本發(fā)明涉及電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，尤其涉及一種自動(dòng)校準(zhǔn)閉環(huán)控制系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法、一種電路系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在電路系統(tǒng)中，通常需要對(duì)某些信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，以消除由于溫度、濕度、應(yīng)力等環(huán)境變化而引起的輸出信號(hào)的誤差。大多數(shù)電路系統(tǒng)采取出廠時(shí)校準(zhǔn)一次的配置策略或者在安裝電路系統(tǒng)時(shí)通過(guò)一定的校準(zhǔn)裝置進(jìn)行校準(zhǔn)，但是經(jīng)一次校準(zhǔn)之后，電路系統(tǒng)在實(shí)際使用過(guò)程中還會(huì)受環(huán)境變化的影響，導(dǎo)致某些輸出信號(hào)偏離基準(zhǔn)值，這在傳感器的電路系統(tǒng)中尤為常見(jiàn)。因此，更優(yōu)的選擇是采用實(shí)時(shí)的自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)。

2、自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)需要對(duì)被檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)的信號(hào)大小與基準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行比較來(lái)判斷是否需要進(jìn)行校準(zhǔn)，以及確定校準(zhǔn)量，并迅速發(fā)出校準(zhǔn)信號(hào)對(duì)被檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)。自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)實(shí)時(shí)的閉環(huán)控制系統(tǒng)，在閉環(huán)系統(tǒng)中，除了考慮校準(zhǔn)精度、校準(zhǔn)速度以外，還需要特別關(guān)注閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，如果系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置不合理，自動(dòng)校準(zhǔn)的信號(hào)將會(huì)一直發(fā)出，持續(xù)對(duì)被控信號(hào)進(jìn)行調(diào)整，系統(tǒng)表現(xiàn)為振蕩狀態(tài)而不會(huì)趨于穩(wěn)定。

3、電路系統(tǒng)中的自動(dòng)校準(zhǔn)環(huán)路通常采用自動(dòng)增益控制(agc)、偏置電流調(diào)節(jié)的校準(zhǔn)方法。其中，自動(dòng)增益控制是通過(guò)對(duì)信號(hào)的幅度檢測(cè)來(lái)自動(dòng)地調(diào)節(jié)放大電路的增益，使輸出信號(hào)幅度維持恒定；偏置電流調(diào)節(jié)通過(guò)檢測(cè)電流信號(hào)的大小或信號(hào)幅度來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)偏置電流的大小，使電流信號(hào)的大小或幅度保持恒定。這兩種環(huán)路均涉及多個(gè)模擬電路模塊及數(shù)字電路模塊的混合，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致難以快速評(píng)估校準(zhǔn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同時(shí)也給自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)帶來(lái)困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種自動(dòng)校準(zhǔn)閉環(huán)控制系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法、一種電路系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有自動(dòng)校準(zhǔn)環(huán)路存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致難以快速評(píng)估校準(zhǔn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和不易于系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)的問(wèn)題。

2、本發(fā)明通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明的第一方面，提供了一種自動(dòng)校準(zhǔn)閉環(huán)控制系統(tǒng)，包括：

4、第一加法器，用于對(duì)被校準(zhǔn)信號(hào)和校準(zhǔn)信號(hào)執(zhí)行加法運(yùn)算，得到運(yùn)算結(jié)果；

5、信號(hào)產(chǎn)生模塊，用于根據(jù)所述運(yùn)算結(jié)果產(chǎn)生第一輸出信號(hào)；

6、線性傳輸模塊，用于對(duì)所述第一輸出信號(hào)進(jìn)行放大處理，得到第二輸出信號(hào)；

7、第二加法器，用于對(duì)基準(zhǔn)信號(hào)和所述第二輸出信號(hào)執(zhí)行減法運(yùn)算，得到誤差信號(hào)；

8、誤差放大模塊，用于對(duì)所述誤差信號(hào)進(jìn)行放大處理，得到誤差放大信號(hào)；

9、限幅與量化模塊，用于對(duì)所述誤差放大信號(hào)進(jìn)行限幅和量化處理，得到所述誤差放大信號(hào)的量化值；

10、校準(zhǔn)量產(chǎn)生模塊，用于根據(jù)所述量化值計(jì)算校準(zhǔn)量，并輸出所述校準(zhǔn)量；

11、采樣保持與累加模塊，用于將所述校準(zhǔn)量和上一時(shí)間輸出的校準(zhǔn)量進(jìn)行累加計(jì)算，得到校準(zhǔn)信號(hào)，所述校準(zhǔn)信號(hào)用于所述第一加法器執(zhí)行加法運(yùn)算，以使所述第二輸出信號(hào)趨近所述基準(zhǔn)信號(hào)。

12、本發(fā)明的自動(dòng)校準(zhǔn)閉環(huán)控制系統(tǒng)的全部模塊可以采用simulink模型進(jìn)行仿真驗(yàn)證，結(jié)構(gòu)構(gòu)成和校準(zhǔn)邏輯簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電路信號(hào)的實(shí)時(shí)自動(dòng)校準(zhǔn)的simulink仿真驗(yàn)證。由于可通過(guò)系統(tǒng)建?？焖僭u(píng)估系統(tǒng)的可行性、穩(wěn)定性，使得自動(dòng)校準(zhǔn)閉環(huán)控制系統(tǒng)的參數(shù)易于設(shè)計(jì)。

13、在一種實(shí)施方式中，所述采樣保持與累加模塊包括采樣保持模塊、第三加法器和延時(shí)模塊；所述采樣保持模塊的輸入端連接所述校準(zhǔn)量產(chǎn)生模塊的輸出端，采樣保持模塊的輸出端連接所述第三加法器的第一輸入端，第三加法器的輸出端連接所述延遲模塊的輸入端，所述延遲模塊的輸出端連接第三加法器的第二輸入端，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所述校準(zhǔn)量和上一時(shí)間輸出的校準(zhǔn)量進(jìn)行累加計(jì)算。

14、在一種實(shí)施方式中，所述延遲模塊的延遲時(shí)間設(shè)置為1拍，采樣時(shí)間與所述采樣保持模塊保持一致。

15、在一種實(shí)施方式中，所述限幅與量化模塊包括限幅模塊和量化模塊，所述限幅模塊用于將所述誤差放大信號(hào)的幅度限制在[-1,1]區(qū)間，所述量化模塊用于將幅度為[-1,0.5)的信號(hào)量化為-1、將[-0.5,0.5]的信號(hào)量化為0，將(0.5,1]的信號(hào)量化為1。

16、在一種實(shí)施方式中，所述線性傳輸模塊的傳遞函數(shù)采用比例放大運(yùn)算放大器的傳遞函數(shù)。

17、本發(fā)明的第二方面，提供一種自動(dòng)校準(zhǔn)閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟：

18、搭建本發(fā)明第一方面任意一項(xiàng)所述的自動(dòng)校準(zhǔn)閉環(huán)控制系統(tǒng)的simulink仿真模型；

19、設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，包括所述線性傳輸模塊的傳遞函數(shù)、所述誤差放大模塊的增益大小、所述校準(zhǔn)量產(chǎn)生模塊的基礎(chǔ)校準(zhǔn)量和采樣保持時(shí)間；

20、執(zhí)行仿真設(shè)計(jì)過(guò)程：將被校準(zhǔn)信號(hào)和基準(zhǔn)信號(hào)作為自動(dòng)校準(zhǔn)閉環(huán)控制系統(tǒng)的輸入信號(hào)，運(yùn)行所述simulink仿真模型，并輸出所述基準(zhǔn)信號(hào)和第二輸出信號(hào)的仿真曲線；

21、若所述第二輸出信號(hào)收斂于所述基準(zhǔn)信號(hào)，則保存所述系統(tǒng)參數(shù)；若不收斂，則重新調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)后再次執(zhí)行所述仿真設(shè)計(jì)過(guò)程。

22、在一種實(shí)施方式中，通過(guò)matlab搭建所述simulink仿真模型，包括：

23、采用constant模擬所述被校準(zhǔn)信號(hào)，采用constant1模擬所述基準(zhǔn)信號(hào)；

24、分別采用add1、add2模擬所述第一加法器和第二加法器；

25、采用gain1模擬所述信號(hào)產(chǎn)生模塊；

26、采用transfer?fcn模擬所述線性傳輸模塊；

27、采用gain2模擬所述誤差放大模塊；

28、采用saturation和quantizer的組合模擬所述限幅與量化模塊；

29、采用gain3模擬所述校準(zhǔn)量產(chǎn)生模塊；

30、采用zero-order?hold、add3和delay的組合模擬所述采樣保持與累加模塊。

31、在一種實(shí)施方式中，所述transfer?fcn模塊采用比例放大運(yùn)算放大器的傳遞函數(shù)。

32、在一種實(shí)施方式中，設(shè)置saturation模塊的幅值上限為1，下限為-1，quantizer模塊的量化區(qū)間為1，delay模塊的延遲時(shí)間為1。

33、本發(fā)明的第三方面，提供一種電路系統(tǒng)，其包括本發(fā)明第一方面任意一項(xiàng)所述的自動(dòng)校準(zhǔn)閉環(huán)控制系統(tǒng)。

34、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：本發(fā)明的自動(dòng)校準(zhǔn)閉環(huán)控制系統(tǒng)可應(yīng)用于各種電路系統(tǒng)中，對(duì)受環(huán)境影響的被校準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)校準(zhǔn)。該自動(dòng)校準(zhǔn)閉環(huán)控制系統(tǒng)可以采用matlab搭建simulink仿真模型，通過(guò)simulink仿真來(lái)驗(yàn)證系統(tǒng)各參數(shù)設(shè)計(jì)是否合理、是否具有穩(wěn)定性及自動(dòng)校準(zhǔn)的效果，實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)和快速評(píng)估校準(zhǔn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種自動(dòng)校準(zhǔn)閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)校準(zhǔn)閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述采樣保持與累加模塊包括采樣保持模塊、第三加法器和延時(shí)模塊；所述采樣保持模塊的輸入端連接所述校準(zhǔn)量產(chǎn)生模塊的輸出端，采樣保持模塊的輸出端連接所述第三加法器的第一輸入端，第三加法器的輸出端連接所述延遲模塊的輸入端，所述延遲模塊的輸出端連接第三加法器的第二輸入端，以實(shí)現(xiàn)對(duì)所述校準(zhǔn)量和上一時(shí)間輸出的校準(zhǔn)量進(jìn)行累加計(jì)算。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自動(dòng)校準(zhǔn)閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述延遲模塊的延遲時(shí)間設(shè)置為1拍，采樣時(shí)間與所述采樣保持模塊保持一致。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)校準(zhǔn)閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述限幅與量化模塊包括限幅模塊和量化模塊，所述限幅模塊用于將所述誤差放大信號(hào)的幅度限制在[-1,1]區(qū)間，所述量化模塊用于將幅度為[-1,0.5)的信號(hào)量化為-1、將[-0.5,0.5]的信號(hào)量化為0，將(0.5,1]的信號(hào)量化為1。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)校準(zhǔn)閉環(huán)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述線性傳輸模塊的傳遞函數(shù)采用比例放大運(yùn)算放大器的傳遞函數(shù)。

6.一種自動(dòng)校準(zhǔn)閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括如下步驟：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自動(dòng)校準(zhǔn)閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，通過(guò)matlab搭建所述simulink仿真模型，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自動(dòng)校準(zhǔn)閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述transfer?fcn模塊采用比例放大運(yùn)算放大器的傳遞函數(shù)。

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自動(dòng)校準(zhǔn)閉環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，設(shè)置saturation模塊的幅值上限為1，下限為-1，quantizer模塊的量化區(qū)間為1，delay模塊的延遲時(shí)間為1。

10.一種電路系統(tǒng)，其特征在于，包括權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述的自動(dòng)校準(zhǔn)閉環(huán)控制系統(tǒng)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種自動(dòng)校準(zhǔn)閉環(huán)控制系統(tǒng)及設(shè)計(jì)方法、一種電路系統(tǒng)，涉及電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的自動(dòng)校準(zhǔn)閉環(huán)控制系統(tǒng)由第一加法器、信號(hào)產(chǎn)生模塊、線性傳輸模塊、第二加法器、誤差放大模塊、限幅與量化模塊、校準(zhǔn)量產(chǎn)生模塊和采樣保持與累加模塊構(gòu)成。由于所采用的全部電路模塊均可以采用simulink模型實(shí)現(xiàn)，不僅實(shí)現(xiàn)對(duì)電路信號(hào)的實(shí)時(shí)自動(dòng)校準(zhǔn)，并且可通過(guò)系統(tǒng)建模進(jìn)行參數(shù)的設(shè)計(jì)，快速評(píng)估系統(tǒng)的可行性、穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：劉楠,李博
受保護(hù)的技術(shù)使用者：成都芯進(jìn)電子股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8