[发明专利]离子源数字PID控制参数自整定系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及离子源数字PID控制参数自整定系统及方法。 

背景技术

随着可控中子源在石油测井领域的应用，中子管离子源控制技术应用越来越广泛。在实际使用过程中由于中子管类型不同，现有控制技术无法适应所有类型中子管，并且目前离子源控制技术存在以下问题： 

目前模拟PID电路参数的设定要求设计人员具有丰富的模拟电路调试经验，并且要调试人员反复调整电阻或电容等参数才能达到控制精度要求，其调试过程非常繁琐、耗时。 

目前PID控制系统使用前需要对三个PID参数进行设定。另外环境温度的变化使得中子管电阻发生变化导致整个系统出现性能变差，适用性变差的情况。并且在中子管产生中子过程中靶压变化引起阳极电流变化，控制系统不能快速的回到平衡位置，导致中子管不能稳定的产生中子，最终将影响测井结果的准确性。 

发明内容

本发明提出了一种基于离子源数字PID控制器自整定系统及方法，解决人工调试模拟PID控制系统参数耗时、繁琐的问题，同时解决目前离子源数字PID控制系统参数不能自整定的缺点。 

本发明的具体方案： 

该离子源数字PID控制参数自整定系统，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； 

上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； 

上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； 

上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； 

上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； 

上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； 

上述MCU主控模块用于接收上位机命令控制离子源电离； 

上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。 

上述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；上述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；上述平滑滤波单元的输入端接阳极电流测量模块的输出端，上述数字PID控制单元的输出端接热丝电流控制模块的输入端。 

一种离子源数字PID控制参数自整定方法，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。 

上述步骤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)