CN112988493B - 一种总线集成计算机的仿真模型及仿真测试方法 - Google Patents

一种总线集成计算机的仿真模型及仿真测试方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及航空航天领域，提供了一种总线集成计算机的仿真模型和测试方法。所述仿真模型包括电压转换模块、第一仿真模块、第二仿真模块和负载模块；电压转换模块连接直流电源、第一仿真模块、第二仿真模块和负载模块，用于对所述直流电源输入的电能进行电压转换，并通过转换后的电压为第一仿真、第二仿真和负载模块供电，以仿真电源；第一仿真模块，用于进行开关量的输入和输出，以仿真计算机的输入/输出接口；第二仿真模块，用于以预设总线接口的总线电路进行信号传输，以仿真计算机的总线接口；负载模块用于仿真计算机中除电源、输入/输出接口以及总线接口以外的其他器件。通过仿真结果表征***电路的电气特性，进而提高设计迭代的效率。

Description

一种总线集成计算机的仿真模型及仿真测试方法
技术领域
本发明涉及航空航天领域，尤其涉及一种总线集成计算机的仿真模型及仿真测试方法。
背景技术
总线集成计算机是指选用特定型号的总线接口，将主控电路和***电路结合，并利用总线对外传输和接收信号的硬件产品。相较于一般的计算机，总线集成计算机往往根据指定的需求进行针对性开发，因此总线集成计算机的特异化程度更高。总线计算机的主控电路是根据特定的需求进行针对性开发的核心控制电路，***电路是指非核心控制部分的电路。
Saber(Saber为美国Synopsys公司的混合***仿真软件)软件是一个多学科的仿真工具，可以在单一环境中处理多种技术，如电子、机械、控制、液压、热能、磁等。在伺服***设计中，Saber软件可以提供电机控制器、电机、执行结构等仿真模型，并已广泛应用于雷达转台***、导弹跟踪随动***、卫星姿态控制***、飞机伺服控制***等各类伺服***的仿真。
总线集成计算机在航空航天领域有着广泛的应用，当总线集成计算机应用于某些航空航天器时，为保障航空航天器的安全性、适用性、耐久性和可靠性，需要对总线集成计算机的***电路特性有深刻的认识和研究。但当前少有使用Saber软件对总线集成计算机进行仿真建模，用模型仿真结果表征总线集成计算机***电路的电气特性，来实现对***的参数进行校正的方法。
因此，如何仿真***电路的电气特性以确定对总线集成计算机的影响是当前本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种总线集成计算机的仿真模型和仿真测试方法，用于研究***电路的电气特性对总线集成计算机的影响，进而提高设计迭代的效率。
为了实现上述目的，本发明实施例提供技术方案如下：
第一方面，本发明的实施例提供了一种总线集成计算机的仿真模型，包括：电压转换模块、第一仿真模块、第二仿真模块以及负载模块；
所述电压转换模块连接直流电源、所述第一仿真模块、所述第二仿真模块以及所述负载模块，用于对所述直流电源输入的电能进行电压转换，并通过转换后的电能为所述第一仿真模块、所述第二仿真模块以及所述负载模块供电，以仿真所述总线集成计算机的电源；
所述第一仿真模块，用于进行开关量的输入和输出，以仿真所述总线集成计算机的输入/输出接口；
所述第二仿真模块，用于以预设总线接口的总线电路进行信号传输，以仿真所述总线集成计算机的总线接口；
所述负载模块为恒功率负载模块，用于仿真所述总线集成计算机中除所述电源、所述输入/输出接口以及所述总线接口以外的其他器件。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，所述电压转换模块包括：第一转换单元、第二转换单元以及第三转换单元；
所述第一转换单元连接所述直流电源、控制信号端、所述第一仿真模块、所述第二仿真模块以及所述负载模块，用于在所述控制信号端输入的控制信号的控制下，将所述直流电源输出的电能的电压值由第一电压转换为第二电压，并通过所述第二电压的电能为所述第一仿真模块、所述第二仿真模块以及所述负载模块供电；
所述第二转换单元连接所述直流电源、所述控制信号端以及所述负载模块，用于在所述控制信号端输入的控制信号的控制下，将所述直流电源输出的电能的电压由所述第一电压转换为第三电压，并通过所述第三电压的电能为所述负载模块供电；
所述第三转换单元连接所述第一转换单元和所述负载模块，用于基于预设直流电压转换芯片的输入输出电压特性，将所述第一转换单元输出的第二电压转换为第四电压，并通过所述第四电压的电能为所述负载模块供电；
其中，所述第一电压大于所述第二电压和所述第三电压，所述第二电压大于所述第四电压。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，所述第一转换单元为第一Buck电路，所述第二转换单元为第二Buck电路；
所述第一Buck电路和所述第二Buck电路的工作模式均为电感电流连续工作模式，所述第一Buck电路中的各个器件的参数由所述第一电压和所述第二电压获取，所述第二Buck电路中的各个器件的参数由所述第一电压和所述第三电压获取。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，所述电压转化模块包括：第一滤波单元和第二滤波单元；
所述第一滤波单元和所述第二滤波单元均为三阶巴特沃斯型低通滤波器；
所述第一滤波单元连接所述第一转换单元，用于对所述第一转换单元输出的电能进行滤波处理；
所述第二滤波单元连接所述第二转换单元，用于对所述第二转换单元输出的电能进行滤波处理。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，所述电压转换模块包括：反馈控制单元；
所述反馈控制单元连接所述第一转换单元和所述控制信号端，用于获取所述第一转换单元输出的电能的电压值与对应的标准电压值的差值，对所述差值和所述控制信号输出的控制信号的标准占空比求和，获取目标占空比，以及将所述目标占空比设置为所述控制信号端输出的控制信号的占空比。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，所述第一仿真模块包括：用于进行开关量的输入的第一继电器和第二继电器，以及用于进行开关量输出的第一光电耦合器和第二光电耦合器；
其中，所述第一继电器的输入端和所述第一光电耦合器的输入端均接入第一电平信号，所述第二继电器的输入端和所述第二光电耦合器的输入端均接入第二电平信号，所述第一电平信号的电压值大于所述第二电平信号的电压值。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，所述第二仿真模块包括：预设总线接口的总线接口电路和数据信号端；
所述数据信号端连接所述总线接口电路的总线转换芯片的信号接收引脚和信号发生引脚。
第二方面，本发明实施例提供一种总线集成计算机的仿真测试方法，用于通过上述第一方面或第一方面的任一项所述的仿真模型对总线集成计算机进行仿真测试，所述方法包括：
获取第一仿真测试结果，所述第一仿真测试结果为所述第一仿真模块和所述第二仿真模块未使能的情况下，所述负载模块的电压值和电流值；
获取第二仿真测试结果，所述第二仿真测试结果为所述第一仿真模块和所述第二仿真模块使能的情况下，所述负载模块的电压值和电流值；
根据所述第一仿真测试结果和所述第二仿真测试结果，获取***电路对所述总线集成计算机的影响。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：存储器和处理器，存储器用于存储计算机程序；处理器用于在调用计算机程序时执行上述第一方面或第一方面的任一实施方式所述的总线集成计算机的仿真测试方法。
第四方面，一种计算机可读存储介质，其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第一方面或第一方面的任一实施方式所述的总线集成计算机的仿真测试方法。
本申请提供的技术方案达到的技术效果如下：
本发明实施例提供的总线集成计算机的仿真模型，包括：电压转换模块、第一仿真模块、第二仿真模块以及负载模块；所述电压转换模块连接直流电源、所述第一仿真模块、所述第二仿真模块以及所述负载模块，用于对所述直流电源输入的电能进行电压转换，并通过转换后的电能为所述第一仿真模块、所述第二仿真模块以及所述负载模块供电，以仿真所述总线集成计算机的电源；所述第一仿真模块，用于进行开关量的输入和输出，以仿真所述总线集成计算机的输入/输出接口；所述第二仿真模块，用于以预设总线接口的总线电路进行信号传输，以仿真所述总线集成计算机的总线接口；所述负载模块为恒功率负载模块，用于仿真所述总线集成计算机中除所述电源、所述输入/输出接口以及所述总线接口以外的其他器件。本发明采用saber软件对总线集成计算机***电路进行建模，相较当前常用的电气特性仿真软件Multisim、Proteus等，能够针对器件级、子***级和超***的仿真，便于加快开发迭代速度，缩短研发时间。
通过对电压转换模块、第一仿真模块、第二仿真模块以及负载模块进行仿真建模以及仿真测试，对比第一仿真模块、第二仿真模块工作和不工作时对负载模块的影响，研究了***电路的电路特性对总线集成计算机的影响，对***中电感的参数进行校正，通过反馈验证了DC-DC变化的电压稳定性，有效提升了设计迭代的效率。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所述的总线集成计算机的仿真模型示意图；
图2为本发明一个实施例所述的电压转换模块结构示意图；
图3为本发明实施例所述的Buck电路的示意图；
图4为本发明实施例所述的为第一转换模块搭建的电路图；
图5为本发明实施例所述的为第二转换模块搭建的电路图；
图6为本发明另一实施例所述的电压转换模块结构示意图；
图7为本发明实施例所述的电路输出的电压纹波波形图；
图8为本发明实施例所述的增大电容值后电路输出的电压纹波波形图；
图9为本发明实施例所述的三阶巴特沃斯型低通LC滤波器的典型电路图；
图10为本发明实施例所述的三阶巴特沃斯型低通LC滤波器的设计电路图；
图11为本发明实施例所述的三阶巴特沃斯型低通LC滤波器的设计电路图的仿真结果；
图12为本发明实施例所述的反馈控制单元结构示意图；
图13为本发明实施例所述的I/O接口模块电路图；
图14为本发明实施例所述的总线接口模块电路图；
图15为本发明实施例所述的仿真测试方法步骤流程图；
图16为本发明实施例所述的仅有恒功率负载模块工作时的仿真结果图；
图17为本发明实施例所述的各个模块均工作时的仿真结果图；
图18为本发明实施例所述的经过反馈控制单元控制后的整体仿真结果图；
图19为本发明实施例所述的稳定后电压电流曲线图；
图20为本发明实施例所述的电子设备的硬件结构示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面将对本发明的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别同步的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。例如，第一操作和第二操作是用于区别不同的操作，而不是用于描述操作的特定顺序。
在本发明实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本发明实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。此外，在本发明实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。
本发明实施例的总体发明构思为：通过对电压转换模块、第一仿真模块、第二仿真模块以及负载模块进行仿真建模以及仿真测试，对比第一仿真模块、第二仿真模块工作和不工作时对负载模块的影响，研究了***电路的电路特性对总线集成计算机的影响，对***中电感的参数进行校正，通过反馈验证了DC-DC变化的电压稳定性，有效提升了设计迭代的效率。
本发明实施例提供了一种总线集成计算机的仿真模型，参照图1所示，该仿真模型包括：电压转换模块101、第一仿真模块102、第二仿真模块103以及负载模块104。
具体的，在总线集成计算机的实际应用中，电压转换模块101为第一仿真模块102、第二仿真模块103以及负载模块104供电，第一仿真模块102与负载模块的数据交换是双向的，第二仿真模块103与负载模块104的数据交换也是双向的，即，既可以作为输入，也作为可以输出。
所述电压转换模块101连接直流电源、所述第一仿真模块、所述第二仿真模块以及所述负载模块，用于对所述直流电源输入的电能进行电压转换，并通过转换后的电能为所述第一仿真模块、所述第二仿真模块以及所述负载模块供电，以仿真所述总线集成计算机的电源。
具体的，电压转换模块主要为DC-DC转换，即将较高的直流电压先统一转换为标准电压，然后将标准电压转换为第一仿真模块、第二仿真模块、负载模块所需的不同的电压值大小。
所述第一仿真模块102，用于进行开关量的输入和输出，以仿真所述总线集成计算机的输入/输出接口。
具体的，第一仿真模块即I/O接口模块，用于对开关量进行输入和输出，在仿真时给芯片的两组光耦分别加上高电平和低电平，以此仿真输入分别为高和低的情况。
所述第二仿真模块103，用于以预设总线接口的总线电路进行信号传输，以仿真所述总线集成计算机的总线接口。
具体的，第二仿真模块即CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线接口模块，CAN总线是国际标准化的串行通信协议，CAN总线通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。为了仿真CAN总线一直进行传输消耗的情况，本发明的一个实施例将方波信号直接加在CAN总线转换芯片的txd(TransmitData，发送数据)和rxd(Receive Data，接收数据)引脚。
所述负载模块104为恒功率负载模块，用于仿真所述总线集成计算机中除所述电源、所述输入/输出接口以及所述总线接口以外的其他器件。
具体的，为了研究总线集成计算机的***电路对主控电路的影响，将核心控制电路抽象为直流恒功率负载，研究其电流和电压的变化。示例性的，总线集成计算机上的核心控制电路，包含但不限于是中央处理器，AD(模数)转换和DA(数模)转换、指示LED灯等。在saber模型库中，带有恒功率负载模型。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，参照图2所示，示出了图1提供的电压转换模块101的一种结构示意图。电压转换模块101包括：第一转换单元1011、第二转换单元1012以及第三转换单元1013。
所述第一转换单元1011连接所述直流电源、控制信号端、所述第一仿真模块、所述第二仿真模块以及所述负载模块，用于在所述控制信号端输入的控制信号的控制下，将所述直流电源输出的电能的电压值由第一电压转换为第二电压，并通过所述第二电压的电能为所述第一仿真模块、所述第二仿真模块以及所述负载模块供电。
由于负载模块包含但不限于中央处理器、AD(模数)转换和DA(数模)转换、指示LED灯等模块，所以负载模块的供电电压有多种不同值，例如12V、5V、2.5V等。
示例性的，本实施例中直流电源输出的电能的电压值，即第一电压为28.5V，将第一电压28.5V转换为第二电压5V，通过第二电压5V为I/O接口模块、CAN总线接口模块以及恒功率负载模块供电。
所述第二转换单元1012连接所述直流电源、所述控制信号端以及所述负载模块，用于在所述控制信号端输入的控制信号的控制下，将所述直流电源输出的电能的电压由所述第一电压转换为第三电压，并通过所述第三电压的电能为所述负载模块供电。
示例性的，本实施例中直流电源输出的电能的电压值，即第一电压为28.5V，将第一电压28.5V转换为第三电压12V，通过第三电压12V为恒功率负载模块供电。
其中，将第一电压转换为第三电压的过程，为了保证整体硬件的耗电量较小，所以比较重视转换效率，因此这部分的DC-DC转换也采用的是直流斩波电路，以保证较高的效率。
所述第三转换单元1013连接所述第一转换单元和所述负载模块，用于基于预设直流电压转换芯片的输入输出电压特性，将所述第一转换单元输出的第二电压转换为第四电压，并通过所述第四电压的电能为所述负载模块供电；
其中，所述第一电压大于所述第二电压和所述第三电压，所述第二电压大于所述第四电压。
示例性的，本实施例中第三转换单元用于将第二电压转换为第四电压，即将5V的电压转换为2.5V，将标准电压转换为各个芯片所需的电平信号这一过程，更关注的是其电平的精度。具有高精度的直流电平才能保证其供电芯片的稳定性。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，所述第一转换单元为第一Buck电路，所述第二转换单元为第二Buck电路。
所述第一Buck电路和所述第二Buck电路的工作模式均为电感电流连续工作模式，所述第一Buck电路中的各个器件的参数由所述第一电压和所述第二电压获取，所述第二Buck电路中的各个器件的参数由所述第一电压和所述第三电压获取。
示例性的，如图3所示，为Buck电路的示意图。第一转换单元和第二转换单元均采用典型的Buck电路进行建模。
Buck电路在工作时分为两个阶段。当开关管导通时，二极管反接，在电路中不起作用，输入直流电压直接给储能电感L充磁，通过电感的电流增加，同时给电容C充电，给负载R提供能量。而当开关管关断时，储能电感L通过续流二极管D放电，电感电流减小，输出电压依靠输出滤波电容放电以及减小的电感电流维持。
在设计Buck电路的过程中，核心的设计参数是输出电压的大小以及电感的感值。在本实施例中，令该Buck电路工作在连续电流模式下，此模式中电感上的电流最小值大于零。临界值是恰好为零的情况。此时输出电压的表达式为：
Vo＝Vin*D (1)
此时，电感的计算关系式可以表示为：
Figure BDA0002974513940000111
在(1)(2)式中，Vin表示输入电压的电压值，Vo表示输出电压的电压值，D表示用于控制开关管导通和关断的PWM波形的占空比，f表示用于控制开关管导通和关断的PWM波形的频率，IO是平均输出电流。
在本实施例的建模中，所述第一Buck电路的工作模式均为电感电流连续工作模式，所述第一Buck电路中的各个器件的参数由所述第一电压和所述第二电压获取。
具体的，针对输出电压为5V的情况，由于Vin＝28.5V，Vo＝5V已知，参数f＝20kHz是根据设计人员的经验值取的，结合公式(1)和公式(2)可以计算得出参数D＝17.544％，IO＝4.8A，L＝0.022mH。
所述第二Buck电路的工作模式也为电感电流连续工作模式，所述第二Buck电路中的各个器件的参数由所述第一电压和所述第三电压获取。
具体的，针对输出电压为12V的情况，由于Vin＝28.5V，Vo＝12V已知，同样，参数f＝20kHz是根据设计人员的经验值取的，结合公式(1)和公式(2)可以计算得出参数D＝42.105％，IO＝2A，L＝0.087mH。
利用这两组参数搭建电路图分别如图4、5所示。图4为第一转换单元实现的电路原理图。图5为第二转换单元实现的电路原理图。由于计算过程中对数字进行了截断处理，导致输出结果会有一定偏差，此时需要微调占空比，以获得误差较小的输出。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，参照图6所示，示出了图1提供的电压转换模块101的另一种结构示意图。所述电压转化模块包括：第一滤波单元1014和第二滤波单元1015。
其中，所述第一滤波单元和所述第二滤波单元均为三阶巴特沃斯型低通滤波器；
所述第一滤波单元连接所述第一转换单元，用于对所述第一转换单元输出的电能进行滤波处理；
所述第二滤波单元连接所述第二转换单元，用于对所述第二转换单元输出的电能进行滤波处理。
具体的，通过第一转换单元和第二转换单元得到的电压值，会有一定的纹波。示例性的，本实施例中所构建的28.5-5VBuck电路输出电压具有非常大的纹波，纹波的幅度达到6V。纹波波形如图7所示。
这样的纹波对直流电压具有很大的影响，而这些纹波主要是开关管的通断导致的。通过增大Buck电路的电容值，能够对纹波起到一定的抑制作用。示例性的，这里将原来电路的电容值由10uf替换为470uf，得到的效果图如图8所示。可以看到纹波幅度值已经由之前的6V减小到了0.14V。替换大电容对纹波的抑制效果非常明显。但是幅度为0.14V的纹波仍然对精密的总线集成计算机有很大影响。
为了改善斩波后的直流电压的品质，需要额外增加滤波器模块。本实施例所采用的滤波器是无源滤波器。考虑到为了减少直流电压在滤波模块的损耗，采用LC滤波器。巴特沃斯型低通滤波器的特点是通频带内的频率响应曲线最大限度平坦，没有起伏，而在阻频带则逐渐下降为零。
在本实施例中，由于所采用的PWM波的频率为20kHz，因此采用低通滤波器，并将其截止频率设置为1khz，特征阻抗为4欧姆。本实施例提供的滤波电路是三阶巴特沃斯型低通LC滤波器，三阶巴特沃斯型低通LC滤波器的典型电路如图9所示。
采用归一化方法设计过程如下：
三阶巴特沃斯型低通LC滤波器的基准电容电感所采用的值为：
L1＝L2＝1H；C1＝2F
截止频率变换：
Figure BDA0002974513940000121
特征阻抗变换：
Figure BDA0002974513940000131
变换后的电容和电感值计算公式为：
Figure BDA0002974513940000132
Figure BDA0002974513940000133
搭建后的电路如图10所示，仿真结果如图11所示。可以看到纹波幅度在0.002V以内。对比三幅图的结果，可以看出受滤波器影响，抑制效果非常明显。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，所述电压转换模块包括：反馈控制单元；
所述反馈控制单元连接所述第一转换单元和所述控制信号端，用于获取所述第一转换单元输出的电能的电压值与对应的标准电压值的差值，对所述差值和所述控制信号输出的控制信号的标准占空比求和，获取目标占空比，以及将所述目标占空比设置为所述控制信号端输出的控制信号的占空比。
具体的，占空比是指电路被接通的时间占整个工作电路工作周期的百分比。例如，一个电路在它一个工作周期中有一半时间被接通了，那么它的占空比就是50％；如果加在该工作元件上的信号电压为5V，则实际的工作电压平均值或电压有效值就是2.5V。
本实施例中搭建的反馈控制单元结构示意图如图12所示。该反馈控制单元选取第一转换单元输出的直流电压作为输入信号，并将该输入信号与标准5V电平进行对比，然后将两者差值与标准占空比相加，作为新的占空比参数输出给PWM发生模块。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，所述第一仿真模块包括：用于进行开关量的输入的第一继电器和第二继电器，以及用于进行开关量输出的第一光电耦合器和第二光电耦合器；
其中，所述第一继电器的输入端和所述第一光电耦合器的输入端均接入第一电平信号，所述第二继电器的输入端和所述第二光电耦合器的输入端均接入第二电平信号，所述第一电平信号的电压值大于所述第二电平信号的电压值。
示例性的，本实施例中搭建的I/O接口模块电路图如图13所示，其工作原理为：光耦在输入端接受到电信号后，内部的LED发出光线，另一侧的光敏电阻接受到光线后，产生电信号，实现电—光—电信号转换。继电器在输入端接受到电信号后，线圈中的电流会产生电磁效应，衔铁就会在电磁力吸引的作用下动作，实现信号的隔离传输。分别采用两个光耦和两个继电器的原因：实际板卡上使用的光耦和继电器分别为两组，故而在仿真模拟时也选用了两组。
作为本发明实施例一种可选的实施方式，所述第二仿真模块包括：预设总线接口的总线接口电路和数据信号端；
所述数据信号端连接所述总线接口电路的总线转换芯片的信号接收引脚和信号发生引脚。
具体的，在本实施例中选用的总线是CAN总线。为了仿真CAN总线一直进行传输消耗的情况，本实施例将一个方波信号直接加在CAN总线转换芯片的txd和rxd引脚。总线接口模块的电路图如14所示。
本发明实施例提供的总线集成计算机的仿真模型，包括：电压转换模块、第一仿真模块、第二仿真模块以及负载模块；所述电压转换模块连接直流电源、所述第一仿真模块、所述第二仿真模块以及所述负载模块，用于对所述直流电源输入的电能进行电压转换，并通过转换后的电能为所述第一仿真模块、所述第二仿真模块以及所述负载模块供电，以仿真所述总线集成计算机的电源；所述第一仿真模块，用于进行开关量的输入和输出，以仿真所述总线集成计算机的输入/输出接口；所述第二仿真模块，用于以预设总线接口的总线电路进行信号传输，以仿真所述总线集成计算机的总线接口；所述负载模块为恒功率负载模块，用于仿真所述总线集成计算机中除所述电源、所述输入/输出接口以及所述总线接口以外的其他器件。本发明采用saber软件对总线集成计算机***电路进行建模，相较当前常用的电气特性仿真软件Multisim、Proteus等，能够针对器件级、子***级和超***的仿真，便于加快开发迭代速度，缩短研发时间。
基于图1所示的总线集成计算机的仿真模型，本发明实施例提供了一种通过上述仿真模型对总线集成计算机进行仿真测试的方法。具体的，参照图15所示，本发明实施例提供的仿真测试方法包括如下步骤：
S1501、获取第一仿真测试结果。
其中，所述第一仿真测试结果为所述第一仿真模块和所述第二仿真模块未使能的情况下，所述负载模块的电压值和电流值。
具体的，在第一仿真模块和第二仿真模块未使能的情况下，相当于只有恒功率负载模块工作，其仿真结果如图16所示。可以看到此时其上的电流为4.8A，电压为5V。
S1502、获取第二仿真测试结果。
具体的，在第一仿真模块和第二仿真模块使能的情况下，相当于将各个模块均放置在同一文件中进行仿真。当接入各个模块开始使能后，其仿真结果如图17所示。可以看到此时其上的电压约为4.03V，电流约为5.96A。由于额外模块的加入，导致此时掉电现象非常严重。这是因为在设计时，选用的I_o＝4.8A和V_o＝5V恰好是负载为24W的临界值，此时带上负载后，表明若仍然维持V_o＝5V，则必然会导致电流超过原来的大小，破坏原有表达式的等式关系。因此在设计电路参数时，往往会对电感的感值留出较大的冗余量。因此在这里，可以将电感的感值扩大为0.088mH。但是想要利用增大某一器件的参数来保证***的可靠性并不足够，最好引入反馈控制。想要维持输出为5V直流电压的方法是增大占空比D。搭建的反馈模块如图12所示。该反馈***选取DC-DC转换后的直流电压作为输入信号，并且将该输入信号与标准5V电平进行对比。将两者差值与标准占空比相加，作为新的占空比参数输出给PWM发生模块。将控制开关管的PWM波作为输出。
S1503、根据所述第一仿真测试结果和所述第二仿真测试结果，获取***电路对所述总线集成计算机的影响。
具体的，根据设计人员经验对图12的反馈控制单元进行多次调参，得到一个较合适的反馈结果。其整体仿真结果如图18所示。
在本实施例中，定义调节时间的定义调节时间的误差带为±2％。
通过图18可以看出，调节时间t_s约为7.6毫秒，超调量满足：
σ＝(5.1697-5)/5＝3.394％
可见***整体响应快，超调量小。将其稳定后的直流电压、电流放大如图19所示。
由图19可分析知，加入了负反馈之后，***的电压被反馈修正至5.03V，电流也回到4.77A，回到了期望值附近，对掉电现象有明显的改善，且最终绝对误差为0.03，相对误差为0.6％，精度较高。
通过对电压转换模块、第一仿真模块、第二仿真模块以及负载模块进行仿真建模以及仿真测试，对比第一仿真模块、第二仿真模块工作和不工作时对负载模块的影响，研究了***电路的电路特性对总线集成计算机的影响，对***中电感的参数进行校正，通过反馈验证了DC-DC变化的电压稳定性，有效提升了设计迭代的效率。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种电子设备。图20为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图20所示，本实施例提供的电子设备包括：存储器2001和处理器2002，存储器2001用于存储计算机程序；处理器2002用于在调用计算机程序时执行上述实施例提供的仿真测试方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，该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实施例提供的仿真测试方法的步骤。
本领域技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质上实施的计算机程序产品的形式。
处理器可以是中央处理单元(CentralProcessingUnit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-ProgrammableGateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flashRAM)。存储器是计算机可读介质的示例。
计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动存储介质。存储介质可以由任何方法或技术来实现信息存储，信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。根据本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitorymedia)，如调制的数据信号和载波。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种总线集成计算机的仿真模型，其特征在于，包括：电压转换模块、第一仿真模块、第二仿真模块以及负载模块；
所述电压转换模块连接直流电源、所述第一仿真模块、所述第二仿真模块以及所述负载模块，用于对所述直流电源输入的电能进行电压转换，并通过转换后的电能为所述第一仿真模块、所述第二仿真模块以及所述负载模块供电，以仿真所述总线集成计算机的电源；
所述第一仿真模块，用于进行开关量的输入和输出，以仿真所述总线集成计算机的输入/输出接口；
所述第二仿真模块，用于以预设总线接口的总线电路进行信号传输，以仿真所述总线集成计算机的总线接口；
所述负载模块为恒功率负载模块，用于仿真所述总线集成计算机中除所述电源、所述输入/输出接口以及所述总线接口以外的其他器件；
其中，所述电压转换模块包括：第一转换单元、第二转换单元以及第三转换单元；
所述第一转换单元连接所述直流电源、控制信号端、所述第一仿真模块、所述第二仿真模块以及所述负载模块，用于在所述控制信号端输入的控制信号的控制下，将所述直流电源输出的电能的电压值由第一电压转换为第二电压，并通过所述第二电压的电能为所述第一仿真模块、所述第二仿真模块以及所述负载模块供电；
所述第二转换单元连接所述直流电源、所述控制信号端以及所述负载模块，用于在所述控制信号端输入的控制信号的控制下，将所述直流电源输出的电能的电压由所述第一电压转换为第三电压，并通过所述第三电压的电能为所述负载模块供电；
所述第三转换单元连接所述第一转换单元和所述负载模块，用于基于预设直流电压转换芯片的输入输出电压特性，将所述第一转换单元输出的第二电压转换为第四电压，并通过所述第四电压的电能为所述负载模块供电；
其中，所述第一电压大于所述第二电压和所述第三电压，所述第二电压大于所述第四电压。
2.根据权利要求1所述的仿真模型，其特征在于，
所述第一转换单元为第一Buck电路，所述第二转换单元为第二Buck电路；
所述第一Buck电路和所述第二Buck电路的工作模式均为电感电流连续工作模式，所述第一Buck电路中的各个器件的参数由所述第一电压和所述第二电压获取，所述第二Buck电路中的各个器件的参数由所述第一电压和所述第三电压获取。
3.根据权利要求2所述的仿真模型，其特征在于，所述电压转换模块包括：第一滤波单元和第二滤波单元；
所述第一滤波单元和所述第二滤波单元均为三阶巴特沃斯型低通滤波器；
所述第一滤波单元连接所述第一转换单元，用于对所述第一转换单元输出的电能进行滤波处理；
所述第二滤波单元连接所述第二转换单元，用于对所述第二转换单元输出的电能进行滤波处理。
4.根据权利要求2所述的仿真模型，其特征在于，所述电压转换模块包括：反馈控制单元；
所述反馈控制单元连接所述第一转换单元和所述控制信号端，用于获取所述第一转换单元输出的电能的电压值与对应的标准电压值的差值，对所述差值和所述控制信号输出的控制信号的标准占空比求和，获取目标占空比，以及将所述目标占空比设置为所述控制信号端输出的控制信号的占空比。
5.根据权利要求1所述的仿真模型，其特征在于，所述第一仿真模块包括：用于进行开关量的输入的第一继电器和第二继电器，以及用于进行开关量输出的第一光电耦合器和第二光电耦合器；
其中，所述第一继电器的输入端和所述第一光电耦合器的输入端均接入第一电平信号，所述第二继电器的输入端和所述第二光电耦合器的输入端均接入第二电平信号，所述第一电平信号的电压值大于所述第二电平信号的电压值。
6.根据权利要求1所述的仿真模型，其特征在于，所述第二仿真模块包括：预设总线接口的总线接口电路和数据信号端；
所述数据信号端连接所述总线接口电路的总线转换芯片的信号接收引脚和信号发生引脚。
7.一种总线集成计算机的仿真测试方法，其特征在于，用于通过权利要求1-6任一项所述的仿真模型对总线集成计算机进行仿真测试，所述方法包括：
获取第一仿真测试结果，所述第一仿真测试结果为所述第一仿真模块和所述第二仿真模块未使能的情况下，所述负载模块的电压值和电流值；
获取第二仿真测试结果，所述第二仿真测试结果为所述第一仿真模块和所述第二仿真模块使能的情况下，所述负载模块的电压值和电流值；
根据所述第一仿真测试结果和所述第二仿真测试结果，获取***电路对所述总线集成计算机的影响。
8.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器和处理器，存储器用于存储计算机程序；处理器用于在调用计算机程序时执行权利要求7所述的总线集成计算机的仿真测试方法。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现权利要求7所述的总线集成计算机的仿真测试方法。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102156760A (zh) * 2010-08-23 2011-08-17 北京航空航天大学 基于Saber的电路故障仿真分析方法
CN203849578U (zh) * 2014-03-14 2014-09-24 中国人民解放军空军第一航空学院 飞机导航设备模拟训练***
CN106575106A (zh) * 2014-08-15 2017-04-19 帝斯贝思数字信号处理和控制工程有限公司 用于仿真可连接到调节装置上的***电路设备的仿真装置和方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080127006A1 (en) * 2006-10-27 2008-05-29 International Business Machines Corporation Real-Time Data Stream Decompressor
CN211603869U (zh) * 2020-03-17 2020-09-29 南方电网科学研究院有限责任公司 用于连接物理仿真平台与计算机计算平台的接口装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102156760A (zh) * 2010-08-23 2011-08-17 北京航空航天大学 基于Saber的电路故障仿真分析方法
CN203849578U (zh) * 2014-03-14 2014-09-24 中国人民解放军空军第一航空学院 飞机导航设备模拟训练***
CN106575106A (zh) * 2014-08-15 2017-04-19 帝斯贝思数字信号处理和控制工程有限公司 用于仿真可连接到调节装置上的***电路设备的仿真装置和方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Saber―一种电路仿真软件应用;范辉 等;《电脑开发与应用》;20050830(第08期);全文 *
基于ADAM-5000的RS-485总线分布式***仿真;唐红奇 等;《兵工自动化》;20051015;第24卷(第05期);全文 *
基于Saber的弹载二次电源***建模与仿真;丁旭 等;《火力与指挥控制》;20180515;第43卷(第05期);全文 *

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