一種基于遺傳算法的效率優(yōu)化電源控制方法
【專利摘要】一種基于遺傳算法的效率優(yōu)化電源控制方法，基于包括Boost升壓電路、輸入電流采樣電路、輸出電流采樣電路、輸出電壓采樣電路、采樣放大隔離電路以及以微控制器為控制核心的控制電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，采樣得到的輸入電流、負(fù)載輸出電流和負(fù)載輸出電壓，通過(guò)對(duì)應(yīng)的采樣放大隔離電路輸出給微控制器為控制核心的控制電路，控制電路輸出信號(hào)控制Boost升壓電路的開(kāi)關(guān)管。微控制器為控制核心的控制電路包括AD轉(zhuǎn)換、PI控制、遺傳算法優(yōu)化和脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生模塊，利用微控制器的中斷配合，精確采集輸入電流值，由PI控制器調(diào)節(jié)占空比，穩(wěn)定輸出電壓，采用遺傳算法優(yōu)化效率，在負(fù)載變化時(shí)能夠?qū)ふ易罴验_(kāi)關(guān)頻率，找出最優(yōu)效率點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種基于遺傳算法的效率優(yōu)化電源控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明設(shè)計(jì)一種控制方法，尤其涉及一種基于遺傳算法的效率優(yōu)化電源控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)電源領(lǐng)域，控制技術(shù)主要有三種:脈沖寬度調(diào)制(PWM);脈沖頻率調(diào)制(PFM);其中脈寬寬度調(diào)制式(PffM)開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電路是在控制電路輸出頻率不變的情況下，通過(guò)電壓反饋調(diào)整其占空比，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。雖然在負(fù)載變換時(shí)，通過(guò)脈沖寬度調(diào)制(PWM)可以達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的，但是由于其開(kāi)關(guān)頻率不變，所以其效率在各個(gè)負(fù)載點(diǎn)并不始終是最優(yōu)的。脈沖頻率調(diào)制(PFM)是一種脈沖調(diào)制技術(shù)，調(diào)制信號(hào)的頻率隨輸入信號(hào)幅值而變化，其占空比不變。由于調(diào)制信號(hào)通常為頻率變化的方波信號(hào)，因此，PFM也叫做方波PFM，PffM是頻率的寬和窄的變化，PFM是頻率的有和無(wú)的變化，PffM是利用波脈沖寬度控制輸出，PFM是利用脈沖的有無(wú)控制輸出。與PffM相比，PFM的輸出電流小，但是因PFM控制的DC/DC變換器在達(dá)到設(shè)定電壓以上時(shí)就會(huì)停止動(dòng)作，所以消耗的電流就會(huì)變得很小。因此，消耗電流的減少可改進(jìn)低負(fù)荷時(shí)的效率。PWM在低負(fù)荷時(shí)雖然效率較遜色，但是因其紋波電壓小，且開(kāi)關(guān)頻率固定，所以雜波濾波器設(shè)計(jì)比較容易，消除雜波也較簡(jiǎn)單。
[0003]上述兩種模式各有優(yōu)缺點(diǎn)，脈沖寬度調(diào)制(PffM)輸出電壓穩(wěn)定，但是在負(fù)載變化時(shí)效率并不始終是最優(yōu)的，脈沖頻率調(diào)制(PFM)在負(fù)載變化時(shí)頻率可以調(diào)節(jié)，但是PFM控制方式復(fù)雜，并且變頻容易產(chǎn)生音頻噪聲，環(huán)路及濾波網(wǎng)絡(luò)難以設(shè)計(jì)。隨著現(xiàn)代CPU、DSP、電池等領(lǐng)域的迅速發(fā)展，以及對(duì)于節(jié)約能源消耗的需求，實(shí)現(xiàn)一種輸出電壓穩(wěn)定同時(shí)在負(fù)載變化時(shí)能夠自動(dòng)優(yōu)化出最佳效率的開(kāi)關(guān)電源顯得尤為重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有的技術(shù)存在的不足提供一種基于遺傳算法的效率優(yōu)化電源控制方法。
[0005]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的，采用如下技術(shù)方案:一種基于遺傳算法的效率優(yōu)化電源控制方法，其特征在于:基于包括Boost升壓拓?fù)潆娐贰⑤斎腚娏鞑蓸与娐芳捌洳蓸臃糯蟾綦x電路、輸出電流采樣電路及其采樣放大隔離電路、輸出電壓采樣電路及其采樣放大隔離電路以及微控制器為控制核心的控制電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，輸入電流采樣電路、輸出電流米樣電路和輸出電壓米樣電路分別米樣Boost升壓拓?fù)潆娐分械妮斎腚娏鳌⒇?fù)載輸出電流和負(fù)載輸出電壓，然后通過(guò)各自對(duì)應(yīng)的采樣放大隔離電路均輸出給微控制器為控制核心的控制電路，微控制器為控制核心的控制電路輸出信號(hào)控制Boost升壓拓?fù)潆娐返拈_(kāi)關(guān)管M1;其中:
[0006]輸入電流采樣電路通過(guò)連接在Boost升壓拓?fù)潆娐烽_(kāi)關(guān)管Mi源極的電阻Rsi采樣輸入電流，電阻Rs1與開(kāi)關(guān)管此源極的連接端為輸入電流采樣輸出端，電阻1^的另一端連接輸入地端；
[0007]輸出電流采樣電路通過(guò)Boost升壓拓?fù)潆娐返呢?fù)載電阻RjPRs2分壓采樣，電阻R1和Rs2的連接端為輸出電流采樣輸出端，電阻Rs2的另一端連接輸入地端；
[0008]輸出電壓采樣電路通過(guò)Boost升壓拓?fù)潆娐返呢?fù)載電阻RdPR3分壓采樣，電阻R2和R3的連接端為輸出電壓采樣輸出端，電阻R3的另一端連接輸出地端；
[0009]采樣放大隔離電路為運(yùn)算放大器，其中，運(yùn)算放大器1^對(duì)應(yīng)輸出電壓采樣電路，運(yùn)算放大器1^的負(fù)端連接輸出電壓采樣輸出端，運(yùn)算放大器1^的正端連接輸出地端;運(yùn)算放大器1?對(duì)應(yīng)輸出電流采樣電路，運(yùn)算放大器k2的負(fù)端連接輸出電流采樣輸出端，運(yùn)算放大器k2的正端連接輸出地端;運(yùn)算放大器k3對(duì)應(yīng)輸入電流采樣電路，運(yùn)算放大器k3的負(fù)端連接輸入電流采樣輸出端，運(yùn)算放大器k3的正端連接輸出地端；
[0010]微控制器為控制核心的控制電路包括AD轉(zhuǎn)換模塊、PI控制模塊、遺傳算法優(yōu)化模塊和脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入信號(hào)為運(yùn)算放大器k1、k2及k3的輸出信號(hào)，AD轉(zhuǎn)換模塊將轉(zhuǎn)換后的輸出電壓信號(hào)輸出給PI控制模塊和遺傳算法優(yōu)化模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊將轉(zhuǎn)換后的輸出電流和輸入電流信號(hào)輸出給遺傳算法優(yōu)化模塊，PI控制模塊輸出的占空比信號(hào)及遺傳算法優(yōu)化模塊輸出的頻率信號(hào)都輸出給脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生模塊，脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生模塊的輸出信號(hào)控制Boost升壓拓?fù)潆娐返拈_(kāi)關(guān)管M1;
[0011 ]微控制器為控制核心的控制電路的工作流程包括以下步驟:
[0012]I)首先根據(jù)系統(tǒng)的預(yù)設(shè)值對(duì)于相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行初始化，包括設(shè)定系統(tǒng)的輸出電壓值，系統(tǒng)的實(shí)際輸出電壓與PI控制模塊的設(shè)定輸出電壓的誤差值，上次調(diào)節(jié)前的實(shí)際輸出電壓與設(shè)定輸出電壓的差值即上次誤差值，誤差值得積累量即誤差積分值，與誤差值相乘的比例系數(shù)kP，與誤差積累值相乘的積分系數(shù)Iu，初始占空比值，以及經(jīng)過(guò)PI控制模塊計(jì)算的出的輸出電壓值；
[0013]2)配置以微控制器為核心的控制電路相關(guān)外設(shè)的參數(shù)，包括定時(shí)器、AD轉(zhuǎn)換模塊以及中斷，微控制器為核心的控制電路設(shè)有兩個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器I為脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生模塊所用，用于控制Boost升壓拓?fù)潆娐分衈)5管見(jiàn)的開(kāi)關(guān)，定時(shí)器2利用中斷以精確采樣輸入電壓，配置AD轉(zhuǎn)換模塊工作于DMA模式，配置定時(shí)器I的中斷以利用PI控制模塊調(diào)節(jié)占空比以調(diào)節(jié)輸出電壓；
[0014]3)遺傳算法優(yōu)化模塊的參數(shù)初始化，設(shè)定遺傳算法中的相關(guān)參數(shù)，包括種群迭代代數(shù)最大值1、每一代種群中個(gè)體的數(shù)量最大值N、種群迭代代數(shù)計(jì)數(shù)值i，種群個(gè)體數(shù)量計(jì)數(shù)值n，每一個(gè)個(gè)體的基因長(zhǎng)度、個(gè)體間基因發(fā)生交叉的概率、個(gè)體的基因發(fā)生變異的概率，并設(shè)置i與η的值為0;
[0015]4)根據(jù)第i代種群中的第η個(gè)個(gè)體的基因，通過(guò)換算得到其對(duì)應(yīng)的PffM的頻率值，在本遺傳算法模塊中采用的是二進(jìn)制編碼方式，所說(shuō)的基因就是一串二進(jìn)制的數(shù)字，將這串?dāng)?shù)字轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制代表的值即為PWM的頻率值。并將其設(shè)置為脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生模塊的頻率；
[0016]5)設(shè)定脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生模塊的頻率后，PI控制模塊利用定時(shí)器I的中斷，調(diào)節(jié)脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生模塊的占空比；
[0017]6)等到輸出電壓穩(wěn)定后即實(shí)際的輸出電壓值等于設(shè)定的輸出電壓值，利用遺傳算法優(yōu)化模塊，在其中利用輸出電壓值乘以輸出電流值得到輸出功率，利用輸入電壓值乘以輸入電流值得到輸入功率，將輸出功率除以輸入功率得到該頻率下的效率，并將其作為該個(gè)體的適應(yīng)度；
[0018]7)判斷該個(gè)體是否為該代種群中最后一個(gè)個(gè)體，若不是將η的值加一，并返回第4)步執(zhí)行，若是則執(zhí)行下一步；
[0019]8)判斷i的值是否為設(shè)定的種群迭代代數(shù)，若是執(zhí)行下一步，否則返回4)執(zhí)行；
[0020]9)將該代種群中適應(yīng)度最低即效率最低的個(gè)體剔除，然后將每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度除以所有個(gè)體的適應(yīng)度之和，從而所有個(gè)體的適應(yīng)度歸一化到[O，I]之中，適應(yīng)度越高的個(gè)體在[0，I]中的份額則越大，然后微控制器產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，決定選擇的個(gè)體，因?yàn)檫m應(yīng)度越高的個(gè)體在[0，I]中的份額越大，所以其越容易被選擇，從而將適應(yīng)度高的基因傳給下一代個(gè)體，選擇兩個(gè)個(gè)體后，再次產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，將其與系統(tǒng)設(shè)定的個(gè)體基因發(fā)生變異的概率值相比較，若小于該值則將這兩個(gè)個(gè)體的基因即二進(jìn)制數(shù)字串進(jìn)行交叉動(dòng)作，得到新的兩個(gè)個(gè)體的基因，若大于系統(tǒng)設(shè)定的個(gè)體基因發(fā)生變異的概率值，則將這兩個(gè)個(gè)體的基因即二進(jìn)制數(shù)字串中的一位進(jìn)行變異動(dòng)作，得到新的兩個(gè)個(gè)體基因；
[0021]10)取當(dāng)代種群中適應(yīng)度最高也就是效率最高的個(gè)體的基因換算后的頻率為系統(tǒng)在當(dāng)前負(fù)載情況下的最優(yōu)效率；
[0022]11)檢測(cè)系統(tǒng)的負(fù)載是否發(fā)生變化，若負(fù)載變化則返回3)執(zhí)行，否則維持現(xiàn)狀。
[0023]控制系統(tǒng)的工作過(guò)程如下:當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，Boost升壓拓?fù)潆娐饭ぷ?，此時(shí)PI控制模塊通過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊接收輸出電壓采樣電路傳來(lái)的輸出電壓值，并調(diào)節(jié)PWM的占空比使得輸出電壓穩(wěn)定，并且遺傳算法優(yōu)化模塊開(kāi)始工作，根據(jù)遺傳算法優(yōu)化模塊中的個(gè)體基因，即將二進(jìn)制數(shù)字串轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制換算出此時(shí)Boost升壓拓?fù)潆娐返墓ぷ黝l率，然后再次利用PI控制模塊通過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊接收輸出電壓采樣電路傳來(lái)的輸出電壓值，并調(diào)節(jié)PWM占空比使得輸出電壓穩(wěn)定，當(dāng)系統(tǒng)在當(dāng)前頻率下的輸出電壓穩(wěn)定之后，此時(shí)采集輸出電壓采樣電路、輸入電流采樣電路和輸出電流采樣電路傳來(lái)的輸出電壓值、輸入電流值以及輸出電流值，并利用輸出電壓值乘以輸出電流值得到輸出功率，利用輸入電壓值乘以輸入電流值得到輸入功率，將輸出功率除以輸入功率得到該頻率下的效率，然后將當(dāng)前效率做為該個(gè)體的適應(yīng)度記錄保存，然后計(jì)算下一個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度，重復(fù)上述過(guò)程，直至完成設(shè)定的迭代代數(shù)，并計(jì)算完最后一代種群中所有個(gè)體的適應(yīng)度即效率，此時(shí)該代種群中的適應(yīng)度最高即效率最高的個(gè)體即為當(dāng)前負(fù)載點(diǎn)下最優(yōu)頻率所對(duì)應(yīng)的Boost升壓拓?fù)潆娐返墓ぷ黝l率。
[0024]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及顯著效果:
[0025]1、采用遺傳算法優(yōu)化效率，在負(fù)載變化時(shí)能夠?qū)ふ易罴验_(kāi)關(guān)頻率，找出最優(yōu)效率點(diǎn)。
[0026]2、采用PI控制器調(diào)節(jié)占空比，穩(wěn)定輸出電壓，靈敏度高，輸出電壓穩(wěn)定。
[0027]3、電路簡(jiǎn)單，無(wú)需專用集成電路的復(fù)雜控制，成本低，可靠性好。
[0028]4、利用微控制器的中斷配合，精確采集輸入電流值。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)方框圖；
[0030]圖2是本發(fā)明系統(tǒng)原理圖；
[0031 ]圖3是本發(fā)明控制程序流程圖；
[0032]圖4是輸入電流檢測(cè)波形圖；
[0033]圖5是輕載效率優(yōu)化圖；
[0034]圖6是重載效率優(yōu)化圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明:
[0036]如圖1所示，一種基于遺傳算法的效率優(yōu)化電源控制方法基于包括Boost升壓拓?fù)潆娐?、輸入電流采樣電路及其采樣放大隔離電路、輸出電流采樣電路及其采樣放大隔離電路、輸出電壓采樣電路及其采樣放大隔離電路以及微控制器為控制核心的控制電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，輸入電流采樣電路、輸出電流采樣電路和輸出電壓采樣電路分別采樣Boost升壓拓?fù)潆娐分械妮斎腚娏?、?fù)載輸出電流和負(fù)載輸出電壓，然后通過(guò)各自對(duì)應(yīng)的米樣放大隔離電路均輸出給微控制器為控制核心的控制電路，微控制器為控制核心的控制電路輸出信號(hào)控制Boost升壓拓?fù)潆娐返拈_(kāi)關(guān)管Μι。
[0037]圖2為圖1的具體電路。輸入電流采樣電路通過(guò)連接在Boost升壓拓?fù)潆娐烽_(kāi)關(guān)管M1源極的電阻Rs1采樣輸入電流，電阻Rs1與開(kāi)關(guān)管見(jiàn)源極的連接端為輸入電流采樣輸出端，電阻1^的另一端連接輸入地端；
[0038]輸出電流采樣電路通過(guò)Boost升壓拓?fù)潆娐返呢?fù)載電阻RjPRs2分壓采樣，電阻R1和Rs2的連接端為輸出電流采樣輸出端，電阻Rs2的另一端連接輸入地端；
[0039]輸出電壓采樣電路通過(guò)Boost升壓拓?fù)潆娐返呢?fù)載電阻RdPR3分壓采樣，電阻R2和R3的連接端為輸出電壓采樣輸出端，電阻R3的另一端連接輸出地端；
[0040]采樣放大隔離電路為運(yùn)算放大器，其中，運(yùn)算放大器1^對(duì)應(yīng)輸出電壓采樣電路，運(yùn)算放大器1^的負(fù)端連接輸出電壓采樣輸出端，運(yùn)算放大器1^的正端連接輸出地端;運(yùn)算放大器1?對(duì)應(yīng)輸出電流采樣電路，運(yùn)算放大器k2的負(fù)端連接輸出電流采樣輸出端，運(yùn)算放大器k2的正端連接輸出地端;運(yùn)算放大器k3對(duì)應(yīng)輸入電流采樣電路，運(yùn)算放大器k3的負(fù)端連接輸入電流采樣輸出端，運(yùn)算放大器k3的正端連接輸出地端；
[0041]微控制器為控制核心的控制電路包括AD轉(zhuǎn)換模塊、PI控制模塊、遺傳算法優(yōu)化模塊和脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入信號(hào)為運(yùn)算放大器k1、k2及k3的輸出信號(hào)，AD轉(zhuǎn)換模塊將轉(zhuǎn)換后的輸出電壓信號(hào)輸出給PI控制模塊和遺傳算法優(yōu)化模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊將轉(zhuǎn)換后的輸出電流和輸入電流信號(hào)輸出給遺傳算法優(yōu)化模塊，PI控制模塊輸出的占空比信號(hào)及遺傳算法優(yōu)化模塊輸出的頻率信號(hào)都輸出給脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生模塊，脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生模塊的輸出信號(hào)控制Boost升壓拓?fù)潆娐返拈_(kāi)關(guān)管見(jiàn)。其中遺傳算法優(yōu)化模塊通過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊接收傳入的輸出電壓值，輸入電流值以及輸出電流值，并計(jì)算出效率。
[0042]參看圖3，微控制器為控制核心的控制電路的工作流程包括以下步驟:
[0043]I)首先根據(jù)系統(tǒng)的預(yù)設(shè)值對(duì)于相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行初始化，包括設(shè)定系統(tǒng)的輸出電壓值，系統(tǒng)的實(shí)際輸出電壓與PI控制模塊的設(shè)定輸出電壓的誤差值，上次調(diào)節(jié)前的實(shí)際輸出電壓與設(shè)定輸出電壓的差值即上次誤差值，誤差值得積累量即誤差積分值，與誤差值相乘的比例系數(shù)kP，與誤差積累值相乘的積分系數(shù)Iu，初始占空比值，以及經(jīng)過(guò)PI控制模塊計(jì)算的出的輸出電壓值；
[0044]2)配置以微控制器為核心的控制電路相關(guān)外設(shè)的參數(shù)，包括定時(shí)器、AD轉(zhuǎn)換模塊以及中斷，微控制器為核心的控制電路設(shè)有兩個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器I為脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生模塊所用，用于控制Boost升壓拓?fù)潆娐分衈)5管見(jiàn)的開(kāi)關(guān)，定時(shí)器2利用中斷以精確采樣輸入電壓，配置AD轉(zhuǎn)換模塊工作于DMA模式，配置定時(shí)器I的中斷以利用PI控制模塊調(diào)節(jié)占空比以調(diào)節(jié)輸出電壓；
[0045]3)遺傳算法優(yōu)化模塊的參數(shù)初始化，設(shè)定遺傳算法中的相關(guān)參數(shù)，包括種群迭代代數(shù)最大值1、每一代種群中個(gè)體的數(shù)量最大值N、種群迭代代數(shù)計(jì)數(shù)值i，種群個(gè)體數(shù)量計(jì)數(shù)值n，每一個(gè)個(gè)體的基因長(zhǎng)度、個(gè)體間基因發(fā)生交叉的概率、個(gè)體的基因發(fā)生變異的概率，并設(shè)置i與η的值為O;
[0046]4)根據(jù)第i代種群中的第η個(gè)個(gè)體的基因，通過(guò)換算得到其對(duì)應(yīng)的PffM的頻率值，在本遺傳算法模塊中采用的是二進(jìn)制編碼方式，所說(shuō)的基因就是一串二進(jìn)制的數(shù)字，將這串?dāng)?shù)字轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制代表的值即為PWM的頻率值。并將其設(shè)置為脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生模塊的頻率；
[0047]5)設(shè)定脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生模塊的頻率后，PI控制模塊利用定時(shí)器I的中斷，調(diào)節(jié)脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生模塊的占空比；
[0048]6)等到輸出電壓穩(wěn)定后即實(shí)際的輸出電壓值等于設(shè)定的輸出電壓值，利用遺傳算法優(yōu)化模塊，在其中利用輸出電壓值乘以輸出電流值得到輸出功率，利用輸入電壓值乘以輸入電流值得到輸入功率，將輸出功率除以輸入功率得到該頻率下的效率，并將其作為該個(gè)體的適應(yīng)度；
[0049]7)判斷該個(gè)體是否為該代種群中最后一個(gè)個(gè)體，若不是將η的值加一，并返回第4)步執(zhí)行，若是則執(zhí)行下一步；
[0050]8)判斷i的值是否為設(shè)定的種群迭代代數(shù)，若是執(zhí)行下一步，否則返回4)執(zhí)行；
[0051]9)將該代種群中適應(yīng)度最低即效率最低的個(gè)體剔除，然后將每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度除以所有個(gè)體的適應(yīng)度之和，從而所有個(gè)體的適應(yīng)度歸一化到[O，I]之中，適應(yīng)度越高的個(gè)體在[0，I]中的份額則越大，然后微控制器產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，決定選擇的個(gè)體，因?yàn)檫m應(yīng)度越高的個(gè)體在[0，I]中的份額越大，所以其越容易被選擇，從而將適應(yīng)度高的基因傳給下一代個(gè)體，選擇兩個(gè)個(gè)體后，再次產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，將其與系統(tǒng)設(shè)定的個(gè)體基因發(fā)生變異的概率值相比較，若小于該值則將這兩個(gè)個(gè)體的基因即二進(jìn)制數(shù)字串進(jìn)行交叉動(dòng)作，得到新的兩個(gè)個(gè)體的基因，若大于系統(tǒng)設(shè)定的個(gè)體基因發(fā)生變異的概率值，則將這兩個(gè)個(gè)體的基因即二進(jìn)制數(shù)字串中的一位進(jìn)行變異動(dòng)作，得到新的兩個(gè)個(gè)體基因；
[0052]10)取當(dāng)代種群中適應(yīng)度最高也就是效率最高的個(gè)體的基因換算后的頻率為系統(tǒng)在當(dāng)前負(fù)載情況下的最優(yōu)效率；
[0053]11)檢測(cè)系統(tǒng)的負(fù)載是否發(fā)生變化，若負(fù)載變化則返回3)執(zhí)行，否則維持現(xiàn)狀；
[0054]本發(fā)明控制系統(tǒng)的工作過(guò)程如下:當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，Boost升壓拓?fù)潆娐饭ぷ?，此時(shí)PI控制模塊通過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊接收輸出電壓采樣電路傳來(lái)的輸出電壓值，并調(diào)節(jié)PWM的占空比使得輸出電壓穩(wěn)定，并且遺傳算法優(yōu)化模塊開(kāi)始工作，根據(jù)遺傳算法優(yōu)化模塊中的個(gè)體基因，即將二進(jìn)制數(shù)字串轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制換算出此時(shí)Boost升壓拓?fù)潆娐返墓ぷ黝l率，然后再次利用PI控制模塊通過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊接收輸出電壓采樣電路傳來(lái)的輸出電壓值，并調(diào)節(jié)PWM占空比使得輸出電壓穩(wěn)定，當(dāng)系統(tǒng)在當(dāng)前頻率下的輸出電壓穩(wěn)定之后，此時(shí)采集輸出電壓米樣電路、輸入電流米樣電路和輸出電流米樣電路傳來(lái)的輸出電壓值、輸入電流值以及輸出電流值，并利用輸出電壓值乘以輸出電流值得到輸出功率，利用輸入電壓值乘以輸入電流值得到輸入功率，將輸出功率除以輸入功率得到該頻率下的效率，然后將當(dāng)前效率作為該個(gè)體的適應(yīng)度記錄保存，然后計(jì)算下一個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度，重復(fù)上述過(guò)程，直至完成設(shè)定的迭代代數(shù)，并計(jì)算完最后一代種群中所有個(gè)體的適應(yīng)度即效率，此時(shí)該代種群中的適應(yīng)度最高即效率最高的個(gè)體即為當(dāng)前負(fù)載點(diǎn)下最優(yōu)頻率所對(duì)應(yīng)的Boost升壓拓?fù)潆娐返墓ぷ黝l率。
[0055]如圖4所示，為本系統(tǒng)所采用的輸入電流檢測(cè)波形圖。以本控制方法的實(shí)施例所使用的Boost升壓拓?fù)潆娐窞槔?，其輸入電流?shí)際情況為三角波，傳統(tǒng)的電流檢測(cè)方法需要用復(fù)雜的變換電路將輸入電流從交流量轉(zhuǎn)換成直流量再進(jìn)行測(cè)量。本系統(tǒng)使用定時(shí)器的觸發(fā)模式，從而精確采集三角波中電流上升波形的中點(diǎn)處的值即為該交流電流的平均值。如圖4所示，在每個(gè)周期中，PWMl波形高電平時(shí)間即為輸入電流上升時(shí)間，PWM2波形在PWMl電平為高電平時(shí)間的中點(diǎn)處翻轉(zhuǎn)并產(chǎn)生中斷，采集輸入電流值，此時(shí)的電流值即為輸入電流的平均值。
[0056]如圖5所示，為利用本系統(tǒng)控制方法在負(fù)載為0.5A時(shí)，自動(dòng)尋找得到的效率最優(yōu)頻率點(diǎn)。
[0057]如圖6圖所示，為利用本系統(tǒng)控制方法在負(fù)載為0.1A時(shí)，自動(dòng)尋找得到的效率最優(yōu)頻率點(diǎn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于遺傳算法的效率優(yōu)化電源控制方法，其特征在于:基于包括Boost升壓拓?fù)潆娐贰⑤斎腚娏鞑蓸与娐芳捌洳蓸臃糯蟾綦x電路、輸出電流采樣電路及其采樣放大隔離電路、輸出電壓采樣電路及其采樣放大隔離電路以及微控制器為控制核心的控制電路構(gòu)成的控制系統(tǒng)，輸入電流采樣電路、輸出電流采樣電路和輸出電壓采樣電路分別采樣Boost升壓拓?fù)潆娐分械妮斎腚娏?、?fù)載輸出電流和負(fù)載輸出電壓，然后通過(guò)各自對(duì)應(yīng)的米樣放大隔離電路均輸出給微控制器為控制核心的控制電路，微控制器為控制核心的控制電路輸出信號(hào)控制Boost升壓拓?fù)潆娐返拈_(kāi)關(guān)管Mi;其中: 輸入電流采樣電路通過(guò)連接在Boost升壓拓?fù)潆娐烽_(kāi)關(guān)管M1源極的電阻Rs1采樣輸入電流，電阻1^與開(kāi)關(guān)管見(jiàn)源極的連接端為輸入電流采樣輸出端，電阻Rs1的另一端連接輸入地端； 輸出電流米樣電路通過(guò)Boost升壓拓?fù)潆娐返呢?fù)載電阻Ri和Rs2分壓米樣，電阻Ri和Rs2的連接端為輸出電流采樣輸出端，電阻Rs2的另一端連接輸入地端； 輸出電壓米樣電路通過(guò)Boost升壓拓?fù)潆娐返呢?fù)載電阻R2和R3分壓米樣，電阻R2和R3的連接端為輸出電壓采樣輸出端，電阻R3的另一端連接輸出地端； 采樣放大隔離電路為運(yùn)算放大器，其中，運(yùn)算放大器ki對(duì)應(yīng)輸出電壓采樣電路，運(yùn)算放大器Iu的負(fù)端連接輸出電壓采樣輸出端，運(yùn)算放大器1^的正端連接輸出地端;運(yùn)算放大器k2對(duì)應(yīng)輸出電流采樣電路，運(yùn)算放大器k2的負(fù)端連接輸出電流采樣輸出端，運(yùn)算放大器k2的正端連接輸出地端;運(yùn)算放大器k3對(duì)應(yīng)輸入電流采樣電路，運(yùn)算放大器k3的負(fù)端連接輸入電流采樣輸出端，運(yùn)算放大器k3的正端連接輸出地端； 微控制器為控制核心的控制電路包括AD轉(zhuǎn)換模塊、PI控制模塊、遺傳算法優(yōu)化模塊和脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊的輸入信號(hào)為運(yùn)算放大器k1、k2及k3的輸出信號(hào)，AD轉(zhuǎn)換模塊將轉(zhuǎn)換后的輸出電壓信號(hào)輸出給PI控制模塊和遺傳算法優(yōu)化模塊，AD轉(zhuǎn)換模塊將轉(zhuǎn)換后的輸出電流和輸入電流信號(hào)輸出給遺傳算法優(yōu)化模塊，PI控制模塊輸出的占空比信號(hào)及遺傳算法優(yōu)化模塊輸出的頻率信號(hào)都輸出給脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生模塊，脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生模塊的輸出信號(hào)控制Boost升壓拓?fù)潆娐返拈_(kāi)關(guān)管M1; 微控制器為控制核心的控制電路的工作流程包括以下步驟: 1)首先根據(jù)系統(tǒng)的預(yù)設(shè)值對(duì)于相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行初始化，包括設(shè)定系統(tǒng)的輸出電壓值，系統(tǒng)的實(shí)際輸出電壓與PI控制模塊的設(shè)定輸出電壓的誤差值，上次調(diào)節(jié)前的實(shí)際輸出電壓與設(shè)定輸出電壓的差值即上次誤差值，誤差值得積累量即誤差積分值，與誤差值相乘的比例系數(shù)kP，與誤差積累值相乘的積分系數(shù)Ic1，初始占空比值，以及經(jīng)過(guò)PI控制模塊計(jì)算的出的輸出電壓值； 2)配置以微控制器為核心的控制電路相關(guān)外設(shè)的參數(shù)，包括定時(shí)器、AD轉(zhuǎn)換模塊以及中斷，微控制器為核心的控制電路設(shè)有兩個(gè)定時(shí)器，定時(shí)器I為脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生模塊所用，用于控制Boost升壓拓?fù)潆娐分心c5管見(jiàn)的開(kāi)關(guān)，定時(shí)器2利用中斷以精確采樣輸入電壓，配置AD轉(zhuǎn)換模塊工作于DMA模式，配置定時(shí)器I的中斷以利用PI控制模塊調(diào)節(jié)占空比以調(diào)節(jié)輸出電壓； 3)遺傳算法優(yōu)化模塊的參數(shù)初始化，設(shè)定遺傳算法中的相關(guān)參數(shù)，包括種群迭代代數(shù)最大值1、每一代種群中個(gè)體的數(shù)量最大值N、種群迭代代數(shù)計(jì)數(shù)值i，種群個(gè)體數(shù)量計(jì)數(shù)值n，每一個(gè)個(gè)體的基因長(zhǎng)度、個(gè)體間基因發(fā)生交叉的概率、個(gè)體的基因發(fā)生變異的概率，并設(shè)置i與η的值為O; 4)根據(jù)第i代種群中的第η個(gè)個(gè)體的基因，通過(guò)換算得到其對(duì)應(yīng)的PWM的頻率值，在本遺傳算法模塊中采用的是二進(jìn)制編碼方式，所說(shuō)的基因就是一串二進(jìn)制的數(shù)字，將這串?dāng)?shù)字轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制代表的值即為PWM的頻率值。并將其設(shè)置為脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生模塊的頻率； 5)設(shè)定脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生模塊的頻率后，PI控制模塊利用定時(shí)器I的中斷，調(diào)節(jié)脈沖寬度調(diào)制產(chǎn)生模塊的占空比； 6)等到輸出電壓穩(wěn)定后即實(shí)際的輸出電壓值等于設(shè)定的輸出電壓值，利用遺傳算法優(yōu)化模塊，在其中利用輸出電壓值乘以輸出電流值得到輸出功率，利用輸入電壓值乘以輸入電流值得到輸入功率，將輸出功率除以輸入功率得到該頻率下的效率，并將其作為該個(gè)體的適應(yīng)度； 7)判斷該個(gè)體是否為該代種群中最后一個(gè)個(gè)體，若不是將η的值加一，并返回第4)步執(zhí)行，若是則執(zhí)行下一步； 8)判斷i的值是否為設(shè)定的種群迭代代數(shù)，若是執(zhí)行下一步，否則返回4)執(zhí)行； 9)將該代種群中適應(yīng)度最低即效率最低的個(gè)體剔除，然后將每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度除以所有個(gè)體的適應(yīng)度之和，從而所有個(gè)體的適應(yīng)度歸一化到[O，I]之中，適應(yīng)度越高的個(gè)體在[O，I]中的份額則越大，然后微控制器產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，決定選擇的個(gè)體，因?yàn)檫m應(yīng)度越高的個(gè)體在[O，I]中的份額越大，所以其越容易被選擇，從而將適應(yīng)度高的基因傳給下一代個(gè)體，選擇兩個(gè)個(gè)體后，再次產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，將其與系統(tǒng)設(shè)定的個(gè)體基因發(fā)生變異的概率值相比較，若小于該值則將這兩個(gè)個(gè)體的基因即二進(jìn)制數(shù)字串進(jìn)行交叉動(dòng)作，得到新的兩個(gè)個(gè)體的基因，若大于系統(tǒng)設(shè)定的個(gè)體基因發(fā)生變異的概率值，則將這兩個(gè)個(gè)體的基因即二進(jìn)制數(shù)字串中的一位進(jìn)行變異動(dòng)作，得到新的兩個(gè)個(gè)體基因； 10)取當(dāng)代種群中適應(yīng)度最高也就是效率最高的個(gè)體的基因換算后的頻率為系統(tǒng)在當(dāng)前負(fù)載情況下的最優(yōu)效率； 11)檢測(cè)系統(tǒng)的負(fù)載是否發(fā)生變化，若負(fù)載變化則返回3)執(zhí)行，否則維持現(xiàn)狀。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于遺傳算法的效率優(yōu)化電源控制方法，其特征在于:控制系統(tǒng)的工作過(guò)程如下:當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，Boost升壓拓?fù)潆娐饭ぷ?，此時(shí)PI控制模塊通過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊接收輸出電壓采樣電路傳來(lái)的輸出電壓值，并調(diào)節(jié)PWM的占空比使得輸出電壓穩(wěn)定，并且遺傳算法優(yōu)化模塊開(kāi)始工作，根據(jù)遺傳算法優(yōu)化模塊中的個(gè)體基因，即將二進(jìn)制數(shù)字串轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制換算出此時(shí)Boost升壓拓?fù)潆娐返墓ぷ黝l率，然后再次利用PI控制模塊通過(guò)AD轉(zhuǎn)換模塊接收輸出電壓采樣電路傳來(lái)的輸出電壓值，并調(diào)節(jié)PWM占空比使得輸出電壓穩(wěn)定，當(dāng)系統(tǒng)在當(dāng)前頻率下的輸出電壓穩(wěn)定之后，此時(shí)采集輸出電壓采樣電路、輸入電流采樣電路和輸出電流米樣電路傳來(lái)的輸出電壓值、輸入電流值以及輸出電流值，并利用輸出電壓值乘以輸出電流值得到輸出功率，利用輸入電壓值乘以輸入電流值得到輸入功率，將輸出功率除以輸入功率得到該頻率下的效率，然后將當(dāng)前效率做為該個(gè)體的適應(yīng)度記錄保存，然后計(jì)算下一個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度，重復(fù)上述過(guò)程，直至完成設(shè)定的迭代代數(shù)，并計(jì)算完最后一代種群中所有個(gè)體的適應(yīng)度即效率，此時(shí)該代種群中的適應(yīng)度最高即效率最高的個(gè)體即為當(dāng)前負(fù)載點(diǎn)下最優(yōu)頻率所對(duì)應(yīng)的Boost升壓拓?fù)潆娐返墓ぷ黝l率。
【文檔編號(hào)】H02M1/00GK105978339SQ201610520899
【公開(kāi)日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年7月4日
【發(fā)明人】錢欽松, 謝明楓, 俞居正, 朱俊杰, 孫偉鋒, 陸生禮, 時(shí)龍興
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)