一种模糊自适应PID算法

技术领域

本发明涉及PID算法技术领域，尤其涉及一种模糊自适应PID算法。

背景技术

在过程控制中，按偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)进行控制的PID控制器(亦称PID调节器)是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象──“一阶滞后+纯滞后”与“二阶滞后+纯滞后”的控制对象，PID控制器是一种最优控制。PID调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定方式简便，结构改变灵活。

很多的控制器中的斩波调压模式都会运用PID算法，现有传统吹瓶机控制器仅仅实现了调压功能，但大多精度不高，无法自适应电网波动、畸变，在生产过程中若调压无法自适应电网，传动的PID算法在计算的过程中会受到电网波动对其进行计算的影响，降低了计算的精度。

发明内容

基于背景技术中提出的很多的控制器中的斩波调压模式都会运用PID算法，传动的PID算法在计算的过程中会受到电网波动对其进行计算的影响，降低了计算的精度的技术问题，本发明提出了一种模糊自适应PID算法。

本发明提出的一种模糊自适应PID算法，包括自适应调压调温吹瓶机控制器，所述自适应调压调温吹瓶机控制器包括有包括微处理控制器模块(CPU)、RS485通信模块、温度采集模块、DA输出模块、负载反馈模块、脉冲输出模块、过零检测和相序检测模块，所述自适应调压调温吹瓶机控制器的基本流程包括有上电、初始化、LED程序开启、Modbus程序执行和模式切换，所述模式切换包括有斩波调压模式与温控模式两种模式，且斩波调压模式运用了模糊自适应PID算法,所述模糊自适应PID算法包括模糊算法原理和斩波调压控制系统方框图两个组成部分。

优选地，所述模糊自适应PID算法包括以下流程：

S1.确定输入、输出接口的取值范围,电压值偏差E为[-220,220]；本控制器采用PI控制算法，输出Kp取值范围为[0,0.1]，Ki取值范围为[0,1]；

S2.论域划分，将输出、输入变量都设定为{-3，-2，-1,0，1,2,3}7个等级；

S3.模糊子集确定，模糊子集采用“反大”“反小”“正好”“正小”“正大”五个模糊子集；

S4.隶属度函数选择，选用三角形隶属度函数，得到各变量隶属度赋值表；

S5.模糊规则设计，根据调试经验，分别配置Kp、Ki对E的模糊规则控制表，并转化成(If-Then)机器语言；

S6.推理与解模糊化接口设计，通过重心算法得到Kp、Ki的实际输出值公式如下：

S7.代入增量式PI算法中：

Δu

S8.将控制量传递给脉冲输出模块；

S9.脉冲输出模块输出斩波信号，控制可控硅输出角，对输出交流电压进行精准闭环控制。

优选地，所述重心算法式中：

K

优选地，所述增量式PI算法的式中：

k—采样序号；u

优选地，所述脉冲输出模块采用光耦与双向可控硅的组合，其功能是收到CPU的驱动信号后，通过一个100微妙的脉冲，对双向可控硅的开断进行控制，实现斩波调压。

优选地，所述微处理控制器模块选用STM32H750XB芯片作为CPU，其功能为数据处理和计算；所述RS485通信模块选用MAX485芯片，其功能是通过Modbus协议与触摸屏和上位机软件通信，实现人机互动。

优选地，所述负载反馈模块采用AC-AC变压器和全波整流电路，将负载两端的电压进行滤波整流传递给CPU，通过均方差算法得到精准的输出电压实际值；所述过零检测和相序检测模块都是通过IO口中断实现的，过零检测的功能是实现分相控制，相序检测的功能是实现相序报警。

优选地，所述温度采集模块选用AD7124芯片，其功能是将PT100温度传感器采集到的模拟量数据转化为数字量数据，并通过SPI协议传递给CPU；DA输出模块选用MAX5214芯片，通过SPI协议将CPU计算得到的数字量转换成模拟量输出0-10V直流电。

优选地，所述斩波调压模式流程包括有相序检测程序、过零检测程序、负载反馈程序判断设定值有效性、模糊自适应PID算法、判断PWM值有效性和斩波程序九个流程，且模糊自适应PID算法：CPU对负载反馈得到的输出实际值和设定值的偏差进行计算，得到PWM值。

本发明中的有益效果为：

1、该模糊自适应PID算法，通过模糊自适应PID算法对控制系统进行优化，实现对输出电压的精准闭环控制，有效降低电网波动对控制系统产生的影响。

2、该模糊自适应PID算法，通过采用模糊自适应算法对控制系统进行优化，本控制器通过模糊算法对增量式PI控制算法进行优化，有效减小电网波动对输出电压的影响，实现对交流电压的精准闭环控制。

该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

附图说明

图1为本发明提出的一种模糊自适应PID算法的模糊算法原理结构示意图；

图2为本发明提出的一种模糊自适应PID算法的控制系统方框结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

下面详细描述本专利的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利，而不能理解为对本专利的限制。

在本专利的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利的限制。

在本专利的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。

参照图1-2，一种模糊自适应PID算法，包括自适应调压调温吹瓶机控制器，自适应调压调温吹瓶机控制器包括有包括微处理控制器模块(CPU)、RS485通信模块、温度采集模块、DA输出模块、负载反馈模块、脉冲输出模块、过零检测和相序检测模块，自适应调压调温吹瓶机控制器的基本流程包括有上电、初始化、LED程序开启、Modbus程序执行和模式切换，模式切换包括有斩波调压模式与温控模式两种模式，且斩波调压模式运用了模糊自适应PID算法,模糊自适应PID算法包括模糊算法原理和斩波调压控制系统方框图两个组成部分，斩波调压PID，是根据目示电压值，对当前采集到的电压值进行PID运算，得到对应的脉冲输出信号，对市电进行斩波调压，输出精准电压值；温度PID，是根据目标温度，对当前采集到的的温度信号进行PID计算，输出电压值，驱动伺服电机控制风机转动速度，达到对温度的精准调控。

本发明中，模糊自适应PID算法包括以下流程：

S1.确定输入、输出接口的取值范围,电压值偏差E为[-220,220]；本控制器采用PI控制算法，输出Kp取值范围为[0,0.1]，Ki取值范围为[0,1]；

S2.论域划分，将输出、输入变量都设定为{-3，-2，-1,0，1,2,3}7个等级；

S3.模糊子集确定，模糊子集采用“反大”“反小”“正好”“正小”“正大”五个模糊子集；

S4.隶属度函数选择，选用三角形隶属度函数，得到各变量隶属度赋值表；

S5.模糊规则设计，根据调试经验，分别配置Kp、Ki对E的模糊规则控制表，并转化成(If-Then)机器语言；

S6.推理与解模糊化接口设计，通过重心算法得到Kp、Ki的实际输出值公式如下：

S7.代入增量式PI算法中：

Δu

S8.将控制量传递给脉冲输出模块；

S9.脉冲输出模块输出斩波信号，控制可控硅输出角，对输出交流电压进行精准闭环控制。

本发明中，重心算法式中：

K

本发明中，增量式PI算法的式中：

k—采样序号；u

本发明中，脉冲输出模块采用光耦与双向可控硅的组合，其功能是收到CPU的驱动信号后，通过一个100微妙的脉冲，对双向可控硅的开断进行控制，实现斩波调压。

本发明中，微处理控制器模块选用STM32H750XB芯片作为CPU，其功能为数据处理和计算；RS485通信模块选用MAX485芯片，其功能是通过Modbus协议与触摸屏和上位机软件通信，实现人机互动。

本发明中，负载反馈模块采用AC-AC变压器和全波整流电路，将负载两端的电压进行滤波整流传递给CPU，通过均方差算法得到精准的输出电压实际值；过零检测和相序检测模块都是通过IO口中断实现的，过零检测的功能是实现分相控制，相序检测的功能是实现相序报警。

本发明中，温度采集模块选用AD7124芯片，其功能是将PT100温度传感器采集到的模拟量数据转化为数字量数据，并通过SPI协议传递给CPU；DA输出模块选用MAX5214芯片，通过SPI协议将CPU计算得到的数字量转换成模拟量输出0-10V直流电。

本发明中，斩波调压模式流程包括有相序检测程序、过零检测程序、负载反馈程序判断设定值有效性、模糊自适应PID算法、判断PWM值有效性和斩波程序九个流程，且模糊自适应PID算法：CPU对负载反馈得到的输出实际值和设定值的偏差进行计算，得到PWM值。

通过模糊自适应PID算法对控制系统进行优化，实现对输出电压的精准闭环控制，有效降低电网波动对控制系统产生的影响，本控制器通过模糊算法对增量式PI控制算法进行优化，有效减小电网波动对输出电压的影响，实现对交流电压的精准闭环控制。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。