本發(fā)明涉及電源管理控制，具體地說(shuō)，涉及一種熱紅外探測(cè)系統(tǒng)的電源管理控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、一種熱紅外探測(cè)系統(tǒng)的電源管理控制系統(tǒng)旨在提高復(fù)雜負(fù)載環(huán)境下的供電分配效率和主備電源切換的穩(wěn)定性，通過(guò)熵權(quán)優(yōu)化負(fù)載調(diào)節(jié)技術(shù)和非線性預(yù)測(cè)切換優(yōu)化技術(shù)，控制負(fù)載波動(dòng)性對(duì)供電的影響和主備電源切換延遲，實(shí)現(xiàn)高效、精準(zhǔn)和穩(wěn)定的電源管理。

2、現(xiàn)有的電源管理控制系統(tǒng)通常難以在動(dòng)態(tài)負(fù)載波動(dòng)場(chǎng)景中優(yōu)先保障關(guān)鍵模塊的供電需求，同時(shí)兼顧全局的供電能效優(yōu)化，且由于主電源狀態(tài)下降不可提前預(yù)判以及備用電源響應(yīng)路徑能量損耗較高，會(huì)導(dǎo)致關(guān)鍵模塊因波動(dòng)性大而供電不足、系統(tǒng)整體能效降低，以及主備電源切換過(guò)程中的切換延遲和能量浪費(fèi)的問(wèn)題，因此，設(shè)計(jì)一種熱紅外探測(cè)系統(tǒng)的電源管理控制系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種熱紅外探測(cè)系統(tǒng)的電源管理控制系統(tǒng)，以解決上述背景技術(shù)中提出的由于主電源狀態(tài)下降不可提前預(yù)判以及備用電源響應(yīng)路徑能量損耗較高，會(huì)導(dǎo)致關(guān)鍵模塊因波動(dòng)性大而供電不足、系統(tǒng)整體能效降低，以及主備電源切換過(guò)程中的切換延遲和能量浪費(fèi)的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明目的在于提供了一種熱紅外探測(cè)系統(tǒng)的電源管理控制系統(tǒng)，包括：

3、電源轉(zhuǎn)換分配單元，所述電源轉(zhuǎn)換分配單元用于將外部28v直流電源通過(guò)dc/dc變換器轉(zhuǎn)換為多路電壓，并按模塊需求進(jìn)行初次分配電壓；

4、還包括電壓監(jiān)測(cè)穩(wěn)控單元，所述電壓監(jiān)測(cè)穩(wěn)控單元使用高精度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中各模塊的供電電壓狀態(tài)；

5、還包括電流保護(hù)限流單元，所述電流保護(hù)限流單元使用浪涌抑制電路和快速限流技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供電電流狀態(tài)，為紅外傳感器提供多級(jí)保護(hù)；

6、還包括動(dòng)態(tài)負(fù)載調(diào)節(jié)單元，所述動(dòng)態(tài)負(fù)載調(diào)節(jié)單元根據(jù)負(fù)載實(shí)時(shí)需求，使用熵權(quán)優(yōu)化負(fù)載調(diào)節(jié)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)負(fù)載波動(dòng)的熵值變化與優(yōu)先級(jí)權(quán)重動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊供電；

7、還包括冗余電源切換單元，所述冗余電源切換單元使用非線性預(yù)測(cè)切換優(yōu)化技術(shù)預(yù)測(cè)主備用電源狀態(tài)變化優(yōu)化切換路徑，在主電源失效時(shí)立即按照切換路徑和切換時(shí)間進(jìn)行電源切換。

8、所述電源轉(zhuǎn)換分配單元包括二次電源模塊和電壓分配控制模塊；

9、其中，所述二次電源模塊使用dc/dc變換器將外部28v直流電源轉(zhuǎn)換為多路電壓，包括+5v、+12v、+15v和-15v；

10、所述電壓分配控制模塊將二次電源模塊輸出的多路電壓根據(jù)模塊需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)初次分配，具體如下：

11、s1.1、為熱紅外探測(cè)系統(tǒng)中的圖像處理模塊分配電壓；

12、s1.2、為熱紅外探測(cè)系統(tǒng)中的紅外傳感器模塊分配電壓；

13、s1.3、為輔助功能模塊、模擬電路以及濾波電路提供電壓；

14、其中，所述圖像處理模塊和紅外傳感器模塊是熱紅外探測(cè)系統(tǒng)中的模塊。

15、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述電壓監(jiān)測(cè)穩(wěn)控單元包括電壓采集模塊和電壓分析報(bào)警模塊；

16、其中，所述電壓采集模塊實(shí)時(shí)采集熱紅外探測(cè)系統(tǒng)內(nèi)所有供電路徑的多通道電壓數(shù)據(jù)，覆蓋圖像處理模塊和紅外傳感器模塊；

17、所述電壓分析報(bào)警模塊用于實(shí)時(shí)分析采集的多通道電壓數(shù)據(jù)，判斷是否超出預(yù)設(shè)范圍，并在檢測(cè)到異常時(shí)發(fā)送報(bào)警信號(hào)，具體如下：

18、s2.1、針對(duì)不同模塊的供電需求，設(shè)定不同的電壓安全范圍，當(dāng)電壓偏離安全范圍時(shí)，觸發(fā)報(bào)警；

19、s2.2、電壓分析報(bào)警模塊支持led指示、聲光報(bào)警以及信號(hào)輸出報(bào)警方式。

20、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述電流保護(hù)限流單元包括emi濾波模塊、浪涌抑制模塊和快速限流模塊；

21、其中，所述用于抑制電源輸入端的電磁干擾，采用低通濾波器結(jié)構(gòu)，抑制高頻電磁噪聲，允許直流電流及低頻信號(hào)通過(guò)，結(jié)合共模電感和差模電容，分別針對(duì)共模干擾和差模干擾進(jìn)行濾波；

22、所述浪涌抑制模塊用于保護(hù)系統(tǒng)免受電壓浪涌影響,?結(jié)合氣體放電管和瞬態(tài)抑制二極管抑制浪涌;

23、所述快速限流模塊采用高精度電流傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)供電電流狀態(tài)，在過(guò)載、短路以及異常電流波動(dòng)時(shí)，迅速限制電流流入系統(tǒng)模塊。

24、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述動(dòng)態(tài)負(fù)載調(diào)節(jié)單元包括負(fù)載實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊和負(fù)載調(diào)節(jié)優(yōu)化模塊；

25、其中，所述負(fù)載實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)獲取各模塊的負(fù)載需求數(shù)據(jù)，包括每個(gè)模塊的負(fù)載需求和負(fù)載波動(dòng)幅度，以及熱紅外探測(cè)系統(tǒng)的總負(fù)載功耗；

26、所述負(fù)載調(diào)節(jié)優(yōu)化模塊基于各模塊的負(fù)載需求數(shù)據(jù)，使用熵權(quán)優(yōu)化負(fù)載調(diào)節(jié)技術(shù)，根據(jù)負(fù)載波動(dòng)的熵值變化和優(yōu)先級(jí)權(quán)重，動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊的供電分配；

27、其中，所述熵權(quán)優(yōu)化負(fù)載調(diào)節(jié)技術(shù)通過(guò)將熱力學(xué)熵增原理與拉格朗日優(yōu)化方法相結(jié)合，對(duì)各模塊的負(fù)載需求進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與計(jì)算。

28、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述負(fù)載實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊實(shí)時(shí)獲取各模塊的負(fù)載需求數(shù)據(jù)，包括每個(gè)模塊的負(fù)載需求、負(fù)載波動(dòng)幅度以及負(fù)載需求分布概率，具體方法步驟如下：

29、s4.1.1、定義系統(tǒng)模塊集為、監(jiān)測(cè)周期為；通過(guò)電壓傳感器和電流傳感器實(shí)時(shí)采集各模塊的電壓和電流；

30、其中，所述為熱紅外探測(cè)系統(tǒng)的模塊；為熱紅外探測(cè)系統(tǒng)的模塊總數(shù)；為開(kāi)始監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)；為結(jié)束監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)；為監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)總數(shù)；為模塊標(biāo)號(hào)，;為監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)標(biāo)號(hào)，；為模塊在監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)的電壓；為模塊在監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)的電流；

31、s4.1.2、計(jì)算模塊在監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)的負(fù)載需求：

32、；

33、s4.1.3、基于所有模塊的負(fù)載需求，構(gòu)建在監(jiān)測(cè)周期內(nèi)的負(fù)載需求矩陣：

34、；

35、s4.1.4、計(jì)算模塊的負(fù)載波動(dòng)幅度：

36、；

37、；

38、其中，為模塊的負(fù)載波動(dòng)幅度；為模塊在監(jiān)測(cè)周期內(nèi)的平均負(fù)載需求；

39、s4.1.5、模塊在監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)的負(fù)載需求離散化為??個(gè)區(qū)間：

40、；

41、其中，為負(fù)載需求離散區(qū)間；為負(fù)載需求離散區(qū)間的下限值；為負(fù)載需求離散區(qū)間的上限值；為負(fù)載需求離散區(qū)間總區(qū)間數(shù)；

42、統(tǒng)計(jì)負(fù)載負(fù)載需求在各區(qū)間的出現(xiàn)次數(shù)，計(jì)算負(fù)載需求分布概率：

43、；

44、其中，為負(fù)載需求分布概率；為模塊的負(fù)載需求在監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)落入負(fù)載需求離散區(qū)間的出現(xiàn)次數(shù)；為模塊在監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)的總負(fù)載需求采樣次數(shù)。

45、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述負(fù)載調(diào)節(jié)優(yōu)化模塊基于各模塊的負(fù)載需求數(shù)據(jù)，使用熵權(quán)優(yōu)化負(fù)載調(diào)節(jié)技術(shù)，根據(jù)負(fù)載波動(dòng)的熵值變化和優(yōu)先級(jí)權(quán)重，動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊的供電分配，具體方法步驟如下：

46、s4.2.1、根據(jù)熱力學(xué)熵增原理，將模塊負(fù)載需求的波動(dòng)特性類(lèi)比為熱力學(xué)系統(tǒng)的無(wú)序變化，定義負(fù)載需求的信息熵，即為模塊負(fù)載熵值；

47、基于負(fù)載需求分布概率計(jì)算模塊的模塊負(fù)載熵值：

48、；

49、其中，為模塊在監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)的模塊負(fù)載熵值；

50、s4.2.2、基于各模塊優(yōu)先級(jí)權(quán)重，計(jì)算系統(tǒng)總熵值：

51、；

52、其中，為系統(tǒng)總熵值；為模塊的優(yōu)先級(jí)權(quán)重；

53、s4.2.3、基于系統(tǒng)總熵值并結(jié)合供電誤差，構(gòu)建優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)：

54、；

55、約束條件：

56、；

57、；

58、其中，為優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；為系統(tǒng)總熵值權(quán)重因子；為供電誤差權(quán)重因子；為系統(tǒng)的最大供電能力；為模塊的最小供電需求；

59、s4.2.4、基于優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)定義拉格朗日函數(shù)，使用拉格朗日乘子法求解優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)：

60、拉格朗日函數(shù)：

61、；

62、其中，為拉格朗日乘子；

63、對(duì)拉格朗日函數(shù)求偏導(dǎo)，求解出負(fù)載需求的最優(yōu)供電分配；

64、s4.2.5、根據(jù)最優(yōu)供電分配動(dòng)態(tài)調(diào)整模塊供電。

65、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述冗余電源切換單元包括電源狀態(tài)預(yù)測(cè)模塊和路徑優(yōu)化與切換執(zhí)行模塊；

66、其中，所述電源狀態(tài)預(yù)測(cè)模塊基于非線性預(yù)測(cè)切換優(yōu)化技術(shù)中非線性動(dòng)力學(xué)模型，動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)主備用電源狀態(tài)的變化趨勢(shì)；

67、所述路徑優(yōu)化與切換執(zhí)行模塊基于非線性預(yù)測(cè)切換優(yōu)化技術(shù)中費(fèi)馬路徑優(yōu)化原理，動(dòng)態(tài)計(jì)算最小能量損耗的切換路徑，并在主電源失效時(shí)進(jìn)行主備用電源切換；

68、其中，所述非線性預(yù)測(cè)切換優(yōu)化技術(shù)利用非線性動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測(cè)主備用電源狀態(tài)的變化趨勢(shì)，并結(jié)合費(fèi)馬路徑優(yōu)化原理，動(dòng)態(tài)計(jì)算最小能量損耗的切換路徑。

69、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述電源狀態(tài)預(yù)測(cè)模塊基于非線性預(yù)測(cè)切換優(yōu)化技術(shù)中非線性動(dòng)力學(xué)模型，動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)主備用電源狀態(tài)的變化趨勢(shì)，具體方法步驟如下：

70、s5.1.1、基于非線性動(dòng)力學(xué)模型,并根據(jù)主備用電源當(dāng)前狀態(tài)，定義主備用電源狀態(tài)的演化方程：

71、主電源狀態(tài)演化方程：

72、；

73、其中，為在監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)的主電源當(dāng)前狀態(tài)；和為系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)；為在監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)的外部負(fù)載擾動(dòng)；

74、備用電源狀態(tài)演化方程：

75、；

76、其中，為在監(jiān)測(cè)時(shí)間點(diǎn)的備用電源當(dāng)前狀態(tài)；和為系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)；

77、s5.1.2、使用runge-kutta方法對(duì)主電源狀態(tài)演化方程和備用電源狀態(tài)演化方程進(jìn)行數(shù)值解算，預(yù)測(cè)主電源未來(lái)狀態(tài)和備用電源未來(lái)狀態(tài)：

78、；

79、；

80、其中，為預(yù)測(cè)步長(zhǎng)；

81、s5.1.3、設(shè)定主電源下降閾值為和備用電源可用閾值；

82、當(dāng)時(shí)，主電源存在失效風(fēng)險(xiǎn)；

83、當(dāng)時(shí)，備用電源可用；

84、當(dāng)同時(shí)滿足和時(shí)，向路徑優(yōu)化與切換執(zhí)行模塊發(fā)送切換建議信號(hào)。

85、作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述路徑優(yōu)化與切換執(zhí)行模塊基于非線性預(yù)測(cè)切換優(yōu)化技術(shù)中費(fèi)馬路徑優(yōu)化原理，動(dòng)態(tài)計(jì)算最小能量損耗的切換路徑，并在主電源失效時(shí)進(jìn)行主備用電源切換，具體方法步驟如下：

86、s5.2.1、定義切換路徑的總能量損耗如下：

87、；

88、

89、其中，為切換路徑總能量損耗；為切換起始時(shí)間；為切換結(jié)束時(shí)間；為切換路徑動(dòng)態(tài)阻抗；

90、為開(kāi)關(guān)組件引入的固有阻抗；切換過(guò)程中的線路阻抗；

91、s5.2.2、基于切換路徑總能量損耗，構(gòu)建路徑優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)：

92、；

93、對(duì)路徑優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)進(jìn)行求解，得到最優(yōu)切換起始時(shí)間和最優(yōu)切換結(jié)束時(shí)間，并向熱紅外探測(cè)系統(tǒng)發(fā)送電源切換指令；

94、s5.2.3、熱紅外探測(cè)系統(tǒng)使用高速電子開(kāi)關(guān)切換主備電源。

95、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果：

96、1、該一種熱紅外探測(cè)系統(tǒng)的電源管理控制系統(tǒng)中，通熵權(quán)優(yōu)化負(fù)載調(diào)節(jié)技術(shù)，系統(tǒng)可根據(jù)模塊負(fù)載需求的熵值變化動(dòng)態(tài)分配資源，優(yōu)先保障關(guān)鍵模塊穩(wěn)定運(yùn)行。

97、2、該一種熱紅外探測(cè)系統(tǒng)的電源管理控制系統(tǒng)中，通過(guò)非線性預(yù)測(cè)切換優(yōu)化技術(shù)，利用動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測(cè)主備電源狀態(tài)并結(jié)合費(fèi)馬路徑優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)低損耗的主備電源無(wú)縫切換，解決了現(xiàn)有技術(shù)中的供電精準(zhǔn)性和切換時(shí)效性不足的難題。