本发明属于数字电源控制领域，具体涉及一种高可靠数字电源pid控制电路及控制方法。
背景技术：
1、在各类航天电子设备系统中，都需要使用电源变换电路为系统和设备提供满足其需求的工作电压和工作电流。通过混合集成电路实现的电源变换电路，无法实现在线输出电压、输出功率指标调整，系统电源变换电路的可重用性低，研发部署周期长，费效比高。
2、航天电子设备系统通常需要具备在大气层或外太空层长期、高可靠稳定工作的要求。一般的数字电源系统由于其采用数字电路工艺实现数控调压，其工作环境中存在空间带电粒子的累积效应和单粒子效应，易造成控制状态紊乱，对系统的工作稳定性和长期使用可靠性产生影响。
技术实现思路
1、为解决混合集成电路实现的电源变换电路，无法实现在线输出电压、输出功率指标调整，系统电源变换电路的可重用性低，研发部署长，费效比高等问题。同时为应对空间带电粒子的累积效应和单粒子效应对数字电路设备产生的负面影响。本发明提出了一种高可靠数字电源pid控制电路及控制方法，基于数字pid控制方案，通过配置、采样、计算和保护等操作，实现电源变换电路输出电压、输出功率等参数的在线更新，同时通过高可靠冗余校验纠错设计，保证了数字pid控制过程和长期工作的安全可靠。
2、本发明的数字电源pid控制电路，包括电压环路adc采样模块、电流环路adc采样模块、电压环路误差补偿模块、电流环路误差补偿模块、离散pid控制模块、dpwm控制模块、软启动控制模块。
3、通过电压环路adc采样模块和电流环路adc采样模块将实时采集的电压、电流模拟量转换到数字域，电压环路误差补偿模块、电流环路误差补偿模块，电压环路误差补偿模块、电流环路误差补偿模块将补偿后的数据发送至离散pid控制模块，离散pid控制模块处理电压、电流在不同时刻的差值，计算出下一时刻的电压、电流控制期望值并发送给dpwm控制模块；dpwm控制模块以控制期望值为输入参数，生成以开关频率为周期的pwm脉冲信号并输出至软启动控制模块，实现外部电源功率管mosfet的导通时间控制，使输出电压保持稳定；pwm脉冲信号经软启动控制模块拼接成软启动pwm脉冲序列，通过线性调制脉冲控制实现输出电压开启的斜率控制。
4、进一步地，控制电路还包括ecc校验模块和参数化管理模块，各计算处理环节所需的参数变量均通过参数化管理模块实现动态配置，在进行数据处理前，通过ecc校验模块进行数据的检测与纠正。
5、本发明的数字电源pid控制方法，包括以下步骤：
6、1)adc采样
7、通过双路并行adc分别对电压环路、电流环路进行采样，作为离散pid控制的输入激励。
8、2)误差补偿
9、对adc采样量化后的数据采用最小均方误差算法进行误差补偿，实现噪声滤波，提高采样数据精度。
10、3)离散pid控制
11、通过参数化管理，配置电压环比例增益系数kpv、电压环积分系数kiv、电压环微分系数kdv。
12、通过参数化管理，配置电流环比例增益系数kpi、电流环积分系数kii、电流环微分系数kdi。
13、根据电压环路、电流环路系数，采用离散增量式差值pid算法得到相邻两个开关周期间的pwm脉冲变化量δu。
14、根据脉冲变化量δu计算pwm脉冲宽度w，采样序号为k的脉冲宽度算式：w(k)＝w(k-1)+δu。
15、4)dpwm控制
16、通过参数化管理，配置电压环pwm脉冲最大宽度参数vpw和电流环pwm脉冲最大宽度参数ipw。
17、取采样序号为k的电压环脉冲宽度wv(k)和电流环脉冲宽度wi(k)中的大值作为pwm脉冲宽度调整参数w(k)。
18、根据vpw和ipw对w(k)进行宽度比较检测后输出pwm脉冲，若w(k)参数超过保护最大宽度，则进行保护限宽后输出pwm脉冲。
19、5)软启动控制
20、通过参数化管理技术，配置软启动时间系数，根据不同的软启动时间系数，实现不同斜率的软启动上电需求。
21、6)ecc校验
22、针对离散pid控制、dpwm控制环节中使用的参数，采用edac编码对每个数据进行ecc检验纠错。
23、步骤2)误差补偿，还具体包括：
24、对adc采样量化后的数据做一阶fir高通数字滤波，得到功率谱估计a(n),0≤n≤t-1，t为瞬变电压、电流环路信号的长度。
25、对功率谱a(n)分帧加窗，窗函数为w(n)＝0.56－0.48(cos(2πn/n－1))，0≤n≤n－1，n为帧长；再进行傅里叶变换得到:am(k)＝bm(k)+cm(k)，0≤k≤n－1，其中bm(k)为原始信号分量，cm(k)为噪声信号分量。
26、根据公式ξm,k＝ax2m－1,k/λd,k+(1－a)max[γm,k－1,0]计算先验信噪比，a为权重因子取0.98，λd,k为噪声帧的功率谱平均值，γm,k为后验信噪比，γm,k＝y2m,k/|dm,k|2，xm,k为原始采样信号第m帧第k频点频谱，ym,k为带噪声信号频谱，dm,k为噪声信号频谱。
27、对ξm,k做去预加重处理，得到去噪声后的adc采样值。
28、步骤3)离散pid控制，还具体包括：电压环路、电流环路采用相同算法，由比例、积分和微分方程经近似处理得到采样周期t，采样序号为k的数字pid控制算式：
29、
30、式中，u(k)为pwm脉冲宽度，kp为比例增益系数，ti为积分时间常数，td为微分时间常数，e(k)为电压环、电流环路反馈采样值。
31、相邻两个开关周期间的pwm脉冲变化量δu计算公式如下：
32、δu(k)＝u(k)-u(k-1)＝kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]，
33、式中ki和kd分别为积分系数和微分系数。
34、本发明的有益效果在于
35、实现了在线输出电压、输出功率指标调整，并基于ecc校验技术提高了系统可靠度：
36、1、通过数字pid技术实现pwm控制，省去了pwm模拟控制电路，提高了系统集成度。
37、2、最小均方误差算法实现采样数据的误差补偿，实现噪声滤波，提高采样数据精度，保证pid环路的稳定快速收敛。
38、3、采用参数化技术配置pid环路系数，实现输出电压范围和过压过流保护点的在线可调。
39、4、采用软启动控制技术，实现上电斜率的在线可调。
40、5.采用ecc校验技术，保证参数数据的高可靠存储与读取。
1.一种数字电源pid控制电路，其特征在于：包括电压环路adc采样模块、电流环路adc采样模块、电压环路误差补偿模块、电流环路误差补偿模块、离散pid控制模块、dpwm控制模块、软启动控制模块；
2.根据权利要求1所述的一种数字电源pid控制电路，其特征在于：还包括ecc校验模块和参数化管理模块，各计算处理环节所需的参数变量均通过参数化管理模块实现动态配置，在进行数据处理前，通过ecc校验模块进行数据的检测与纠正。
3.一种基于权利要求1或2所述一种数字电源pid控制电路的数字电源pid控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种数字电源pid控制方法，其特征在于：还包括以下步骤：
5.根据权利要求3所述的一种数字电源pid控制方法，其特征在于：所述步骤2)误差补偿具体包括：
6.根据权利要求3所述的一种数字电源pid控制方法，其特征在于：所述步骤3)离散pid控制具体包括：电压环路、电流环路采用相同算法，由比例、积分和微分方程经近似处理得到采样周期t，采样序号为k的数字pid控制算式：
