量以及系统输出电压的稳定时间，评估PID控制模块的性能，并最终迭代得到能够使得PID控制模块的控制过程中的超调量以及稳定时间达到最优的参数，从而使得系统的动态响应效果达到最优；包括AD转换模块、PID控制模块、定时器模块、多目标优化算法模块以及脉冲宽度调制发生模块，AD转换模块的输入信号为运算放大器k1的输出信号，AD转换模块将转换后的输出电压值分别输出给定时器模块和PID控制模块，定时器模块接收输出电压值，并与设定电压值比较后输出超调量与稳定时间给多目标优化算法模块，PID控制模块输出的占空比信号控制前级Buck降压拓扑电路以及后级定频LLC调压拓扑电路的开关管，多目标优化算法模块优化PID控制模块的参数，包括比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd；以微控制器为控制核心的控制电路的工作流程包括以下步骤：1)首先根据系统的预设值对系统的相关参数进行初始化，包括设定系统的输出电压值，以及配置包括定时器、A/D转换模块、中断在内的相关外设的工作模式以及工作参数，其中定时器1用于脉冲宽度调制产生模块，用于控制Buck降压拓扑电路中的两个MOS管的开关，定时器2利用中断以精确采集电压发生变化时经过PID控制调节后使得输出电压稳定所消耗的时间，配置A/D转换模块工作于DMA模式，配置定时器1的中断，利用PID控制模块调节占空比以控制输出电压；2)包括多目标优化算法模块的参数初始化，设定多目标优化算法执行的相关参数，包括：种群迭代最大值I、每一代种群中个体数量的最大值N、种群迭代代数计数值i、种群个体数量计数值n、每一代个体的编码长度、个体间编码方式、交叉的概率、个体间发生变异的概率，并设定种群迭代代数计数值i与种群个体数量计数值n的初始值为0；3)根据第i代种群中的第n个个体的基因，通过解码获得其所对应的PID控制模块参数值，即分别为比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd，在多目标优化算法模块中采用的是二进制编码方式，所述的编码即为一串二进制数字，将此数字经过分割后转换成十进制所代表的值，即为PID控制的参数比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd，得到上述参数之后，利用参数对PID控制模块进行设置从而改变控制模块的控制性能；4)PID控制模块的参数设定之后，由PID控制模块调节开关电源系统的控制参数并使得系统的输出电压稳定，并同时启动定时器模块和A/D转换模块，待系统输出电压稳定之后，便可采集得到在调节过程中系统输出电压的超调量以及系统输出电压发生变化至系统输出电压稳定所消耗的调节时间；5)多目标优化算法模块根据采集的数据即超调量和系统的稳定时间来计算每个个体的排名Rank；6)判断该个体是否为该代种群中最后一个个体，若不是将n的值加一，并返回第3)步执行，若是则执行下一步；7)多目标算法模块判断系统执行状况是否符合系统终止条件若否则执行下一步，否则执行第12)步；8)利用进化算法对种群P进行操作，得到新的种群R；9)通过数学操作取并集P∪R得到新的种群Nest，生成新的父种群之后利用快速非支配排序算法对种群进行排序，即假设种群为P，则该算法需要计算P中每个个体p的两个参数np和Sp，其中np为种群中支配个体p的个体数，Sp为种群中被个体p支配的个体集合；遍历整个种群，这两个参数的总计算复杂度是O(mN2)；算法的步骤为(1)找到种群中所有np＝0的个体，并保存在当前集合F1，之中；(2)对于当前集合F1中的每个个体i，其所支配的个体集合为Si，遍历Si中的每个个体l，执行nl＝nl-1,如果nl＝0则将个体l保存在集合H中；(3)记F1中得到的个体为第一个非支配层的个体，并以H作为当前集合，重复上述操作，直至整个种群被分级；10)对种群中的个体进行快速非支配排序之后，便开始进行每个个体拥挤度的计算，拥挤度是指种群中给定个体的周围个体密度，直观上表示为个体，周围仅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动态响应优化的开关电源控制方法，其特征在于：基于包括前级Buck降压拓扑电路，后级定频LLC调压电路，输入电压采样电路、采样放大隔离电路以及以微控制器为控制核心的控制电路构成的控制系统，输出电压采样电路采样后级定频LLC的输出电压，然后通过采样放大隔离电路输出给微控制器为控制核心的控制电路，以微控制器为核心的控制电路的输出信号分别控制前级Buck降压拓扑电路中的两个开关管和后级定频LLC调压拓扑电路中的四个开关管，其中：输出电压采样电路通过后级定频LLC调压拓扑电路的负载电阻R

【技术特征摘要】
1.一种动态响应优化的开关电源控制方法，其特征在于：基于包括前级Buck降压拓扑电路，后级定频LLC调压电路，输入电压采样电路、采样放大隔离电路以及以微控制器为控制核心的控制电路构成的控制系统，输出电压采样电路采样后级定频LLC的输出电压，然后通过采样放大隔离电路输出给微控制器为控制核心的控制电路，以微控制器为核心的控制电路的输出信号分别控制前级Buck降压拓扑电路中的两个开关管和后级定频LLC调压拓扑电路中的四个开关管，其中：输出电压采样电路通过后级定频LLC调压拓扑电路的负载电阻R1,R2分压采样，电阻R1的一端连接后级定频LLC调压拓扑电路的，电阻R1的另一端连接电阻R2的一端并作为电压采样输出端，电阻R2的另一端连接输出地端；采样放大隔离电路为运算放大器k1，运算放大器k1的负端连接电压采样输出端，运算放大器k1的正端连接输出地端；微控制器为控制核心的控制电路针对采样得到的系统调节过程中有关动态响应效果的评价因素，包括调节过程中的超调量以及系统输出电压的稳定时间，根据超调量以及系统输出电压的稳定时间，评估PID控制模块的性能，并最终迭代得到能够使得PID控制模块的控制过程中的超调量以及稳定时间达到最优的参数，从而使得系统的动态响应效果达到最优；包括AD转换模块、PID控制模块、定时器模块、多目标优化算法模块以及脉冲宽度调制发生模块，AD转换模块的输入信号为运算放大器k1的输出信号，AD转换模块将转换后的输出电压值分别输出给定时器模块和PID控制模块，定时器模块接收输出电压值，并与设定电压值比较后输出超调量与稳定时间给多目标优化算法模块，PID控制模块输出的占空比信号控制前级Buck降压拓扑电路以及后级定频LLC调压拓扑电路的开关管，多目标优化算法模块优化PID控制模块的参数，包括比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd；以微控制器为控制核心的控制电路的工作流程包括以下步骤：1)首先根据系统的预设值对系统的相关参数进行初始化，包括设定系统的输出电压值，以及配置包括定时器、A/D转换模块、中断在内的相关外设的工作模式以及工作参数，其中定时器1用于脉冲宽度调制产生模块，用于控制Buck降压拓扑电路中的两个MOS管的开关，定时器2利用中断以精确采集电压发生变化时经过PID控制调节后使得输出电压稳定所消耗的时间，配置A/D转换模块工作于DMA模式，配置定时器1的中断，利用PID控制模块调节占空比以控制输出电压；2)包括多目标优化算法模块的参数初始化，设定多目标优化算法执行的相关参数，包括：种群迭代最大值I、每一代种群中个体数量的最大值N、种群迭代代数计数值i、种群个体数量计数值n、每一代个体的编码长度、个体间编码方式、交叉的概率、个体间发生变异的概率，并设定种群迭代代数计数值i与种群个体数量计数值n的初始值为0；3)根据第i代种群中的第n个个体的基因，通过解码获得其所对应的PID控制模块参数值，即分别为比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd，在多目标优化算法模块中采用的是二进制编码方式，所述的编码即为一串二进制数字，将此数字经过分割后转换成十进制所代表的值，即为PID控制的参数：比例系数Kp、积分系数Ki和微分系数Kd，利用上述三个参数对PID控制模块进行设置从而改变控制模块的控制性能；4)PID控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱钦松，谢明枫，刘琦，朱俊杰，孙伟锋，陆生礼，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32