嵌入式协同智能控制器

摘要

本发明一种嵌入式协同智能控制器，涉及智能控制技术领域，是基于神经内分泌系统的生长激素双向调节原理设计的，具备双向调节和自适应能力及支持远程访问等特点。它包括输入接口电路(16)、程序及数据存储器(17)、存储接口电路(18)、SDRAM存储器(19)、输出接口电路(20)、处理器(21)和通讯接口电路(22)以电信号连接方式组成，其特点是，控制算法模块(6)包括用于产生偏差的比较环节(2)，用于快速消除控制偏差的增强控制单元(3)和用于稳定消除控制偏差的抑制控制单元(4)及用于双向协调控制效果的协同控制单元(5)。相对传统PID控制器，本发明有更好的稳定性和鲁棒性及抗干扰能力。

主权项

1.一种嵌入式协同智能控制器，其特征是，构成协同控制器的控制算法模块(6)包括比较环节(2)、增强控制单元(3)、抑制控制单元(4)和协同控制单元(5)四部分，其中，比较环节(2)主要起产生控制偏差的作用，增强控制单元(3)主要起快速消除控制偏差的作用，抑制控制单元(4)则起稳定消除控制偏差的作用，在协同控制单元(5)的协调下，增强控制单元(3)和抑制控制单元(4)协同工作；所述的比较环节(2)及其算法：比较环节主要完成输入信号(1)和反馈信号(15)的比较，产生控制偏差(14)，令r(t)表示输入信号，b(t)表示反馈信号，e(t)表示控制偏差，则有:e(t)＝r(t)-b(t) ①所述的增强控制单元(3)及其算法：对应生长激素的GHRH神经调节单元，其作用主要是快速消除控制偏差；受启发于GHRH神经调节单元的调节机制，根据激素分泌调节规律，设计增强控制单元的控制算法：根据控制偏差e(t)的大小和变化率e(t)信息，实时调整增强控制单元的输出信号，使增强控制单元的控制输出信号能够快速消除控制偏差；当控制偏差较大时，增强控制单元控制作用较强；当控制偏差较小的时候，增强控制单元控制作用较弱；设增强控制单元的输出为：$u_{+}\left(t\right)=\alpha ·f_{+}(e\left(t\right),\stackrel{·}{e}\left(t\right))$②其中，u+(t)为增强控制单元的输出信号(12)；f+(·)为增强控制单元的辅助控制规律，可以选择传统PID规律或模糊控制规律作为其具体辅助控制规律；α为增强因子，且大于1；所述的抑制控制单元(4)及其算法：对应生长激素的SRIF神经调节单元，其作用主要是配合增强控制单元，以稳定消除控制偏差；受启发于SRIF神经调节单元的调节机制，设计抑制控制单元的控制算法：为快速稳定消除控制偏差，设计抑制控制单元的控制作用与增强控制单元的控制作用相反；当偏差比较大的时候，抑制控制单元作用比较弱或不起作用；当偏差比较小的时候，抑制作用比较强，使增强控制作用减弱，进而稳定消除控制偏差；设抑制控制单元的输出为：$u_{-}\left(t\right)=\beta ·f_{-}(e\left(t\right),\stackrel{·}{e}\left(t\right))$③其中，u_(t)为抑制控制单元的输出信号(13)；f_(·)为抑制控制单元的辅助控制规律，可以选择传统PID规律或模糊控制规律作为其具体辅助控制规律；β为抑制因子，且β>0；所述的协同控制单元(5)及其算法：为了提高双向调节智能控制器的控制效果，设计协同控制算法至关重要，根据生长激素分泌机理：当GHRH浓度高于SRIF浓度时，GH分泌增多；当GHRH浓度低于SRIF浓度时，则GH分泌减少；当GHRH浓度和SRIF浓度相同时，GH分泌处于静止状态，即保持原浓度不变；据此，协同控制单元的动态输出应为：Δu(t)＝fo(u+(t)-u-(t)) ④其中，Δu(t)是协同控制单元的输出信号(7)的动态增量；fo(·)为协同控制单元的控制规律；协同控制规律应满足以下条件：当增强控制单元的输出信号大于抑制控制单元的输出信号即(u+(t)-u-(t))>0时，协同控制单元的动态输出大于零，也即协同控制单元的输出信号是增加的；反之，如果(u+(t)-u-(t))<0时，则其输出信号是减小的；当(u+(t)-u-(t))＝0时，其输出信号保持原信号不变；其中，选择fo(·)为线性函数，即fo(·)＝λ·(·)，λ为正实数；据此，将②式和③式分别代入④式，则有：$\mathrm{\Delta u}\left(t\right)=\lambda ·(\alpha ·f_{+}(e\left(t\right),\stackrel{·}{e}\left(t\right))-\beta ·f_{-}(e\left(t\right),\stackrel{·}{e}\left(t\right)))$⑤从而有：u(t)＝u(t-1)+Δu(t) ⑥其中，u(t)，u(t-1)分别表示当前控制周期和前一控制周期协同控制单元的全量输出信号；遵循增强生长激素GHRH和抑制生长激素SRIF的分泌机理，分别设计协同控制器的增强因子α和抑制因子β，根据生长激素的上升分泌规律，设计α的调节规律：$\alpha =A_1·\frac{{\left|e\left(t\right)\right|}^{n_1}}{A_2+{\left|e\left(t\right)\right|}^{n_1}}+A_3$⑦其中，|e(t)|为控制偏差的绝对值，与激励激素信号对应；A1，A2，A3，n1均为大于零的实数，且A3表示调节初始值；显然，随着|e(t)|的增大，α随之增大；反之，α随之减少；同样，根据生长激素的下降分泌规律，设计β的调节规律：$\beta =\delta ·(B_1·\frac{1}{B_2+{\left|e\left(t\right)\right|}^{n_2}}+B_3)$⑧其中，B1，B2，B3，n2均为大于零的实数，且B3表示调节初始值；δ为失效因子，当|e(t)|≥ε(阈值ε为正实数)时δ＝0.0，否则δ＝1.0；阈值ε的取值根据实际情况确定；同样，随着|e(t)|的增大，β随之减小；反之，α随之增大。