[发明专利]基于智能控制算法的PAC控制器的设计方法

说明书

本发明公开了基于智能控制算法的PAC控制器的设计方法，本发明在传统PAC控制器的基础上，采用了改进PID控制算法、变论域模糊PID控制算法、基于神经网络的PID控制算法等智能控制算法，能够提高控制精度，提高控制响应，满足更高的控制要求。在网络通讯方面，在传统的串口232、485的基础上增加了以太网、CAN总线等通讯方式，使用Modbus‑RTU、Modbus‑TCP、CANopen，自定义协议等，来实现网络的互联互通。在常规PID的基础上增加了防止积分饱和算法、对控制变量进行微分、微分先行等算法，能够显著提高PID的效果，提高了响应时间，减小控制超调量。

技术领域

本发明属于工业自动控制领域，涉及嵌入式PAC控制器的设计，高精度温度控制,智能控制算法等。

背景技术

在工业制造业生产过程中，对控制的需求越来越高。PAC控制器在控制性能上、信息处理上以及网络通讯能力上具有一些比较显著的优点。PAC控制器结合了PLC固有的可靠性、坚固性和分布特性，同时与PC控制相比，PAC使用实时操作系统，在处理性能上具有实时性、确定性等PC机不可比拟的优点。然而传统的PAC控制器在控制算法上比较单一，在涉及一些复杂算法时，经常采用的方法是与PC机等方式进行结合控制，也暴露出一些缺陷，例如：控制的效果差，通讯的延迟性，成本的增加。

发明内容

根据上述现有技术中提出的问题，本发明的目的是：提高控制系统的控制性能，采用了改进PID控制算法、变论域模糊PID控制算法、基于神经网络的PID控制算法，能够提高控制精度，提高控制响应。另外提高了采集信号的可扩展性，模拟量输入信号可以为电压信号或者是电流信号以及电阻等信号。在网络通讯方面，在传统的串口232、485的基础上增加了以太网、CAN总线等通讯方式，使用Modbus-RTU、Modbus-TCP、CANopen，自定义协议等，来实现网络的互联互通。

本发明是基于一种智能控制装置实现的，所述的智能控制装置主要包括以下几个部分：

1、传感器采样电路，该电路包括电压、电流、电阻信号的采样信号调理电路，以期实现传感器的信号高精度采集，如压力变送器、PT100温度传感器、角度传感器、4～20mA的电流传感器等。

2、控制输出电路，含有隔离单元，使用固态继电器控制大电压大电流。使用PWM输出信号，控制输出精度高。

3、用于参与运算的微控制器，以及以太网通讯电路，232、485、CAN总线通讯电路，复位电路，看门狗电路。

4、确保电源稳定的电源模块电路。

传感器通过输入信号调理电路与微控制器相交互。

本发明是提出了一些智能控制算法及实现，主要包括以下几个部分：

步骤一：设计了PID自整定算法，常见的工业控制对象具有非线性、时变性以及不确定性等因素，导致PID参数采用人工整定的方法比较耗费时间，整定的效果也比较差，在本发明中增加了PID自整定的算法，能够自动确定设备运行的PID参数，节省了时间，提高了控制效果。

步骤二：另外在传统的PID控制基础上，增加了防止积分饱和算法、对控制变量进行微分、微分先行等算法，能够显著提高PID的效果，提高了响应时间，减小控制超调量。

步骤三：由于控制对象的非线性、时变性以及不确定性等因素，仅仅使用PID控制，控制效果比较差。该方法在改进了常规PID控制方法的基础上，增加了模糊控制算法，通过建立模仿人类知识语言的模糊规则表，以及隶属度函数来进行模糊控制运算，使用模糊控制与常规PID控制相结合的方式，能够提高控制器在控制对象具有非线性、时变性以及不确定性因素的控制效果。