[發(fā)明專利]基于智能控制算法的PAC控制器的設(shè)計方法

有效

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• 申請日: 2016-02-26
• 公開（公告）號: CN105759607B
• 公開（公告）日: 2018-08-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳雙葉;馮超;丁迎來
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

本發(fā)明公開了基于智能控制算法的PAC控制器的設(shè)計方法，本發(fā)明在傳統(tǒng)PAC控制器的基礎(chǔ)上，采用了改進PID控制算法、變論域模糊PID控制算法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制算法等智能控制算法，能夠提高控制精度，提高控制響應，滿足更高的控制要求。在網(wǎng)絡(luò)通訊方面，在傳統(tǒng)的串口232、485的基礎(chǔ)上增加了以太網(wǎng)、CAN總線等通訊方式，使用Modbus?RTU、Modbus?TCP、CANopen，自定義協(xié)議等，來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。在常規(guī)PID的基礎(chǔ)上增加了防止積分飽和算法、對控制變量進行微分、微分先行等算法，能夠顯著提高PID的效果，提高了響應時間，減小控制超調(diào)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)自動控制領(lǐng)域，涉及嵌入式PAC控制器的設(shè)計，高精度溫度控制,智能控制算法等。

背景技術(shù)

在工業(yè)制造業(yè)生產(chǎn)過程中，對控制的需求越來越高。PAC控制器在控制性能上、信息處理上以及網(wǎng)絡(luò)通訊能力上具有一些比較顯著的優(yōu)點。PAC控制器結(jié)合了PLC固有的可靠性、堅固性和分布特性，同時與PC控制相比，PAC使用實時操作系統(tǒng)，在處理性能上具有實時性、確定性等PC機不可比擬的優(yōu)點。然而傳統(tǒng)的PAC控制器在控制算法上比較單一，在涉及一些復雜算法時，經(jīng)常采用的方法是與PC機等方式進行結(jié)合控制，也暴露出一些缺陷，例如：控制的效果差，通訊的延遲性，成本的增加。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)中提出的問題，本發(fā)明的目的是：提高控制系統(tǒng)的控制性能，采用了改進PID控制算法、變論域模糊PID控制算法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的PID控制算法，能夠提高控制精度，提高控制響應。另外提高了采集信號的可擴展性，模擬量輸入信號可以為電壓信號或者是電流信號以及電阻等信號。在網(wǎng)絡(luò)通訊方面，在傳統(tǒng)的串口232、485的基礎(chǔ)上增加了以太網(wǎng)、CAN總線等通訊方式，使用Modbus-RTU、Modbus-TCP、CANopen，自定義協(xié)議等，來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通。

本發(fā)明是基于一種智能控制裝置實現(xiàn)的，所述的智能控制裝置主要包括以下幾個部分：

1、傳感器采樣電路，該電路包括電壓、電流、電阻信號的采樣信號調(diào)理電路，以期實現(xiàn)傳感器的信號高精度采集，如壓力變送器、PT100溫度傳感器、角度傳感器、4～20mA的電流傳感器等。

2、控制輸出電路，含有隔離單元，使用固態(tài)繼電器控制大電壓大電流。使用PWM輸出信號，控制輸出精度高。

3、用于參與運算的微控制器，以及以太網(wǎng)通訊電路，232、485、CAN總線通訊電路，復位電路，看門狗電路。

4、確保電源穩(wěn)定的電源模塊電路。

傳感器通過輸入信號調(diào)理電路與微控制器相交互。

本發(fā)明是提出了一些智能控制算法及實現(xiàn)，主要包括以下幾個部分：

步驟一：設(shè)計了PID自整定算法，常見的工業(yè)控制對象具有非線性、時變性以及不確定性等因素，導致PID參數(shù)采用人工整定的方法比較耗費時間，整定的效果也比較差，在本發(fā)明中增加了PID自整定的算法，能夠自動確定設(shè)備運行的PID參數(shù)，節(jié)省了時間，提高了控制效果。

步驟二：另外在傳統(tǒng)的PID控制基礎(chǔ)上，增加了防止積分飽和算法、對控制變量進行微分、微分先行等算法，能夠顯著提高PID的效果，提高了響應時間，減小控制超調(diào)量。

步驟三：由于控制對象的非線性、時變性以及不確定性等因素，僅僅使用PID控制，控制效果比較差。該方法在改進了常規(guī)PID控制方法的基礎(chǔ)上，增加了模糊控制算法，通過建立模仿人類知識語言的模糊規(guī)則表，以及隸屬度函數(shù)來進行模糊控制運算，使用模糊控制與常規(guī)PID控制相結(jié)合的方式，能夠提高控制器在控制對象具有非線性、時變性以及不確定性因素的控制效果。