基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬pid控制系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制系統(tǒng)及方法，其中，所述基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制系統(tǒng)至少包括：預(yù)測模塊，用于將所述模擬參考信號通過數(shù)字預(yù)測算法進(jìn)行預(yù)測，以得到所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的第一模擬控制量；PID控制器，用于根據(jù)所述模擬參考信號與由所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的模擬信號構(gòu)成的反饋信號相減得到的輸入偏差，計(jì)算得到所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的第二模擬控制量，以利用所述第二模擬控制量與所述預(yù)測模塊輸出的第一模擬控制量相加，來控制所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的模擬信號。本發(fā)明采用數(shù)字預(yù)測算法與模擬PID混合控制策略，模擬參考信號和模擬反饋信號的初始偏差較小，PID控制器的輸出不易飽和，同時(shí)提高了控制精度，降低了成本。
【專利說明】基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及PID控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在工業(yè)過程控制的發(fā)展史上，PID(Proport1nal-1ntegral-Derivat1nal,比例-積分-微分)控制是歷史上最悠久、生命力最強(qiáng)的控制方式，也是迄今最通用的控制方法。PID控制以其簡單清晰的結(jié)構(gòu)、良好的魯棒性和廣泛的適用范圍，深受工業(yè)界的青睞，并且日益受到控制理論界的重視。即使在美、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國家，采用高級控制技術(shù)的回路也只占很小的比例，90%以上的控制回路基本上還是采用PID控制技術(shù)。
[0003]現(xiàn)有PID控制技術(shù)主要包括模擬PID控制和數(shù)字PID控制。模擬PID控制技術(shù)簡單可靠、成本較低，應(yīng)用廣泛成熟；而數(shù)字PID控制技術(shù)結(jié)構(gòu)靈活、技術(shù)成熟，控制效果更好。
[0004]模擬PID控制系統(tǒng)的過程控制如圖1所示，將模擬參考信號ref和模擬反饋信號進(jìn)行減法運(yùn)算，其差作為PID控制器的輸入；經(jīng)過PID控制器計(jì)算后，輸出控制量(該控制量為模擬控制信號)，該控制量作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出。純模擬PID控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，控制精度高，但是當(dāng)模擬參考信號變化過大時(shí)，模擬參考信號和模擬反饋信號的初始偏差較大，容易引起控制量過大，從而使PID控制器的輸出容易進(jìn)入飽和狀態(tài)，導(dǎo)致輸出產(chǎn)生振蕩。
[0005]數(shù)字PID控制系統(tǒng)的過程控制如圖2所示，將數(shù)字參考信號和反饋信號進(jìn)行減法運(yùn)算，其差作為PID控制器的輸入，經(jīng)過預(yù)測控制器和PID控制器運(yùn)算后輸出控制量(該控制量為數(shù)字控制信號)，該控制量作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸出；反饋信號為數(shù)字信號，其由執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的模擬信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC，Analog to DigitalConverter)采樣轉(zhuǎn)換后得到的結(jié)果。數(shù)字PID控制技術(shù)加入了預(yù)測功能，能有效的解決數(shù)字參考信號變化過大時(shí)PID控制器輸出易飽和等缺點(diǎn)，但是系統(tǒng)的整體控制精度受限于模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)字PID控制技術(shù)要實(shí)現(xiàn)高精度必須采用高精度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，成本高昂，有時(shí)甚至難以實(shí)現(xiàn)，因而無法滿足高精度控制的要求。
[0006]因此，現(xiàn)在亟需一種既能滿足高精度控制，又能避免PID控制器輸出飽和的PID控制系統(tǒng)和方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制系統(tǒng)及方法，采用數(shù)字預(yù)測算法與模擬PID混合控制策略，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中純模擬PID控制技術(shù)容易引起控制量過大、輸出飽和的問題，以及純數(shù)字PID控制技術(shù)需要高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器、成本高、控制精度低的問題。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的模擬信號和預(yù)先設(shè)定的模擬參考信號之間的偏差，其中，所述基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制系統(tǒng)至少包括:
[0009]預(yù)測模塊，用于將所述模擬參考信號通過數(shù)字預(yù)測算法進(jìn)行預(yù)測，以得到所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的第一模擬控制量；
[0010]PID控制器，用于根據(jù)所述模擬參考信號與由所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的模擬信號構(gòu)成的反饋信號相減得到的輸入偏差，計(jì)算得到所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的第二模擬控制量，以利用所述第二模擬控制量與所述預(yù)測模塊輸出的第一模擬控制量相加，來控制所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的模擬信號。
[0011]優(yōu)選地，所述預(yù)測模塊至少包括:
[0012]模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述模擬參考信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字參考信號；
[0013]預(yù)測控制器，連接于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字參考信號通過數(shù)字預(yù)測算法預(yù)測得到數(shù)字控制量；
[0014]數(shù)模轉(zhuǎn)換器，連接于所述預(yù)測控制器，用于將所述預(yù)測控制器輸出的數(shù)字控制量進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，以得到所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的第一模擬控制量。
[0015]優(yōu)選地，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器為低精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器為低精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
[0016]優(yōu)選地，所述基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制系統(tǒng)還包括:
[0017]第一運(yùn)算器，其第一輸入端連接所述模擬參考信號，其第二輸入端連接所述反饋信號，其輸出端連接所述PID控制器的輸入端，用于將所述模擬參考信號與所述反饋信號相減，以得到所述PID控制器的輸入偏差；
[0018]第二運(yùn)算器，其第一輸入端連接所述PID控制器的輸出端，其第二輸入端連接所述預(yù)測模塊的輸出端，其輸出端連接所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入端，用于將所述PID控制器輸出的第二模擬控制量與所述預(yù)測模塊輸出的第一模擬控制量相加，以控制所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的模擬信號。
[0019]優(yōu)選地，所述第一運(yùn)算器和所述第二運(yùn)算器均為加法器。
[0020]本發(fā)明還提供一種基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制方法，采用如上所述的基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制系統(tǒng)，其中，所述基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制方法至少包括:
[0021]設(shè)定步驟，預(yù)先設(shè)定一模擬參考信號；
[0022]預(yù)測步驟，由預(yù)測模塊將所述模擬參考信號通過數(shù)字預(yù)測算法進(jìn)行預(yù)測，以得到所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的第一模擬控制量；
[0023]計(jì)算步驟，由PID控制器根據(jù)所述模擬參考信號與由所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的模擬信號構(gòu)成的反饋信號相減得到的輸入偏差，計(jì)算得到所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的第二模擬控制量，以利用所述第二模擬控制量與所述預(yù)測模塊輸出的第一模擬控制量相加，來控制所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的模擬信號。
[0024]優(yōu)選地，所述預(yù)測步驟具體包括:
[0025]由模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述模擬參考信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字參考信號；
[0026]由預(yù)測控制器將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字參考信號通過數(shù)字預(yù)測算法預(yù)測得到數(shù)字控制量；
[0027]由數(shù)模轉(zhuǎn)換器將所述預(yù)測控制器輸出的數(shù)字控制量進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，以得到所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的第一模擬控制量。
[0028]優(yōu)選地，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器為低精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器為低精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
[0029]優(yōu)選地，所述計(jì)算步驟具體包括:
[0030]由第一運(yùn)算器將所述模擬參考信號與由所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的模擬信號構(gòu)成的反饋信號相減，以得到所述PID控制器的輸入偏差；
[0031]由PID控制器根據(jù)所述輸入偏差，計(jì)算得到所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的第二模擬控制量；
[0032]由第二運(yùn)算器將所述PID控制器輸出的第二模擬控制量與所述預(yù)測模塊輸出的第一模擬控制量相加，以控制所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的模擬信號，從而調(diào)節(jié)所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的模擬信號和所述模擬參考信號之間的偏差。
[0033]優(yōu)選地，所述第一運(yùn)算器和所述第二運(yùn)算器均為加法器。
[0034]如上所述，本發(fā)明的基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制系統(tǒng)及方法，具有以下有益效果:
[0035]本發(fā)明采用數(shù)字預(yù)測算法與模擬PID混合控制策略，綜合了純模擬PID控制技術(shù)和純數(shù)字PID控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，將模擬參考信號用低精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣后經(jīng)過數(shù)字預(yù)測算法得到數(shù)字控制量，然后通過低精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為模擬控制量后，和PID控制器的輸出相加來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)；解決了模擬PID控制技術(shù)中模擬參考信號變化過大時(shí)容易引起控制量過大、輸出易飽和等缺點(diǎn)，當(dāng)模擬參考信號變化過大時(shí)，模擬參考信號和模擬反饋信號的初始偏差較小，控制量也較小，從而使PID控制器的輸出不易飽和，輸出也不會產(chǎn)生振蕩；同時(shí)又解決了數(shù)字PID控制技術(shù)中控制精度受限于模數(shù)轉(zhuǎn)換器，成本高等缺點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的控制精度，降低了成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1顯示為本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)中的模擬PID控制系統(tǒng)示意圖。
[0037]圖2顯示為本發(fā)明現(xiàn)有技術(shù)中的數(shù)字PID控制系統(tǒng)示意圖。
[0038]圖3顯示為本發(fā)明第一實(shí)施方式的基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制系統(tǒng)示意圖。
[0039]圖4顯示為本發(fā)明第二實(shí)施方式的基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制方法流程圖。
[0040]元件標(biāo)號說明
[0041]I 預(yù)測模塊
[0042]11模數(shù)轉(zhuǎn)換器
[0043]12預(yù)測控制器
[0044]13數(shù)模轉(zhuǎn)換器
[0045]2 PID 控制器
[0046]3 第一運(yùn)算器
[0047]4 第二運(yùn)算器
[0048]5 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

【具體實(shí)施方式】
[0049]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0050]請參閱圖3，本發(fā)明第一實(shí)施方式涉及一種基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)5輸出的模擬信號和預(yù)先設(shè)定的模擬參考信號之間的偏差。需要說明的是，本實(shí)施方式中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0051]本實(shí)施方式的基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制系統(tǒng)至少包括:預(yù)測模塊I和PID控制器2。
[0052]對于預(yù)測模塊I，其用于將模擬參考信號通過數(shù)字預(yù)測算法進(jìn)行預(yù)測，以得到執(zhí)行機(jī)構(gòu)5的第一模擬控制量。
[0053]在本實(shí)施方式中，預(yù)測模塊I至少包括:模數(shù)轉(zhuǎn)換器11，用于將模擬參考信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字參考信號；預(yù)測控制器12，連接于模數(shù)轉(zhuǎn)換器11，用于將模數(shù)轉(zhuǎn)換器11輸出的數(shù)字參考信號通過數(shù)字預(yù)測算法預(yù)測得到數(shù)字控制量；數(shù)模轉(zhuǎn)換器13 (DAC，Digital-to-AnalogConverter)，連接于預(yù)測控制器12，用于將預(yù)測控制器12輸出的數(shù)字控制量進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，以得到執(zhí)行機(jī)構(gòu)5的第一模擬控制量。其中，預(yù)測控制器12包含數(shù)字預(yù)測算法；通?？梢栽谝粋€(gè)數(shù)字信號處理裝置中實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制量的預(yù)測，如DSP(Digital SignalProcessor,數(shù)字信號處理器)或者FPGA (Field Programmable Gate Array,現(xiàn)場可編程邏輯門陣列)。此外，模數(shù)轉(zhuǎn)換器11只需采用低精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器13也只需采用低精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器，預(yù)測結(jié)果不會影響系統(tǒng)的控制精度，因此可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的高精度控制，且成本較低。
[0054]對于PID控制器2,其用于根據(jù)模擬參考信號與由執(zhí)行機(jī)構(gòu)5輸出的模擬信號構(gòu)成的反饋信號相減得到的輸入偏差，計(jì)算得到執(zhí)行機(jī)構(gòu)5的第二模擬控制量，以利用第二模擬控制量與預(yù)測模塊I輸出的第一模擬控制量相加，來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)5輸出的模擬信號。
[0055]在本實(shí)施方式中，模擬反饋信號來自于執(zhí)行機(jī)構(gòu)5輸出的模擬信號；PID控制器2為模擬PID控制器2，其輸入為模擬參考信號和模擬反饋信號的差；執(zhí)行機(jī)構(gòu)5的輸入為第一模擬控制量和第二模擬控制量的和。
[0056]另外，本實(shí)施方式的基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制系統(tǒng)還包括:第一運(yùn)算器3和第二運(yùn)算器4。
[0057]對于第一運(yùn)算器3，其第一輸入端連接模擬參考信號，其第二輸入端連接反饋信號，其輸出端連接PID控制器2的輸入端，用于將模擬參考信號與反饋信號相減，以得到PID控制器2的輸入偏差。
[0058]對于第二運(yùn)算器4，其第一輸入端連接PID控制器2的輸出端，其第二輸入端連接預(yù)測模塊I的輸出端，其輸出端連接執(zhí)行機(jī)構(gòu)5的輸入端，用于將PID控制器2輸出的第二模擬控制量與預(yù)測模塊I輸出的第一模擬控制量相加，以控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)5輸出的模擬信號。
[0059]優(yōu)選地，第一運(yùn)算器3和第二運(yùn)算器4均為加法器。
[0060]值得一提的是，本實(shí)施方式中所涉及到的各模塊均為邏輯模塊，在實(shí)際應(yīng)用中，一個(gè)邏輯單元可以是一個(gè)物理單元，也可以是一個(gè)物理單元的一部分，還可以以多個(gè)物理單元的組合實(shí)現(xiàn)。此外，為了突出本發(fā)明的創(chuàng)新部分，本實(shí)施方式中并沒有將與解決本發(fā)明所提出的技術(shù)問題關(guān)系不太密切的單元引入，但這并不表明本實(shí)施方式中不存在其它的單
J Li ο
[0061]本實(shí)施方式的基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制系統(tǒng)，和純模擬PID控制系統(tǒng)相t匕，采用數(shù)字預(yù)測算法與模擬PID混合控制策略，解決了純模擬PID控制技術(shù)控制量過大，容易飽和的缺點(diǎn)；和純數(shù)字PID控制系統(tǒng)相比，采用數(shù)字預(yù)測算法與模擬PID混合控制策略，解決了純數(shù)字PID控制技術(shù)需要高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器的缺點(diǎn)，提高了控制精度，同時(shí)也降低了成本。
[0062]本發(fā)明第二實(shí)施方式涉及一種基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制方法，采用本發(fā)明第一實(shí)施方式涉及的基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制系統(tǒng)，具體流程如圖4所示。
[0063]本實(shí)施方式的基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制方法至少包括:
[0064]設(shè)定步驟，預(yù)先設(shè)定一模擬參考信號。
[0065]預(yù)測步驟，由預(yù)測模塊I將模擬參考信號通過數(shù)字預(yù)測算法進(jìn)行預(yù)測，以得到執(zhí)行機(jī)構(gòu)5的第一模擬控制量。具體地說，預(yù)測步驟具體包括:由模數(shù)轉(zhuǎn)換器11將模擬參考信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字參考信號；由預(yù)測控制器12將模數(shù)轉(zhuǎn)換器11輸出的數(shù)字參考信號通過數(shù)字預(yù)測算法預(yù)測得到數(shù)字控制量；由數(shù)模轉(zhuǎn)換器13將預(yù)測控制器12輸出的數(shù)字控制量進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，以得到執(zhí)行機(jī)構(gòu)5的第一模擬控制量。其中，模數(shù)轉(zhuǎn)換器11為低精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器11，數(shù)模轉(zhuǎn)換器13為低精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器13。
[0066]計(jì)算步驟，由PID控制器2根據(jù)模擬參考信號與由執(zhí)行機(jī)構(gòu)5輸出的模擬信號構(gòu)成的反饋信號相減得到的輸入偏差，計(jì)算得到執(zhí)行機(jī)構(gòu)5的第二模擬控制量，以利用第二模擬控制量與預(yù)測模塊I輸出的第一模擬控制量相加，來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)5輸出的模擬信號。具體地說，計(jì)算步驟具體包括:由第一運(yùn)算器3將模擬參考信號與由執(zhí)行機(jī)構(gòu)5輸出的模擬信號構(gòu)成的反饋信號相減，以得到PID控制器2的輸入偏差；由PID控制器2根據(jù)輸入偏差，計(jì)算得到執(zhí)行機(jī)構(gòu)5的第二模擬控制量；由第二運(yùn)算器4將PID控制器2輸出的第二模擬控制量與預(yù)測模塊I輸出的第一模擬控制量相加，以控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)5輸出的模擬信號，從而調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)5輸出的模擬信號和模擬參考信號之間的偏差，直至消除偏差。其中，第一運(yùn)算器3和第二運(yùn)算器4均為加法器。
[0067]本實(shí)施方式的基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制方法，和純模擬PID控制方法相t匕，采用數(shù)字預(yù)測算法與模擬PID混合控制策略，解決了純模擬PID控制方法控制量過大，容易飽和的缺點(diǎn)；和純數(shù)字PID控制方法相比，采用數(shù)字預(yù)測算法與模擬PID混合控制策略，解決了純數(shù)字PID控制方法需要高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器的缺點(diǎn)，提高了控制精度，同時(shí)也降低了成本。
[0068]上面各種方法的步驟劃分，只是為了描述清楚，實(shí)現(xiàn)時(shí)可以合并為一個(gè)步驟或者對某些步驟進(jìn)行拆分，分解為多個(gè)步驟，只要包含相同的邏輯關(guān)系，都在本專利的保護(hù)范圍內(nèi)；對算法中或者流程中添加無關(guān)緊要的修改或者引入無關(guān)緊要的設(shè)計(jì)，但不改變其算法和流程的核心設(shè)計(jì)都在該專利的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0069]不難發(fā)現(xiàn)，本實(shí)施方式為與第一實(shí)施方式相對應(yīng)的方法實(shí)施例，本實(shí)施方式可與第一實(shí)施方式互相配合實(shí)施。第一實(shí)施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)在本實(shí)施方式中依然有效，為了減少重復(fù)，這里不再贅述。相應(yīng)地，本實(shí)施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)也可應(yīng)用在第一實(shí)施方式中。
[0070]綜上所述，本發(fā)明采用數(shù)字預(yù)測算法與模擬PID混合控制策略，綜合了純模擬PID控制技術(shù)和純數(shù)字PID控制技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，將模擬參考信號用低精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器采樣后經(jīng)過數(shù)字預(yù)測算法得到數(shù)字控制量，然后通過低精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)化為模擬控制量后，和PID控制器的輸出相加來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)；解決了模擬PID控制技術(shù)中模擬參考信號變化過大時(shí)容易引起控制量過大、輸出易飽和等缺點(diǎn)，當(dāng)模擬參考信號變化過大時(shí)，模擬參考信號和模擬反饋信號的初始偏差較小，控制量也較小，從而使PID控制器的輸出不易飽和，輸出也不會產(chǎn)生振蕩；同時(shí)又解決了數(shù)字PID控制技術(shù)中控制精度受限于模數(shù)轉(zhuǎn)換器，成本高等缺點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的控制精度，降低了成本。
[0071]所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
[0072]上述實(shí)施方式僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施方式進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制系統(tǒng)，用于調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的模擬信號和預(yù)先設(shè)定的模擬參考信號之間的偏差，其特征在于，所述基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制系統(tǒng)至少包括: 預(yù)測模塊，用于將所述模擬參考信號通過數(shù)字預(yù)測算法進(jìn)行預(yù)測，以得到所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的第一模擬控制量； PID控制器，用于根據(jù)所述模擬參考信號與由所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的模擬信號構(gòu)成的反饋信號相減得到的輸入偏差，計(jì)算得到所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的第二模擬控制量，以利用所述第二模擬控制量與所述預(yù)測模塊輸出的第一模擬控制量相加，來控制所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的模擬信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)測模塊至少包括: 模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述模擬參考信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字參考信號； 預(yù)測控制器，連接于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字參考信號通過數(shù)字預(yù)測算法預(yù)測得到數(shù)字控制量； 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，連接于所述預(yù)測控制器，用于將所述預(yù)測控制器輸出的數(shù)字控制量進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，以得到所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的第一模擬控制量。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制系統(tǒng)，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器為低精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器為低精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制系統(tǒng)，其特征在于，所述基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制系統(tǒng)還包括: 第一運(yùn)算器，其第一輸入端連接所述模擬參考信號，其第二輸入端連接所述反饋信號，其輸出端連接所述PID控制器的輸入端，用于將所述模擬參考信號與所述反饋信號相減，以得到所述PID控制器的輸入偏差； 第二運(yùn)算器，其第一輸入端連接所述PID控制器的輸出端，其第二輸入端連接所述預(yù)測模塊的輸出端，其輸出端連接所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的輸入端，用于將所述PID控制器輸出的第二模擬控制量與所述預(yù)測模塊輸出的第一模擬控制量相加，以控制所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的模擬信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制系統(tǒng)，其特征在于，所述第一運(yùn)算器和所述第二運(yùn)算器均為加法器。
6.一種基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制方法，采用如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制系統(tǒng)，其特征在于，所述基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制方法至少包括: 設(shè)定步驟，預(yù)先設(shè)定一模擬參考信號； 預(yù)測步驟，由預(yù)測模塊將所述模擬參考信號通過數(shù)字預(yù)測算法進(jìn)行預(yù)測，以得到所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的第一模擬控制量； 計(jì)算步驟，由PID控制器根據(jù)所述模擬參考信號與由所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的模擬信號構(gòu)成的反饋信號相減得到的輸入偏差，計(jì)算得到所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的第二模擬控制量，以利用所述第二模擬控制量與所述預(yù)測模塊輸出的第一模擬控制量相加，來控制所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的模擬信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制方法，其特征在于，所述預(yù)測步驟具體包括: 由模數(shù)轉(zhuǎn)換器將所述模擬參考信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字參考信號； 由預(yù)測控制器將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字參考信號通過數(shù)字預(yù)測算法預(yù)測得到數(shù)字控制量； 由數(shù)模轉(zhuǎn)換器將所述預(yù)測控制器輸出的數(shù)字控制量進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，以得到所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的第一模擬控制量。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制方法，其特征在于，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器為低精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換器為低精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制方法，其特征在于，所述計(jì)算步驟具體包括: 由第一運(yùn)算器將所述模擬參考信號與由所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的模擬信號構(gòu)成的反饋信號相減，以得到所述PID控制器的輸入偏差； 由PID控制器根據(jù)所述輸入偏差，計(jì)算得到所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)的第二模擬控制量； 由第二運(yùn)算器將所述PID控制器輸出的第二模擬控制量與所述預(yù)測模塊輸出的第一模擬控制量相加，以控制所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的模擬信號，從而調(diào)節(jié)所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出的模擬信號和所述模擬參考信號之間的偏差。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的基于數(shù)字預(yù)測算法的模擬PID控制方法，其特征在于，所述第一運(yùn)算器和所述第二運(yùn)算器均為加法器。
【文檔編號】G05B11/42GK104181811SQ201410457605
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月10日
【發(fā)明者】曹彬, 畢相如 申請人:中國科學(xué)院上海高等研究院, 上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司