[发明专利]离子源数字PID控制参数自整定系统及方法

权利要求书

1.一种离子源数字PID控制参数自整定系统，其特征在于：包括阳极电流测量模块、阳极高压脉冲产生模块、热丝电流控制模块、热丝电流测量模块、MCU主控模块以及上位机；

所述阳极电流测量模块、阳极高压脉冲产生模块、热丝电流控制模块、热丝电流测量模块分别于MCU主控模块连接；

所述阳极电流测量模块由阳极电流测量电路组成，用于测试阳极电流；

所述阳极高压脉冲产生模块由高压电源和阳极开关电路组成，用以产生离子源电离时所需的高压脉冲；

所述热丝电流控制模块由恒流源控制电路组成，用于产生离子源电离时所需要的热丝电流；

所述热丝电流测量模块由热丝测量电路组成，用于测量热丝电流的大小；

所述MCU主控模块用于接收上位机命令控制离子源电离；

所述上位机由微型机和地面箱体组成，用于发送命令给MCU主控模块控制离子源系统进行电离。

2.根据权利要求1所述的离子源数字PID控制参数自整定系统，其特征在于：

所述MCU主控模块由MCU、ADC电路、DAC电路和串口通讯组成，用于接收上位机命令控制离子源电离；所述MCU包括依次连接的平滑滤波单元、电流比较单元、模糊控制单元和数字PID控制单元；所述平滑滤波单元的输入端接阳极电流测量模块的输出端，所述数字PID控制单元的输出端接热丝电流控制模块的输入端。

3.一种离子源数字PID控制参数自整定方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)上位机设定阳极电流，发送电离启动命令；

2)MCU通过串口通讯接收上位机的命令，阳极高压脉冲产生模块产生离子源电离时所需的高压脉冲，热丝电流控制模块产生离子源电离时所需要的热丝电流；

3)阳极电流测量电路对阳极电流进行采集，然后对采集数据进行平滑滤波并与设定的阳极电流进行比较，根据阳极电流变化的趋势和快慢确定数字PID控制待整定参数比例因子Kp、积分时间因子Ki、微分时间因子Kd，

4)将待整定参数Kp,Ki,Kd送入PID调节器，根据计算结果控制热丝电流的增减来达到离子源控制系统的平衡。

4.根据权利要求3所述的离子源数字PID控制参数自整定方法，其特征在于：

所述步骤3)中待整定参数Kp,Ki,Kd通过以下方式确定：

3.1)生成49条模糊规则：

1.If(E is NB)and(EC is NB)then(kp is PB)(ki is NB)(kd is PM)

2.If(E is NB)and(EC is NM)then(kp is PB)(ki is NB)(kd is PM)

3.If(E is NB)and(EC is NS)then(kp is PM)(ki is NM)(kd is PS)

4.If(E is NB)and(EC is Z)then(kp is PM)(ki is NS)(kd is NB)

5.If(E is NB)and(EC is PS)then(kp is PS)(ki is PS)(kd is NM)

6.If(E is NB)and(EC is PM)then(kp is ZO)(ki is ZO)(kd is NS)

7.If(E is NB)and(EC is PB)then(kp is ZO)(ki is ZO)(kd is NS)

8.If(E is NM)and(EC is NB)then(kp is PB)(ki is NB)(kd is PM)

9.If(E is NM)and(EC is NM)then(kp is PM)(ki is NM)(kd is PM)

10.If(E is NM)and(EC is NS)then(kp is PS)(ki is NS)(kd is PS)

11.If(E is NM)and(EC is Z)then(kp is NS)(ki is NS)(kd is NB)

12.If(E is NM)and(EC is PS)then(kp is NM)(ki is PS)(kd is NM)

13.If(E is NM)and(EC is PM)then(kp is ZO)(ki is ZO)(kd is NM)

14.If(E is NM)and(EC is PB)then(kp is ZO)(ki is ZO)(kd is NS)

15.If(E is NS)and(EC is NB)then(kp is PM)(ki is NM)(kd is ZO)

16.If(E is NS)and(EC is NM)then(kp is PS)(ki is NS)(kd is PS)

17.If(E is NS)and(EC is NS)then(kp is NS)(ki is NS)(kd is NS)

18.If(E is NS)and(EC is Z)then(kp is NM)(ki is PS)(kd is NM)

19.If(E is NS)and(EC is PS)then(kp is ZO)(ki is ZO)(kd is NS)

20.If(E is NS)and(EC is PM)then(kp is NS)(ki is PS)(kd is NS)

21.If(E is NS)and(EC is PB)then(kp is NS)(ki is PS)(kd is ZO)

22.If(E is ZO)and(EC is NB)then(kp is PS)(ki is NS)(kd is ZO)

23.If(E is ZO)and(EC is NM)then(kp is NS)(ki is NS)(kd is NS)

24.If(E is ZO)and(EC is NS)then(kp is NM)(ki is NM)(kd is NS)

25.If(E is ZO)and(EC is ZO)then(kp is ZO)(ki is ZO)(kd is ZO)

26.If(E is ZO)and(EC is PS)then(kp is NS)(ki is NS)(kd is NS)

27.If(E is ZO)and(EC is PM)then(kp is PS)(ki is PS)(kd is NS)

28.If(E is ZO)and(EC is PB)then(kp is PM)(ki is PM)(kd is ZO)

29.If(E is PS)and(EC is NB)then(kp is NM)(ki is NM)(kd is ZO)

30.If(E is PS)and(EC is NM)then(kp is PS)(ki is PS)(kd is ZO)

31.If(E is PS)and(EC is NS)then(kp is ZO)(ki is ZO)(kd is NS)

32.If(E is PS)and(EC is ZO)then(kp is NM)(ki is NM)(kd is ZO)

33.If(E is PS)and(EC is PS)then(kp is NS)(ki is NS)(kd is ZO)

34.If(E is PS)and(EC is PM)then(kp is PS)(ki is PS)(kd is ZO)

35.If(E is PS)and(EC is PB)then(kp is PM)(ki is PM)(kd is ZO)

36.If(E is PM)and(EC is NB)then(kp is ZO)(ki is ZO)(kd is PS)

37.If(E is PM)and(EC is NM)then(kp is ZO)(ki is ZO)(kd is NS)

38.If(E is PM)and(EC is NS)then(kp is PS)(ki is PS)(kd is PS)

39.If(E is PM)and(EC is Z)then(kp is PM)(ki is PS)(kd is PS)

40.If(E is PM)and(EC is PS)then(kp is PM)(ki is PM)(kd is PM)

41.If(E is PM)and(EC is PM)then(kp is PM)(ki is PM)(kd is PM)

42.If(E is PM)and(EC is PB)then(kp is PB)(ki is PB)(kd is PB)

43.If(E is PB)and(EC is NB)then(kp is ZO)(ki is ZO)(kd is PB)

44.If(E is PB)and(EC is NM)then(kp is ZO)(ki is ZO)(kd is PB)

45.If(E is PB)and(EC is NS)then(kp is PM)(ki is PM)(kd is PM)

46.If(E is PB)and(EC is ZO)then(kp is PM)(ki is PM)(kd is PM)

47.If(E is PB)and(EC is PS)then(kp is PM)(ki is PM)(kd is PM)

48.If(E is PB)and(EC is PM)then(kp is PB)(ki is PB)(kd is PB)

49.If(E is PB)and(EC is PB)then(kp is PB)(ki is PB)(kd is PB)

其中：PB为极大值，PM为中值，PS为极小值，ZO为零值，NS为负的极小值，NM为负的中值，NB为负的极大值；

3.2)建立控制规则表

所述Kp控制规则表为：

{PB,PB,PM,PM,PS,ZO,ZO},

{PB,PM,PS,NS,NM,ZO,ZO},

{PM,PS,NS,NM,ZO,NS,NS},

{PS,NS,NM,ZO,NS,PS,PM},

{NM,PS,ZO,NM,NS,PS,PM},

{ZO,ZO,PS,PM,PM,PM,PB},

{ZO,ZO,PM,PM,PM,PB,PB}；

所述Ki规则表为：

{NB,NB,NM,NS,PS,ZO,ZO},

{NB,NM,NS,NS,PS,ZO,ZO},

{NM,NS,NS,PS,ZO,PS,PS},

{NS,NS,NM,ZO,NS,PS,PM},

{NM,PS,ZO,NM,NS,PS,PM},

{ZO,ZO,PS,PS,PM,PM,PB},

{ZO,ZO,PM,PM,PM,PB,PB}；

所述Kd规则表为：

{PM,PM,PS,NB,NM,NS,NS},

{PM,PM,PS,NB,NM,NM,NS},

{ZO,PS,NS,NM,NS,NS,ZO},

{ZO,NS,NS,ZO,NS,NS,ZO},

{ZO,ZO,NS,ZO,ZO,ZO,ZO},

{PS,NS,PS,PS,PM,PM,PB},

{PB,PB,PM,PM,PM,PB,PB}；

3.3)利用重心法进行反模糊处理得出Kp,Ki,Kd值。