一种数字源表控制方法、系统、装置及存储介质与流程

1.本技术涉及数字源表的控制领域，特别涉及一种数字源表控制方法、系统、装置及存储介质。


背景技术：

2.v-i（volt-ampere，伏特-安培）数字源表具备电压源或者电流源输出功能，还具备对输出端的电压值和电流值进行测量的功能，也即，v-i数字源表具备电压和电流的四象限输出功能，因此广泛应用于工业自动化检测领域、半导体设备制造及通信设备领域。目前市场上的数字源表主要是通过模拟电路搭建v-i输出及测量反馈控制系统，然后通过测量数字源表的输出参数值来驱动模拟反馈控制回路，以调节源端的设定值以使得数字源表的输出参数稳定。但是模拟电路的搭建需要使用较多的元器件，存在系统响应速度较慢的缺点。
3.因此，提供一种控制方法以实现对数字源表的控制，使得数字源表的输出参数保持稳定是本领域技术人员急需解决的问题。


技术实现要素：

4.本技术的目的是提供一种数字源表控制方法、系统、装置及存储介质，能够通过软件编程的方式实现对数字源表的输出参数的控制，使其稳定在目标参数，还可以实现电压源模式和电流源模式的自动切换，需要使用的元器件的数量较少，可以避免由于元器件导致的响应速度慢等问题，进而提高数字源表的响应速度。
5.为解决上述技术问题，本技术提供了一种数字源表控制方法，应用于处理器，包括：获取所述数字源表的输出参数；根据所述输出参数及目标参数的差值生成对应的目标参数设定值；根据所述差值确定所述数字源表的工作模式，所述工作模式包括电压源模式和电流源模式；将所述数字源表切换至确定的所述工作模式；根据所述目标参数设定值对所述数字源表的输出参数进行闭环调节，以使所述输出参数稳定在所述目标参数。
6.优选地，所述输出参数包括输出电压和输出电流，所述目标参数包括目标电压和目标电流；根据所述输出参数及目标参数的差值生成对应的目标参数设定值，包括：根据所述输出电压及所述目标电压的第一差值生成与所述电压源模式对应的目标电压设定值；根据所述输出电流及所述目标电流的第二差值生成与所述电流源模式对应的目标电流设定值；根据所述差值确定所述数字源表的工作模式，包括：
根据所述第一差值及所述第二差值确定所述数字源表的工作模式。
7.优选地，根据所述第一差值及所述第二差值确定所述数字源表的工作模式，包括：在所述第一差值小于零且所述第二差值小于零，或者所述第一差值不小于零且所述第二差值小于零时，确定所述数字源表为电压源模式；在所述第一差值小于零且所述第二差值不小于零，或者所述第一差值不小于零且所述第二差值不小于零时，确定所述数字源表为电流源模式。
8.优选地，根据所述输出参数及目标参数的差值生成对应的目标参数设定值，包括：根据所述输出参数及目标参数的差值采用pid算法计算目标参数设定值。
9.优选地，获取所述数字源表的输出参数，还包括：采用零极点补偿器对所述输出参数进行补偿，以使所述数字源表的输出参数的震荡范围在预设范围内。
10.优选地，根据所述输出参数及目标参数的差值生成对应的目标参数设定值，包括：根据所述输出参数及目标参数的差值采用pid算法计算目标参数设定值；采用零极点补偿器对所述输出参数进行补偿，包括：根据所述零极点补偿器的传递函数确定与所述传递函数对应的极点和零点；将所述零点设定为初始值，并将所述极点和所述零点的比值设定为初始比值；调节所述pid算法中的pid参数使所述输出参数对应的波形出现振铃现象；获取所述振铃现象对应的振铃频率，并将所述振铃频率作为补偿频率；将所述补偿频率设为零点，并调节所述极点和所述零点的比值直至所述输出参数的波形不再出现振铃现象；其中，所述零极点补偿器的传递函数h(s)为：；wz为所述传递函数的零点，wp为所述传递函数的极点，s为时域中的复频率。
11.优选地，将所述补偿频率设为零点，并调节所述极点和所述零点的比值直至所述输出参数的波形不再出现振铃现象之后，还包括：动态调节所述pid参数以减小所述输出参数的波形上升的时间。
12.为解决上述技术问题，本技术还提供了一种数字源表控制系统，应用于处理器，包括：第一获取单元，用于获取所述数字源表的输出参数；第一设定单元，用于根据所述输出参数及目标参数的差值生成对应的目标参数设定值；模式确定单元，用于根据所述差值确定所述数字源表的工作模式，所述工作模式包括电压源模式和电流源模式；模式切换单元，用于将所述数字源表切换至确定的所述工作模式；调节单元，用于根据所述目标参数设定值对所述数字源表的输出参数进行闭环调节，以使所述输出参数稳定在所述目标参数。
13.为解决上述技术问题，本技术还提供了一种数字源表控制装置，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于在存储计算机程序时，实现上述所述的数字源表控制方法的步骤。
14.为解决上述技术问题，本技术还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述所述的数字源表控制方法的步骤。
15.本技术提供了一种数字源表控制方法、系统、装置及存储介质，应用于数字源表的控制领域。该方案中，根据数字源表的输出参数及目标参数的差值生成目标参数设定值；根据差值确定数字源表的工作模式，并将数字源表切换至确定的工作模式；根据目标参数设定值对数字源表的输出参数进行闭环调节，以使输出参数稳定在目标参数。可见，本技术能够通过软件编程的方式实现对数字源表的输出参数的控制，使其稳定在目标参数，还可以实现电压源模式和电流源模式的自动切换，需要使用的元器件的数量较少，可以避免由于元器件导致的响应速度慢等问题，进而提高数字源表的响应速度。
附图说明
16.为了更清楚地说明本技术实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为本技术提供的一种数字源表控制方法的流程示意图；图2为本技术提供的一种与数字源表控制方法对应的结构框图;图3为本技术提供的一种数字源表控制系统的结构框图；图4为本技术提供的一种数字源表控制装置的结构框图。
具体实施方式
18.本技术的核心是提供一种数字源表控制方法、系统、装置及存储介质，能够通过软件编程的方式实现对数字源表的输出参数的控制，使其稳定在目标参数，还可以实现电压源模式和电流源模式的自动切换，需要使用的元器件的数量较少，可以避免由于元器件导致的响应速度慢等问题，进而提高数字源表的响应速度。
19.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
20.请参照图1和图2，图1为本技术提供的一种数字源表控制方法的流程示意图，图2为本技术提供的一种与数字源表控制方法对应的结构框图，该方法应用于处理器，包括：s11：获取数字源表的输出参数；具体地，首先对数字源表的输出参数进行获取，以便于后续反馈逻辑中基于输出参数对数字源表进行控制，其中，本技术中的输出参数可以但不限于包括输出电压和输出电流。本技术中获取输出参数的方式可以但不限于是获取电流采样电路和/或电压采样电路的输出参数，具体可参照图2中的v/i adc测量单元3(adc为模拟数字转换器)。
21.s12：根据输出参数及目标参数的差值生成对应的目标参数设定值；本步骤将上述获取到的输出参数和目标参数作差，并根据得到的差值生成对应的目标参数设定值，以便后续实现对输出参数的负反馈调节，使输出参数稳定在目标参数。
22.其中，该差值可以但不限于是通过减法器单元5实现的；该目标参数设定值可以是dac(digital
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to-analog converter，模拟数字转换器)芯片的设定值。
23.s13：根据差值确定数字源表的工作模式，工作模式包括电压源模式和电流源模式；具体地，数字源表的工作模式包括两种，其一为电压源模式，数字源表处于电压源模式时，用于输出精确的电压；其二为电流源模式，数字源表处于电流源模式时，用于输出精确的电流。
24.本技术中确定的数字源表的工作模式的具体实现方式为：根据目标参数和输出参数的差值确定数字源表的工作模式。
25.作为一种优选的实施例，输出参数包括输出电压和输出电流，目标参数包括目标电压和目标电流；根据输出参数及目标参数的差值生成对应的目标参数设定值，包括：根据输出电压及目标电压的第一差值生成与电压源模式对应的目标电压设定值；根据输出电流及目标电流的第二差值生成与电流源模式对应的目标电流设定值；根据差值确定数字源表的工作模式，包括：根据第一差值及第二差值确定数字源表的工作模式。
26.具体地，在上述输出参数包括输出电压和输出电流时，上述差值包括目标电压和输出电压对应的第一差值，及目标电流与输出电流对应的第二差值，也即，对应的，目标参数设定值包括目标电压设定值和目标电流设定值，其具体根据第一差值生成目标电压设定值，根据第二差值生成目标电流设定值。其中，目标电压设定值与电压源模式对应，在数字源表处于电压源模式时，根据目标电压设定值对数字源表的输出电压进行调节以使其稳定在目标电压；目标电流设定值与电流源模式对应，在数字源表处于电流源模式时，根据目标电流设定值对数字源表的输出电流进行调节以使其稳定在目标电流。
27.具体地，在上述目标参数设定值为dac芯片的设定值时，目标电压设定值对应第一dac芯片的驱动值，目标电流设定值对应第二dac芯片的驱动值。
28.作为一种优选的实施例，根据输出参数及目标参数的差值生成对应的目标参数设定值，包括：根据输出参数及目标参数的差值采用pid（比例-积分-微分）算法计算目标参数设定值。
29.具体地，生成目标参数设定值的具体实现方式是：根据输出参数和目标参数的差值使用pid算法计算目标参数设定值，具体可参照图2中的pid算法单元1，根据pid算法计算出目标参数设定值的具体步骤如下：以数字源表的工作模式为电压源模式为例，pid算法的计算公式为：其中，u(k)为电压源模式下pid算法算出的目标电压设定值；e(k) 为第一差值（也即是目标电压和当前时刻的输出电压的差值）；e(k-1) 为上一时刻的第一差值；∑e(i)为差值积分器，即从0时刻起至当前时刻，e(k) 的累加。kp、ki、kd分别为pid算法的比例系数、积分系数、微分系数。
30.电压源模式下的具体实现步骤如下：步骤1-1、读取当前时刻模式数字源表的输出电压值v(k)，并计算当前时刻的目标电压v0和输出电压v(k)的第一差值，记作e(k)，并同时保存上一时刻的第一差值，记作e(k-1)；步骤1-2、将变量e(k)、e(k-1)和参数kp、ki、kd同时代入到上述pid计算公式中，计算出当前时刻的目标电压对应的目标电压设定值u(k)，其具体可以为第一dac芯片电压设置值u(k)，并对第一dac芯片的目标电压设定值进行更新；步骤1-3、如果|e(k)| 》0且|e(k)| 》 δe(k)，则重复上述步骤1-1、步骤1-2、步骤1-3，循环迭代，直到当前时刻的数字源表的输出电压v(k)与目标电压v0近似相等，即|e(k)| ≤ δe(k)，此时数字源表在电压源模式下的输出电压满足精度要求，即当前u(k)为目标电压对应的第一dac芯片的目标电压设定值；其中，δe(k)为程序预先设定的e(k)最小阈值，恒为正。该参数可根据产品精度需求在程序中自定义，本技术在此不再限定。
31.作为一种优选的实施例，根据第一差值及第二差值确定数字源表的工作模式，包括：在第一差值小于零且第二差值小于零，或者第一差值不小于零且第二差值小于零时，确定数字源表为电压源模式；在第一差值小于零且第二差值不小于零，或者第一差值不小于零且第二差值不小于零时，确定数字源表为电流源模式。
32.具体地，本技术中确定数字源表工作在电压源模式还是电流源模式的具体实现方式为：（1）如果输出电压v(k)《目标电压v0，且输出电流i(k)《目标电流i0，则采用目标电压设定值v_u(k)作为后级dac芯片设置值，即将数字源表的当前工作模式切换为电压源模式；（对应第一差值小于零且第二差值小于零）；（2）如果输出电压v(k)《目标电压v0，且输出电流i(k)≥目标电流i0，则采用目标电流设定值i_u(k)作为后级dac芯片设置值，即将数字源表的当前工作模式切换为电流源模式（对应第一差值小于零且第二差值不小于零）；（3）如果输出电压v(k)≥目标电压v0，且输出电流i(k)《目标电流i0，则采用目标电压设定值v_u(k)作为后级dac芯片设置值，即将数字源表的当前工作模式切换为电压源模式（对应第一差值不小于零且第二差值不小于零）；（4）如果输出电压v(k)≥目标电压v0，且输出电流i(k)≥目标电流i0，则采用目标电流设定值i_u(k)作为后级dac芯片设置值，即将数字源表的当前工作模式切换为电流源模式（对应第一差值不小于零且第二差值不小于零）。
33.综上，本技术中可以实现所有不同情况下，dac芯片的目标电压设定值v_u(k)和目标电流设定值i_u(k)的自动选择功能，即等价完成对电压源模式和电流源模式的自动切换功能。
34.s14：将数字源表切换至确定的工作模式；s15：根据目标参数设定值对数字源表的输出参数进行闭环调节，以使输出参数稳定在目标参数。
35.具体地，在上述根据差值确定了数字源表之后，将数字源表切换为对应的工作模式（具体可参照图2中的自动切换单元2），然后根据目标参数设定值对数字源表的输出参数进行闭环调节，以使输出参数稳定在目标参数。其具体可以为：在数字源表处于电压源模式时，根据目标电压设定值驱动第一dac芯片，以调节数字源表的输出电压，以使输出电压稳定在目标电压；在数字源表处于电流源模式时，根据目标电流设定值驱动第二dac芯片，以调节数字源表的输出电流，以使输出电流稳定在目标电流。
36.作为一种优选的实施例，获取数字源表的输出参数，还包括：采用零极点补偿器对输出参数进行补偿，以使数字源表的输出参数的震荡范围在预设范围内。
37.具体地，考虑到直接基于数字源表的输出参数与目标参数作差，得到差值，并基于差值对输出参数进行调节时，可能会导致输出参数对应的波形出现过冲或者振铃现象，不利于对输出参数的调节。
38.因此，本技术中还在获取到输出参数之后，设计一零极点补偿器，用于对输出参数进行补偿，从而使得输出参数的震荡范围在预设范围内，例如，目标电压为5v时，预设范围可以为4.5v-5.5v。以上只是为便于说明所举得实施例，不限于上述实现方式，本技术在此不做限定。具体可参照图2中的补偿单元4。
39.作为一种优选的实施例，根据输出参数及目标参数的差值生成对应的目标参数设定值，包括：根据输出参数及目标参数的差值采用pid算法计算目标参数设定值；采用零极点补偿器对输出参数进行补偿，包括：根据零极点补偿器的传递函数确定与传递函数对应的极点和零点；将零点设定为初始值，并将极点和零点的比值设定为初始比值；调节pid算法中的pid参数使输出参数对应的波形出现振铃现象；获取振铃现象对应的振铃频率，并将振铃频率作为补偿频率；将补偿频率设为零点，并调节极点和零点的比值直至输出参数的波形不再出现振铃现象；其中，零极点补偿器的传递函数h(s)为：；wz为传递函数的零点，wp为传递函数的极点，s为时域中的复频率。
40.作为一种优选的实施例，将补偿频率设为零点，并调节极点和零点的比值直至输出参数的波形不再出现振铃现象之后，还包括：动态调节pid参数以减小输出参数的波形上升的时间。
41.本实施例旨在提供一种零极点补偿器对输出参数进行补偿的具体实施例，具体地，零极点补偿器的传递函数公式为：；其中，wz变量为传递函数的零点，也记作补偿频率点，补偿频率变量值通常设置为约等于闭环反馈系统的过冲震荡频率。wp变量为传递函数的极点，wp与wz 二者满足关系式为wp = k * wz，变量k记作极点与零点的频率比。
42.具体的，零极点补偿器的设计步骤如下，以容性负载为例进行说明：
步骤1、设定变量k值为1，即wp = wz，且自定义wz初始值。调节pid算法的pid三个参数（也即比例参数、积分参数和微分参数），使得后级dac芯片的输出波形开始出现振铃现象，将此振铃频率作为补偿频率fcomp。
43.步骤2、设定变量wz值为补偿频率fcomp，保持pid参数与步骤1中调节的pid参数不变。然后动态调节极点与零点频率比例，也即调节变量k，使得后级dac芯片的输出波形中的振铃现象消除，即输出波形未出现过压。
44.步骤3、保持变量wz和变量k值与步骤2的数值不变。动态调节pid算法中的pid三个参数，使得整个闭环反馈系统的响应速率加快，使得后级dac芯片的输出波形的上升时间不断缩短。
45.在一具体实施例中，可以重复上述步骤1、步骤2和步骤3，使得数字源表的后级dac芯片的输出波形没有过压的前提下，得到最优的上升时间。
46.可见，该零极点补偿器通过补偿容性负载产生的极性效应，可以改善整个闭环系统的增益裕度和相位裕度，使得系统避免出现过冲或振铃现象，进而可提高系统的增益因子，缩短输出波形的上升时间。以及数字源表增加零极点补偿器单元，可以匹配输出端负载的任意变化，且方便用户通过修改对应调节参数，自定义所需系统的响应效果。
47.综上，本技术提供的一种数字源表控制方法、系统、装置及存储介质，应用于数字源表的控制领域。该方案中，根据数字源表的输出参数及目标参数的差值生成目标参数设定值；根据差值确定数字源表的工作模式，并将数字源表切换至确定的工作模式；根据目标参数设定值对数字源表的输出参数进行闭环调节，以使输出参数稳定在目标参数。可见，本技术能够通过软件编程的方式实现对数字源表的输出参数的控制，使其稳定在目标参数，还可以实现电压源模式和电流源模式的自动切换，需要使用的元器件的数量较少，可以避免由于元器件导致的响应速度慢等问题，进而提高数字源表的响应速度。
48.为解决上述技术问题，本技术还提供了一种数字源表控制系统，请参照图3，图3为本技术提供的一种数字源表控制系统的结构框图，该系统应用于处理器，包括：第一获取单元31，用于获取数字源表的输出参数；第一设定单元32，用于根据输出参数及目标参数的差值生成对应的目标参数设定值；模式确定单元33，用于根据差值确定数字源表的工作模式，工作模式包括电压源模式和电流源模式；模式切换单元34，用于将数字源表切换至确定的工作模式；调节单元35，用于根据目标参数设定值对数字源表的输出参数进行闭环调节，以使输出参数稳定在目标参数。
49.作为一种优选的实施例，输出参数包括输出电压和输出电流，目标参数包括目标电压和目标电流；第一设定单元包括：电压值设定单元，用于根据输出电压及目标电压的第一差值生成与电压源模式对应的目标电压设定值；电流值设定单元，用于根据输出电流及目标电流的第二差值生成与电流源模式对应的目标电流设定值；
模式确定单元具体用于根据第一差值及第二差值确定数字源表的工作模式。
50.作为一种优选的实施例，模式确定单元具体用于在第一差值小于零且第二差值小于零，或者第一差值不小于零且第二差值小于零时，确定数字源表为电压源模式；在第一差值小于零且第二差值不小于零，或者第一差值不小于零且第二差值不小于零时，确定数字源表为电流源模式。
51.作为一种优选的实施例，第一设定单元具体用于根据输出参数及目标参数的差值采用pid算法计算目标参数设定值。
52.作为一种优选的实施例，还包括：补偿单元，用于采用零极点补偿器对输出参数进行补偿，以使数字源表的输出参数的震荡范围在预设范围内。
53.作为一种优选的实施例，第一设定单元具体用于根据输出参数及目标参数的差值采用pid算法计算目标参数设定值；补偿单元具体用于：根据零极点补偿器的传递函数确定与传递函数对应的极点和零点；将零点设定为初始值，并将极点和零点的比值设定为初始比值；调节pid算法中的pid参数使输出参数对应的波形出现振铃现象；获取振铃现象对应的振铃频率，并将振铃频率作为补偿频率；将补偿频率设为零点，并调节极点和零点的比值直至输出参数的波形不再出现振铃现象；其中，零极点补偿器的传递函数h(s)为：wz为传递函数的零点，wp为传递函数的极点。
54.作为一种优选的实施例，还包括：动态调节单元，用于动态调节pid参数以减小输出参数的波形上升的时间。
55.对于数字源表控制系统的其他介绍请参照上述实施例，本技术在此不再赘述。
56.为解决上述技术问题，本技术还提供了一种数字源表控制装置，请参照图4，图4为本技术提供的一种数字源表控制装置的结构框图，该装置包括：存储器41，用于存储计算机程序；处理器42，用于在存储计算机程序时，实现上述的数字源表控制方法的步骤。
57.对于数字源表控制装置的介绍请参照上述实施例，本技术在此不再赘述。
58.为解决上述技术问题，本技术还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述的数字源表控制方法的步骤。
59.对于计算机可读存储介质的介绍请参照上述实施例，本技术在此不再赘述。
60.还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
61.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。