專利名稱：數(shù)字控制的系統(tǒng)和方法
數(shù)字控制的系統(tǒng)和方法
背景技術：
在系統(tǒng)控制中應用數(shù)字方法能夠產生新特征、提高性能、達成更高的 產品適應性和更低的成本。由存儲的程序而不是由一套分立元件的參數(shù)來 指定的系統(tǒng)操作特征能夠節(jié)約成本和空間并且還能產生上述特征的實時 適應性、控制算法的更高精密度及產生、存儲和記憶有價值的實時函數(shù)型 數(shù)據(jù)的能力。
然而，數(shù)字反饋控制要求高分辨率和高速度。這些要求在很多領域中 限制了數(shù)字控制的采用。低成本邏輯的出現(xiàn)使得將數(shù)字控制技術應用于成 本敏感的領域成為可能。隨著數(shù)字邏輯的成本減低，新的機會出現(xiàn)了。
典型的數(shù)字控制反饋系統(tǒng)具有模數(shù)轉換器、數(shù)字環(huán)路補償器、電力裝 置驅動器和受控的外部系統(tǒng)。應用數(shù)字控制能夠提高性能或降低成本的系 統(tǒng)的一個示例是開關電源或直流-直流變換器。(然而，許多其他系統(tǒng)也 將受益于數(shù)字控制的應用。)
對于低功率應用，例如用于例如娛樂裝置、個人數(shù)字助理和移動電話 的便攜式用電設備的可充電電池和電池組，迫切需求縮減低成本離線開 關電源的成本、尺寸以及功耗。
脈寬調制式開關電源需要可調脈寬，該可調脈寬由通過比較實際輸出 電壓與精確的參考電壓而得到的誤差信號控制。開關間隔的脈寬也必須被 限制在最小和最大的持續(xù)時間之內。施加這些限制來校正脈寬調制式電源 或電動機驅動器操作。
數(shù)字控制系統(tǒng)的一個示例如圖l所示。在圖l所示的示例中，系統(tǒng)是簡 單的降壓直流-直流變換器。對于任何直流-直流變換器，基礎元件都是相同的。圖l所示的示例系統(tǒng)包括三個主要元件模數(shù)變換器(ADC)之前 的補償器、脈寬調制器和電源開關以及無源LC網。
典型地，脈寬調制分辨率要求比模數(shù)變換器分辨率高很多。如果不是 這樣的話，脈寬調制的輸出的編碼值須反復跳動以滿足具體的輸入模數(shù)變 換器編碼。通常被認為是極限周期的反復跳動的頻率由控制系統(tǒng)動態(tài)確 定。結果脈動的頻率和尺寸可能被加大。對此問題的典型解決方法是增加 脈寬調制分辨率。這個方法能夠導致脈寬調制設計中的明顯復雜化。為了 達成所需的分辨率可能需要例如多相時鐘或模擬方法的技術。對于要求極 高速的脈寬調制頻率的高速電源來說這一點尤為正確。
需要可以滿足高分辨率和高速要求的數(shù)字控制器。
還需要不需要浩大的運算就能夠執(zhí)行的數(shù)字控制器。
進一步需要具有上述特征并可以具有任意控制系數(shù)的數(shù)字控制器。
還需要能提供相當高的脈寬調制分辨率的簡單的、成本有效的方法和 系統(tǒng)。

發(fā)明內容
在一個實施例中，本發(fā)明教導的數(shù)字控制器包括能夠接收模擬信號并 提供過采樣信號的調制元件、能夠接收過采樣信號的補償濾波器、能夠接 收補償濾波器的輸出并能夠提供低通濾波器輸出的低通濾波器以及能夠 接收低通濾波器輸出并能夠提供子采樣輸出的子采樣元件，該子采樣輸出 具有比過采樣信號的速率更低的子采樣率。
在另一實施例中，本發(fā)明教導的數(shù)字控制器包括能夠接收具有輸入時 間分辨率的輸入信號并能夠提供具有比輸入時間分辨率更低的時間分辨 率的高頻振動輸出信號的高頻振動發(fā)生元件；高頻振動輸出信號的平均值 實質上等于輸入信號，能夠接收高頻振動輸出信號并能夠提供多個控制脈 沖的數(shù)字脈寬調制器；高頻振動輸出信號確定控制脈沖的至少一個特征。
其他實施例也在本發(fā)明教導的保護范圍內。
本方法的實施例也在本發(fā)明教導的保護范圍內并被公開。為了更好地理解本發(fā)明以及其他和進一步的需要，請參考附圖和詳細 的說明，本發(fā)明的保護范圍將在權利要求中指出。


圖l表示傳統(tǒng)的單相降壓調節(jié)器；
圖2表示代表包括過采樣模數(shù)變換器和補償濾波器的數(shù)字控制器的一 個實施例的方框圖3表示代表本發(fā)明教導的數(shù)字控制器的一個實施例的方框圖4表示代表本發(fā)明教導的數(shù)字控制器的一個具體實施例的方框圖5表示代表本發(fā)明教導的數(shù)字控制器的另一具體實施例的方框圖6表示代表本發(fā)明教導的數(shù)字控制器的另一實施例的方框圖7表示代表傳統(tǒng)的二階i;一A調制器的方框圖8表示代表本發(fā)明教導的數(shù)字控制器的元件的一個實施例的方框
圖9表示代表本發(fā)明教導的數(shù)字控制器的元件的另一實施例的方框
圖10表示代表本發(fā)明教導的數(shù)字控制器的元件的另一實施例的方框
圖11表示代表本發(fā)明教導的數(shù)字控制器的另 一實施例的方框圖； 圖12表示代表本發(fā)明教導的數(shù)字控制器的另一實施例的方框圖； 圖13a和13b表示代表本發(fā)明教導的一個實施例的仿真結果的示意圖14表示代表用于從數(shù)字電力管理元件收集實時性能數(shù)據(jù)的本發(fā)明 教導的系統(tǒng)的一個實施例的方框圖15表示代表圖14所示的實施例的元件的方框圖16表示代表圖14所示的系統(tǒng)的元件的一個實施例的方框圖17表示代表利用圖16所示的實施例進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠嫊r示意圖；圖18表示代表本發(fā)明教導的數(shù)字控制器的元件的另一實施例的方框 圖；及
圖19表示代表圖18中的實施例的仿真結果的示意圖。
具體實施例方式
盡管本發(fā)明這些教導被描述成用于受控系統(tǒng)的特殊實施例，許多數(shù)字 控制系統(tǒng)也可以使用本發(fā)明教導的一方面一本發(fā)明教導的數(shù)字控制器，且 任何脈寬調制系統(tǒng)都可以使用本發(fā)明教導的第二方面一脈寬調制高頻振 動系統(tǒng)。
應該注意，盡管本發(fā)明教導的示例性電源實施例通過一種示例性類型 加以描述，其他電源構造、例如升壓型、降壓-升壓型、正激式、反激式 等也都在本發(fā)明教導的范圍內。
圖l表示傳統(tǒng)的數(shù)字控制系統(tǒng)的一個示例。在這個示例中，系統(tǒng)是簡 單的降壓型直流-直流變換器。對于任何直流-直流變換器來說基礎元件是 相同的。圖1中的傳統(tǒng)數(shù)字控制系統(tǒng)10包括包括模數(shù)變換器和補償濾波 器的反饋補償器15、脈寬調制器20、電源開關25和無源LC網30。
圖2表示代表數(shù)字控制器的一個實施例的方框圖，其中圖1中的反饋補 償器15包括過采樣模數(shù)變換器35和補償濾波器55。過采樣模數(shù)變換器35包 括接收模擬信號并提供過采樣(低分辨率、高數(shù)據(jù)率)信號的調制元件40、 接收過采樣(低分辨率、高數(shù)據(jù)率)信號并提供低通濾波器輸出的低通濾 波器45以及接收低通濾波器輸出并提供子采樣輸出(高分辨率、低數(shù)據(jù)率) 的子采樣元件50，該子采樣輸出的速率低于過采樣信號的速率。該子采樣 輸出被提供給補償器55 (補償濾波器)。圖2中所示的補償器55的實施例 包括第一濾波器60，其包括補償濾波器55的分子，表示為Z轉換N (Z-l)， 和第二濾波器65，其包括補償濾波器55的分母，表示為Z轉換D (Z-l)。補 償濾波器55的輸出被提供給提供多個控制脈沖的脈寬調制器70。
圖3表示代表本發(fā)明教導的數(shù)字控制器的一個實施例的方框圖。在圖3 所示的實施例中，接收模擬信號并為第一補償濾波器75提供過采樣(低分辨率、高數(shù)據(jù)率)信號的調制元件40，表示為高采樣率的Z轉換。第一補 償濾波器75的輸出被提供給低通濾波器80。低通濾波器80的輸出被提供給 子采樣器85，該子采樣器85提供子采樣輸出(高分辨率、低數(shù)據(jù)率)。子 采樣輸出被提供給第二補償濾波器90,表示為低釆樣率的Z轉換。補償信 號(第二補償濾波器90的輸出)被提供給脈寬調制器(PWM) 70。通過 對圖2中的補償濾波器55重新排序使得圖3中的第一補償濾波器75包括圖 2中的補償濾波器55的分子，通過將第一補償濾波器75置于調制器40和低 通濾波器80之間，使得補償器享有過采樣低比特流寬度數(shù)據(jù)。結果，邏輯 復雜性較低，但是邏輯時鐘速度較高并且可以獲得減少使用乘法器的實施 例。
在一個實例中，低通80和子采樣器85可以結合形成低通/抽取濾波器。 在一個實施例中，低通80或子采樣器85或低通/抽取濾波器可以包括在脈寬 調制頻率及其諧波上實質上為零值的梳形濾波器。
應該注意到，諸如圖3所示的僅使用第一補償濾波器75的實施例也落 入本發(fā)明教導的范圍內。還應該注意到，補償輸出被提供給控制裝置而不 是脈寬調制器的實施例也落入本發(fā)明教導的保護范圍內。
在圖3的實施例的操作過程中，進來的信號是過采樣的，導致低分辨 率高數(shù)據(jù)率的信號。該過采樣信號通過補償濾波器被補償，經補償?shù)倪^采 樣信號被低通濾波和子采樣，導致高分辨率低數(shù)據(jù)率信號。在一個實施例 中，高分辨率低數(shù)據(jù)率補償信號被作為輸入提供給脈寬調制器。在另一實 施例中，高分辨率低數(shù)據(jù)率補償信號被進一步補償，且在脈寬調制系統(tǒng)中， 進一步被補償?shù)牡蛿?shù)據(jù)率信號被提供給脈寬調制器。
圖4表示本發(fā)明教導的系統(tǒng)的一個實施例，該實施例以等同于傳統(tǒng)的 PID補償器的補償器實施但享有本發(fā)明教導提供的優(yōu)點。在圖4所示的實施 例中，第一補償濾波器105相應于傳統(tǒng)的PID補償器的分子，第二補償濾波 器11 O包含本發(fā)明教導的離散積分器和數(shù)字控制器，相應于傳統(tǒng)的PID補償 器。圖5表示本發(fā)明教導的系統(tǒng)的一個實施例，其中僅使用第一補償濾波 器115且第一補償濾波器115包括多個子濾波器120，每個子濾波器120的輸 出被乘以來自多個權重的權重125，補償濾波器115的輸出是加權輸出的總 和。
圖6表示本發(fā)明教導的系統(tǒng)的一個實施例，其中第一補償濾波器包括 兩個子濾波器130、 135。第一子濾波器130包括圖2中的補償濾波器55的分 子。第二子濾波器135在一個實施例中可以包括圖2中的補償濾波器55的分 母，在另一實施例中可以只包括圖2中的補償濾波器55的分母的高頻極。 在第二實施例中，第二補償濾波器可以包括圖2中的補償濾波器55的分母 的低頻極。
在一個實施例中，圖3中的調制器40是i;-A調制器140。圖7中所示的是 傳統(tǒng)的二階Z-A調制器。應該注意到， 一階Z-A調制器也可以用作為圖3中 的調制器40。
在如圖8所示的另一實施例中，圖3中的調制器40包含接收模擬信號的 采樣和保持元件145，重復斜波產生器150，采樣和保持元件145的輸出要 減去重復斜波產生器150的輸出，以及接收采樣和保持元件145的輸出和重 復斜波產生器150的輸出之差的比較器155。在一個實施例中，重復斜波產 生器150包括電壓控制振蕩器(VCO)，其可以是可重置的電壓控制振蕩 器。在這樣一個實施例中，調制器40包括能夠將調制器重置于較低分辨率 的重置元件。
在圖9所示的另一個實施例中，圖3中的調制器40包含高速數(shù)字控制模 擬環(huán)路。如圖9所示，圖3中的調制器40包含低分辨率的模數(shù)變換元件160， 低分辨率模數(shù)變換元件160的輸出是過采樣信號，離散積分器165接收低分 辨率模數(shù)變換元件160的輸出，高分辨率數(shù)模變換元件170接收離散積分器 165的輸出，低分辨率模數(shù)變換元件160的輸入是輸入模擬信號和高分辨率 數(shù)模變換元件170的輸出之間的差異。高速數(shù)字控制模擬環(huán)路的采樣率被 選擇為足以允許輸入被追蹤。在圖9所示的實施例中，離散積分器175包含 低通濾波器和補償濾波器。在圖10所示的另一實施例中，可調增益元件177接收低分辨率模數(shù)變 換元件160的輸出，可調增益元件177的輸出是過采樣信號。離散積分器165 接收可調增益元件175的輸出。在圖10所示的實施例的運行過程中，在脈 寬調制器的周期的開始處利用實質上高的增益，而在脈寬調制器周期的末 尾增益減少。
應該注意到，在圖10所示的實施例中，當離散積分器175和子采樣器 包含低通濾波器/抽取器、構成一個模數(shù)變換器時，仍提供快速時鐘的采樣 延遲，其中該模數(shù)變換器允許輸入信號的快速變換，即以( X2減慢)的 速度的近似逐次逼近法變換，但也允許無采樣和保持的慢速改變輸入。
圖ll表示本發(fā)明教導的數(shù)字控制器的另一實施例。圖ll所示的實施例 包括能夠接收輸入信號并能夠提供具有比輸入時間分辨率更低的時間分 辨率的高頻振動輸出信號的高頻振動發(fā)生元件180和能夠接收高頻振動輸 出信號的數(shù)字脈寬調制器70，該高頻振動輸出信號確定控制脈沖的至少一 個特征。在圖ll所示的實施例中，高頻振動發(fā)生元件180包括產生高頻振 動輸出信號的數(shù)字轉換器195元件、接收高頻振動輸出信號并提供延遲的 高頻振動輸出信號的延遲元件190 (延遲元件1卯以延遲的Z轉換的形式表 示)和接收子采樣信號和延遲的高頻振動輸出信號之間的差異并為數(shù)字轉 換器195提供離散積分器輸出的離散積分器元件185。
圖12表示代表本發(fā)明教導的數(shù)字控制器的另一實施例的方框圖。在圖 12所示的實施例中，高頻振動發(fā)生元件180包括產生高頻振動輸出信號的 數(shù)字轉換器195元件、接收高頻振動輸出信號并提供延遲的高頻振動輸出 信號的延遲元件190 (延遲元件190以延遲的Z轉換的形式表示)、能夠接 收子采樣信號和延遲的高頻振動輸出信號之間的差異并能夠提供第一離 散積分器輸出的第一離散積分器元件205和能夠接收第一離散積分器輸出 和延遲的高頻振動輸出信號之間的差異并能夠為數(shù)字轉換器195提供第二 離散積分器輸出的第二離散積分器215。
應該注意到，盡管一階高頻振動系統(tǒng)示于圖ll中，二階高頻振動系統(tǒng) 示于圖12中，但本發(fā)明教導不僅僅限于這些實施例，高階高頻振動系統(tǒng)的實施例也在本發(fā)明教導的保護范圍內。在數(shù)字化硬件中執(zhí)行環(huán)路元件的實 施例中，元件值實質上是精確的，調制器的輸出實質上是穩(wěn)定的。
在圖11或圖12所示的實施例的運行過程中，數(shù)字轉換器195從輸入數(shù) 據(jù)路徑(子采樣信號)去除最小有效位。反饋環(huán)路(從數(shù)字轉換器195的 輸出回饋到提供延遲的數(shù)字轉換器輸出和輸入的子采樣信號之間的差異 的環(huán)路)提供等于全分辨率輸入信號的平均輸出。由于所示的反饋環(huán)路的 極點位置，極限周期速度極高。
圖13a和13b表示圖12所示的本發(fā)明教導的實施例的仿真結果。圖13a 表示包括圖12中的高頻振動發(fā)生元件的閉環(huán)控制降壓變換器系統(tǒng)的仿真 結果。圖13b表示不包括圖12中的高頻振動發(fā)生元件180的閉環(huán)降壓變換器 系統(tǒng)的結果。在兩個實施例中都使用了7位脈寬調制器。如果高頻振動發(fā) 生元件不包括在系統(tǒng)中的話，圖13a中獲得的結果將需要10位脈寬調制器。
應該注意到，結合有圖11或12中的高頻振動發(fā)生元件和圖3至10中的 數(shù)字控制器的本發(fā)明教導的實施例都處于本發(fā)明的范圍內。
圖14表示代表本發(fā)明教導的用于從數(shù)字電力管理元件收集實時性能 數(shù)據(jù)的系統(tǒng)的一個實施例的方框圖。圖14所示的實施例包括能夠從/向數(shù)字 電力管理元件225中的多個位置接收/發(fā)送實時數(shù)據(jù)的串行數(shù)據(jù)傳輸元件、 包括(如圖15所示) 一個或多個處理器235的控制器元件230和具有在此具 體化為計算機可讀編碼的計算機可用媒介240，該計算機可讀編碼能夠促 使一個或多個處理器在數(shù)字電力管理元件運行過程中從數(shù)字電力管理元 件中的至少一個位置收集實時數(shù)據(jù)并/或向數(shù)字電力管理元件中的至少一 個其他位置提供實時數(shù)據(jù)。(在一個實施例中， 一個或多個處理器235和 計算機可用媒介240通過連接元件237可操作地連接。該連接元件237可以 是例如計算機總線或載波。)
在圖14所示的實施例的運行過程中，在提供了能夠從/向數(shù)字電力管理 元件225中的多個位置接收/發(fā)送實時數(shù)據(jù)的串行數(shù)據(jù)傳輸元件220之后，收 集來自數(shù)字電力管理元件的至少一個位置的實時數(shù)據(jù)并將其提供給控制器元件230。在另一實施例中，實時數(shù)據(jù)被提供給數(shù)字電力管理元件225中 的至少一個位置。
在圖16所示的一個實施例中，串行數(shù)據(jù)傳輸元件220包括并行載入的 移位寄存器242、負責向移位寄存器載入和載出數(shù)據(jù)的狀態(tài)序列發(fā)生器 245。串行數(shù)據(jù)傳輸元件220包括時鐘終端(串行時鐘線，SCL)和數(shù)據(jù)終 端(串行數(shù)據(jù)線，SDA)。在圖16所示的實施例的運行過程中，接收/發(fā)送元 件230與串行數(shù)據(jù)傳輸元件220同步且接口是點對點。在圖16所示的實施例 中，這是通過利用串行時鐘線的引腳作為接收/發(fā)送元件230的時鐘同步源 來達成的。操作由串行時鐘線由高電平向低電平跳變而串行數(shù)據(jù)線是高電 平啟動(與傳統(tǒng)的I2C接口起始狀態(tài)相反)。選擇串行時鐘線而不是接收/ 發(fā)送元件230的內部參考時鐘作為串行端口時鐘源。發(fā)送包含所要求的數(shù) 據(jù)格式的16位命令字，尤其是由接收/發(fā)送元件230發(fā)送的字段和由接收/ 發(fā)送元件230接收的字段。完成之后，接收/發(fā)送元件230的串行端口接收其 第一數(shù)據(jù)字段，改變總線的方向并發(fā)送其第一數(shù)據(jù)字段。這將持續(xù)到發(fā)生 硬件復位為止，圖17表示對一個示例性運行進行的計時(本發(fā)明教導不限 于此實施例)。
在圖16所示的運行的另一實施例中，在傳統(tǒng)的I2C接口模式中，起始 狀態(tài)由串行數(shù)據(jù)線由高電平向低電平跳變而串行時鐘線是高電平表明。傳 統(tǒng)的I2C接口協(xié)議為剩余處理而執(zhí)行，該剩余處理包括串行數(shù)據(jù)線由低電 平向高電平跳變而串行時鐘線是高電平的停止狀態(tài)。串行數(shù)據(jù)線引腳的三 態(tài)輸出被用于仿真?zhèn)鹘y(tǒng)I2C接口規(guī)范中定義的集電極開路輸。高級的串行 端口模式被選擇為具有傳統(tǒng)的I2C接口命令的序列。
在圖16所示的運行的另一實施例中，在基于I2C數(shù)據(jù)格式的單線模式 中，歸零數(shù)據(jù)編碼被用于消除對時鐘恢復的需求(相當于利用內部時鐘作 為參考時鐘)。這種運行模式傾向用于引腳限制但要求簡單內部調整的產 品。狀態(tài)序列發(fā)生器模塊包含歸零編碼器/解碼器，并且是硅中的結合選擇。 這個設計成就一個能夠驅動高或低的真正的CMOS驅動器，這將導致更高 的數(shù)據(jù)率。圖18表示代表本發(fā)明教導的數(shù)字控制器的元件的進一步實施例的方 框圖。圖16所示的實施例包括能夠接收數(shù)字輸入信號并能夠提供補償?shù)臄?shù) 字信號的補償濾波器元件250，該補償濾波器元件250具有至少一個可調整 的參數(shù)；能夠接收數(shù)字輸入信號并能夠提供性能指示信號的誤差性能濾波 器255;和能夠接收性能指示信號并能夠向補償濾波器元件250提供一個或 多個可調整的參數(shù)值的擾動發(fā)生元件260。在一個實施例中，所提供的值 僅是實質上對已知的值(例如在先的值)的小調整。在一個實施例中，誤 差性能濾波器255是獲得方差絕對值的濾波器。在另一實施例中，誤差性 能濾波器255是產生指示功耗信號的濾波器。應該注意到，本發(fā)明教導不 限于上述公開的誤差性能濾波器255的實施例。在另一實施例中，所提供 的值利用隨機擾動來獲得。在另一實施例中，所提供的值通過預定算法(例 如梯度搜索算法，但不限于此)來獲得。
在圖18所示的實施例中，系統(tǒng)還包括具有至少一個可調參數(shù)的脈寬調 制器270。脈寬調制器270接收擾動發(fā)生元件260的一個或多個可調參數(shù)的 值。圖18中所示的系統(tǒng)還包括模數(shù)變換器275。圖19表示代表圖18中的實 施例的仿真結果的示意圖。
應該注意到上述實施例中的脈寬調制器可以包括、但不限于由Syed， A. Ahmed，E.、 Maksimovic， D,、 Alarcon, E.發(fā)表在《PESC 04， 2004 IEEE 35th Annual Power Electronics Specialists Conference))的2004年6月20-25日的第6 巻第4689-4695頁中的"D妙a// w/se iW淑附o^/她r arc/HYe"wms"—文以 及O'Malley, E.、 Rinne， K.發(fā)表在《APEC '04， Nineteenth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition》的2004年的第1巻第 53曙59頁中的"/ rog YWM附a6/e d/g""http:// w/se >Wi///z附odw/fl/orprov/fif/wg ve^sa"/e 戸&e戸"ems 5^/ / oW/"g 5wZ/c/w'"g6eyow(i 75 MFfe" —文中 所描述的脈寬調制器。這兩篇文獻在此被結合引用，并在參考文獻中列出。 上述實施例可以以傳統(tǒng)的數(shù)字元件(或在綜合實施例中的傳統(tǒng)的數(shù)字"單 元")以及傳統(tǒng)的模數(shù)變換器和數(shù)模變換器(DAC)來實施，但不限于此。
盡管上述實施例已經以特殊可控元件的方式進行了說明，但是應該注 意到上述實施例也可應用于更寬范圍的其他可控元件。計算機可讀(計算機可用)媒介的普通形式包括例如磁盤、軟盤、 硬盤、磁帶或任何其他磁性媒介；只讀型光盤等任何其他光學媒介；穿孔 卡片、紙帶等任何其他具有孔或是其他圖案的物理媒介；隨機存取存儲器、 可編程序的只讀存儲器、可消除可編程只讀存儲器、非易失存儲器等任何 其他存儲器芯片；或盒式磁帶、載波、例如是電磁輻射或電信號或任何其 他計算機可讀的媒介。
盡管本發(fā)明已經針對各種實施例進行了描述，但應該理解本發(fā)明還能 夠有寬泛的進一步的和其他的實施例包括在所附的權利要求的思想和范 圍內。
權利要求
1. 一種數(shù)字控制器，包含能夠接收模擬信號并提供過采樣信號的調制元件；能夠接收過采樣信號的補償濾波器；能夠接收所述補償濾波器的輸出并能夠提供具有實質上減小的振幅和大于預定頻率的頻率的低通濾波器輸出的低通濾波器；及能夠接收低通濾波器輸出并能夠提供子采樣輸出的子采樣元件，該子采樣輸出具有低于過采樣信號率的子采樣率。
2. 根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字控制器，其特征在于還包含能夠接收子采樣輸出并能夠提供子采樣率的補償器輸出的另一補償 濾波器；實質上等同于所述的補償濾波器的濾波器，所述子采樣率的另一補償 濾波器是預定的補償濾波器。
3. 根據(jù)權利要求2所述的數(shù)字控制器，其特征在于還包含能夠接收子采樣率的補償器輸出并能夠提供多個脈沖控制脈沖的數(shù) 字脈寬調制器。
4. 根據(jù)權利要求2所述的數(shù)字控制器，其特征在于所述補償濾波器從 預定的補償濾波器的分子中獲得。
5. 根據(jù)權利要求4所述的數(shù)字控制器，其特征在于所述另一補償濾波 器實質上是離散積分器；且所述預定補償濾波器實質上是PID補償濾波 器。
6. 根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字控制器，其特征在于還包含能夠接收子采樣率的補償器輸出并能夠提供多個脈沖控制脈沖的數(shù) 字脈寬調制器。
7. 根據(jù)權利要求1所述的控制器，其特征在于所述補償濾波器包含多個子濾波器；所述多個子濾波器的每個子濾波器的每個輸出乘以多 個值中的一個值，每個子濾波器的每個輸出乘以所述值后是多個加權輸出 中的一個加權輸出；及所述補償濾波器的輸出是所述多個加權輸出的總和。
8. 根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字控制器，其特征在于所述調制元件是i;-A調制器o
9. 根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字控制器，其特征在于所述調制元件包含接收模擬信號的采樣和保持元件；重復斜波產生器；所述采樣和保持元件的輸出要減去所述重復斜波產 生器的輸出；及接收所述采樣和保持元件的輸出減去所述重復斜波產生器的輸出所 得結果的信號的比較器；所述比較器的輸出是所述過采樣信號。
10. 根據(jù)權利要求9所述的數(shù)字控制器，其特征在于所述重復斜波產 生器包含電壓控制振蕩器。
11. 根據(jù)權利要求io所述的數(shù)字控制器，其特征在于所述電壓控制振蕩器是可重置的振蕩器。
12. 根據(jù)權利要求9所述的數(shù)字控制器，其特征在于所述調制元件包含 能夠將所述調制元件重置于低分辨率的重置元件。
13. 根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字控制器，其特征在于所述調制元件包含低分辨率模數(shù)變換元件；所述低分辨率模數(shù)變換元件的輸出是過采樣 信號；接收該過采樣信號的離散積分器；及高分辨率數(shù)模變換元件；所述高分辨率數(shù)模變換系統(tǒng)接收所述離散積 分器的輸出；所述低分辨率模數(shù)變換元件接收信號，該信號包含模擬信號和所述高 分辨率數(shù)模變換元件的輸出之間的差異。
14. 根據(jù)權利要求13所述的數(shù)字控制器,其特征在于所述補償濾波器 和所述低通濾波器包含離散積分器。
15. 根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字控制器，其特征在于所述調制元件包含低分辨率模數(shù)變換元件；能夠接收所述低分辨率模數(shù)變換元件的輸出并能夠提供可調增益元 件輸出的可調增益元件，該可調增益元件的輸出實質上等于可調乘數(shù)因子 乘以所述低分辨率模數(shù)變換元件的輸出 ，所述可調增益元件還能夠接收增益設定信號并能夠響應所述增益設 定信號改變所述可調乘數(shù)因子；所述可調增益元件輸出是過采樣信號；接收該可調增益元件輸出的離散積分器；及高分辨率數(shù)模變換系統(tǒng)；所述高分辨率數(shù)模變換系統(tǒng)接收所述離散積 分器的輸出；所述低分辨率模數(shù)變換系統(tǒng)接收信號，該信號包含模擬信號和所述高 分辨率數(shù)模變換系統(tǒng)的輸出之間的差異。
16. 根據(jù)權利要求15所述的數(shù)字控制器，其特征在于所述補償濾波器 和所述低通濾波器包含離散積分器。
17. —種控制器，包含能夠接收具有輸入時間分辨率的輸入信號并能夠提供具有比輸入時 間分辨率更低的時間分辨率的高頻振動輸出信號的高頻振動發(fā)生元件；高 頻振動輸出信號的平均值實質上等于輸入信號；及能夠接收高頻振動輸出信號并能夠提供多個脈沖控制脈沖的數(shù)字脈寬調制器；所述高頻振動輸出信號確定所述多個脈沖控制脈沖的至少一個 特征。
18. 根據(jù)權利要求17所述的控制器，其特征在于所述高頻振動發(fā)生元 件包含-能夠產生高頻振動輸出信號的數(shù)字轉換器元件；能夠接收高頻振動輸出信號并能夠提供延遲的高頻振動輸出信號的 延遲元件；及能夠接收輸入信號和延遲的高頻振動輸出信號之間的差異并還能夠 向所述數(shù)字轉換器提供離散積分器輸出的離散積分器元件。
19. 根據(jù)權利要求17所述的控制器，其特征在于所述高頻振動發(fā)生元 件包含-能夠產生高頻振動輸出信號的數(shù)字轉換器元件；能夠接收高頻振動輸出信號并能夠提供延遲的高頻振動輸出信號的 延遲元件；及能夠接收輸入信號和延遲的高頻振動輸出信號之間的差異并還能夠 提供第一離散積分器輸出的第一離散積分器元件；及能夠接收第一離散積分器輸出和延遲的高頻振動輸出信號之間的差 異并還能夠向所述數(shù)字轉換器提供第二離散積分器輸出的第二離散積分 器。
20. 根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字控制器，其特征在于還包含能夠接收子采樣信號并能夠提供具有比子采樣信號分辨率更低的時 間分辨率的高頻振動輸出信號的高頻振動發(fā)生元件；有高頻振動輸出信號 的平均值實質上等于子采樣信號；及能夠接收高頻振動輸出信號并能夠提供多個脈沖控制脈沖的數(shù)字脈 寬調制器；所述高頻振動輸出信號確定所述多個脈沖控制脈沖的至少一個 特征。
21. 根據(jù)權利要求20所述的控制器，其特征在于所述高頻振動發(fā)生元 件包含能夠產生高頻振動輸出信號的數(shù)字轉換器元件；能夠接收高頻振動輸出信號并能夠提供延遲的高頻振動輸出信號的 延遲元件；及能夠接收子采樣信號和延遲的高頻振動輸出信號之間的差異并還能 夠向所述數(shù)字轉換器提供離散積分器輸出的離散積分器元件。
22. 根據(jù)權利要求20所述的控制器，其特征在于所述高頻振動發(fā)生元 件包含能夠產生高頻振動輸出信號的數(shù)字轉換器元件；能夠接收高頻振動輸出信號并能夠提供延遲的高頻振動輸出信號的 延遲元件；及能夠接收子采樣信號和延遲的高頻振動輸出信號之間的差異并還能 夠提供第一離散積分器輸出的第一離散積分器元件；及能夠接收第一離散積分器輸出和延遲的高頻振動輸出信號之間的差 異并還能夠向所述數(shù)字轉換器提供第二離散積分器輸出的第二離散積分 器。
23. —種控制器，包含能夠接收數(shù)字輸入信號并能夠提供補償?shù)臄?shù)字信號的補償濾波器元 件；所述補償濾波器元件包含至少一個預定的參數(shù)；能夠接收數(shù)字輸入信號并能夠提供性能指示信號的誤差性能濾波器；及能夠接收性能指示信號并能夠向所述補償濾波器元件提供所述至少 一個預定參數(shù)值的擾動發(fā)生元件；所述值和所述至少一個預定參數(shù)的先前值之間的差實質上比所述先 前值小。
24. 根據(jù)權利要求23所述的控制器，其特征在于還包含 能夠接收模擬輸入信號并能夠提供數(shù)字輸入信號的模數(shù)變換元件。
25. 根據(jù)權利要求23的控制器，其特征在于所述誤差性能濾波器包含 提供性能指示信號的濾波器，所述性能指示信號是方差絕對值的指示。
26. 根據(jù)權利要求23所述的控制器，其特征在于所述誤差性能濾波器 包含提供性能指示信號的濾波器，所述性能指示信號是功耗的指示。
27. 根據(jù)權利要求23所述的控制器，其特征在于還包含能夠接收補償?shù)臄?shù)字信號并能夠提供多個脈沖控制脈沖的數(shù)字脈寬 調制器。
28. 根據(jù)權利要求27所述的控制器，其特征在于所述數(shù)字脈寬調制器 包含至少一個脈寬調制預定參數(shù)；其中，所述擾動發(fā)生元件能夠向所述數(shù) 字脈寬調制器提供所述至少一個脈寬調制預定參數(shù)的值。
29. 根據(jù)權利要求23所述的控制器，其特征在于所述擾動發(fā)生元件利 用隨機擾動產生所述值。
30. 根據(jù)權利要求23所述的控制器，其特征在于所述的擾動發(fā)生元件 利用預定算法產生所述值。
31. 根據(jù)權利要求30所述的控制器，其特征在于所述預定算法是梯度 搜索算法。
32. 根據(jù)權利要求23所述的控制器，其特征在于還包含能夠向補償?shù)?數(shù)字信號加入誤差信號的誤差注入元件。
33. —種從數(shù)字電力管理元件收集實時性能數(shù)據(jù)的方法，該方法包含 下列步驟提供能夠從/向數(shù)字電力管理元件的多個位置接收/發(fā)送實時數(shù)據(jù)的串 行數(shù)據(jù)傳輸元件；在數(shù)字電力管理元件的運行過程中，從數(shù)字電力管理元件的多個位置 中的至少一個位置收集實時數(shù)據(jù)；及向控制器元件提供從至少一個位置收集的實時數(shù)據(jù)。
34. 根據(jù)權利要求33所述的方法，其特征在于提供實時數(shù)據(jù)的步驟包 含有利用串行數(shù)據(jù)傳輸元件時鐘源作為參考時鐘而使控制器元件與串行 數(shù)據(jù)傳輸元件同步的步驟。
35. 根據(jù)權利要求33所述的方法，其特征在于還包含有步驟通過控制器元件向數(shù)字電力管理元件的多個位置中的至少一個其他 位置提供實時數(shù)據(jù)。
36. 根據(jù)權利要求35所述的方法，其特征在于提供實時數(shù)據(jù)的步驟包 含有利用串行數(shù)據(jù)傳輸元件時鐘源作為參考時鐘而使控制器元件與串行 數(shù)據(jù)傳輸元件同步的步驟。
37. —種從數(shù)字電力管理元件收集實時性能數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含能夠從/向數(shù)字電力管理元件的多個位置接收/發(fā)送實時數(shù)據(jù)的串行數(shù) 據(jù)傳輸元件；及可操作地連接于數(shù)據(jù)傳輸元件的所述域的控制器元件，所述控制器包含至少一個處理器；具有包含在其中的計算機可讀編碼的至少一個計算機可用媒介，所述 計算機可讀編碼能夠促使所述至少一個處理器在數(shù)字電力管理元件運行過程中，從數(shù)字電力管理元件的所述多 個位置中的至少一個位置收集實時數(shù)據(jù)。
38. 根據(jù)權利要求37所述的系統(tǒng)，其特征在于所述計算機可讀編碼還 能夠促使所述至少一個處理器向數(shù)字電力管理元件的所述多個位置中的至少一個其他位置提供實 時數(shù)據(jù)。
39. 根據(jù)權利要求37所述的系統(tǒng)，其特征在于所述串行數(shù)據(jù)傳輸元件包含移位寄存器；及能夠將數(shù)據(jù)載入和載出移位寄存器的狀態(tài)序列發(fā)生器。
40. 根據(jù)權利要求39所述的系統(tǒng)，其特征在于所述狀態(tài)序列發(fā)生器包含時鐘終端；及 數(shù)據(jù)終端；所述狀態(tài)序列發(fā)生器能夠利用串行數(shù)據(jù)傳輸元件時鐘源作為參考時 鐘而使所述控制器元件與所述串行數(shù)據(jù)傳輸元件同步。
41. 根據(jù)權利要求39所述的系統(tǒng)，其特征在于所述狀態(tài)序列發(fā)生器包含時鐘終端；及 數(shù)據(jù)終端；所述狀態(tài)序列發(fā)生器能夠利用內部時鐘作為參考時鐘而使所述控制 器元件與所述串行數(shù)據(jù)傳輸元件同步。
42. 根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字控制器，其特征在于還包含能夠從/向數(shù)字控制器中的多個位置接收/發(fā)送實時數(shù)據(jù)的串行數(shù)據(jù)傳 輸元件；及數(shù)據(jù)收集器元件，其包含 至少一個處理器；具有包含在其中的計算機可讀編碼的至少一個計算機可用媒介， 所述計算機可讀編碼能夠促使所述至少一個處理器在數(shù)字控制器運行過程中，從數(shù)字控制器的所述多個位置中 的至少一個位置收集實時數(shù)據(jù)。
43. 根據(jù)權利要求42所述的系統(tǒng)，其特征在于所述計算可讀編碼還能 夠促使所述至少一個處理器向數(shù)字電力管理元件中的所述多個位置中的至少一個其他位置提供 實時數(shù)據(jù)。
44. 根據(jù)權利要求42所述的系統(tǒng)，其特征在于所述串行數(shù)據(jù)傳輸元件 包含移位寄存器；及能夠將數(shù)據(jù)載入和載出移位寄存器的狀態(tài)序列發(fā)生器。
45. 根據(jù)權利要求42所述的系統(tǒng)，其特征在于所述狀態(tài)序列發(fā)生器包含時鐘終端；及 數(shù)據(jù)終端；所述狀態(tài)序列發(fā)生器能夠利用串行數(shù)據(jù)傳輸元件時鐘源作為參考時 鐘而使所述控制器元件與所述串行數(shù)據(jù)傳輸元件同步。
46. 根據(jù)權利要求42所述的系統(tǒng)，其特征在于所述狀態(tài)序列發(fā)生器包含時鐘終端；及 數(shù)據(jù)終端；所述狀態(tài)序列發(fā)生器能夠利用內部時鐘作為參考時鐘而使所述控制 器元件與所述串行數(shù)據(jù)傳輸元件同步。
47. —種數(shù)字控制的方法，該方法包含下列步驟 過采樣模擬信號；利用補償濾波器對過采樣信號進行濾波；及經補償濾波器濾波之后，再進行低通濾波和抽取過采樣信號，抽取形 成被抽取的信號。
48. 根據(jù)權利要求47所述的方法，其特征在于還包含有步驟 在抽取之后，用另一補償濾波器對被抽取的信號進行濾波。
49. 一種模數(shù)變換器，包含調制元件，其包含低分辨率模數(shù)變換元件；可調增益元件，該可調增益元件能夠接收所述低分辨率模數(shù)變換 元件的輸出并能夠提供實質上等于可調乘數(shù)因子乘以所述低分辨率 模數(shù)變換元件的輸出的可調增益元件輸出；所述可調增益元件還能夠 接收增益設定信號并能夠響應所述增益設定信號改變所述可調乘數(shù) 因子；所述可調增益元件輸出是過采樣信號；接收可調增益元件輸出的離散積分器；及高分辨率數(shù)模變換系統(tǒng)；所述高分辨率數(shù)模變換系統(tǒng)接收所述離 散積分器的輸出；所述低分辨率模數(shù)變換系統(tǒng)接收包含模擬信號和所述高分辨率 數(shù)模變換系統(tǒng)輸出之間差異的信號。
50.根據(jù)權利要求49所述的模數(shù)變換器，其特征在于還包含抽取器。
全文摘要
本發(fā)明涉及數(shù)字控制的方法和系統(tǒng)。
文檔編號G06F13/12GK101427227SQ200680053435
公開日2009年5月6日 申請日期2006年11月14日 優(yōu)先權日2006年2月3日
發(fā)明者保羅·萊瑟姆, 斯圖爾特·肯力 申請人:L&L工程公司