扫描式PI参数自寻优控制器

摘要

一种扫描式PI参数自寻优控制器，PI参数自寻优模块进行PI参数寻优过程如下：首先，采样周期设定子模块通过数模转换器给被控对象一个阶跃信号，测出系统的阶跃响应曲线。然后根据阶跃响应曲线自动寻找T_d，再计算出采样周期T_s；PI参数扫描范围设定子模块确定被控系统的稳态增益的倒数A及PI参数的扫描范围；PI参数性能扫描子模块分别对N×N组(K_p，K_i)参数中的每组参数作处理；满意度映射及价格函数子模块根据用户事先设定的规则，计算出上升时间RT的满意度，并根据用户事先设计的价格函数形式，计算出价格函数CostFC；基于层截面颗粒度分析的PI参数选优子模块，找出面积最大的颗粒的中心对应的(K_p，K_i)作为PI参数寻优的结果。

主权项

1、一种扫描式PI参数自寻优控制器，其特征在于包括PI参数自寻优模块和PI控制器模块；PI参数自寻优模块包含按任务执行的先后顺序串行连接的5个子模块，依次是采样周期设定子模块、PI参数扫描范围设定子模块、PI参数性能扫描子模块、满意度映射及价格函数子模块以及基于层截面颗粒度分析的PI参数选优子模块；各个模块之间的数据传递采用控制主机的共享内存的方式实现；各个模块的预设电压与反馈电压之间的误差信号经过模数转换器采样作为输入，利用工控机的处理器对采用信号作相应的存储和处理，需要输出时把相应的数字结果通过数模转换器输出，以控制被控对象的动作行为；各个子模块共享数据输入输出端口以及控制信号，其功能划分和执行由工控机中的固件程序决定；PI参数自寻优模块和PI控制器模块在闭环上的连接通过软开关来切换：系统正常工作前，开关打向PI参数自寻优模块，由PI参数自寻优模块进行PI参数寻优，并将选优的结果Kp和Ki传递给PI控制器模块；系统正常工作时，开关打向PI控制模块，由PI控制模块执行控制功能：在闭环情况下，每隔一个Ts的时间启动模数转换器对误差信号Error采样一次，并计算出一个控制量通过数模转换器输出到被控系统；PI参数自寻优模块进行PI参数寻优过程如下述：首先，在系统开环的情况下，采样周期设定子模块通过数模转换器给被控对象一个阶跃信号，通过模数转换器不间断地读取Error信号，即测出系统的阶跃响应曲线，然后，根据阶跃响应曲线自动寻找Td，再计算出采样周期Ts；PI参数扫描范围设定子模块确定被控系统的稳态增益的倒数A及PI参数的扫描范围；PI参数性能扫描子模块分别对N×N组(Kp，Ki)参数中的每组参数作处理；满意度映射及价格函数子模块根据用户事先设定的规则，计算出上升时间RT的满意度，并根据用户事先设计的价格函数形式，计算出价格函数CostFC；基于层截面颗粒度分析的PI参数选优子模块首先将价格函数曲面归一化到0～1之间，然后用一系列的Z平面去截取价格函数曲面，价格函数曲面在截面之上的位置标记为1，在截面之下的位置标记为0，得到一幅二值的黑白图像，然后对得到的黑白图像作数学形态学操作，以消去图像中的白色小颗粒以及大颗粒之间的线状连接，最后对处理过的黑白图像作颗粒分析，找出面积最大的颗粒的中心对应的Kp，Ki作为PI参数寻优的结果。