[发明专利]一种基于专家系统与神经元PID的SiC弧焊电源控制方法

权利要求书

1.一种基于专家系统与神经元PID的SiC弧焊电源控制方法，其特征在于：

首先，建立弧焊电源控制系统模型，该弧焊电源控制系统模型包括弧焊电源电弧系统、带有数字PID控制单元的数字PID控制器和反馈单元；并将专家系统应用于数字PID控制器的神经元PID控制单元中进行在线调节；

然后，给定弧焊电源的电流信号r(k)，将实际焊接电流信号y(k)通过反馈单元与给定弧焊电源的电流信号r(k)进行比较，得到弧焊电源控制系统模型的当前误差e(k)，将当前误差e(k)、上一次误差e(k-1)和前一次误差e(k-2)作为神经元PID控制单元的输入；

最后，采用有监督的Hebb学习规则更新神经元PID控制单元的权系数w，同时利用专家规则对神经元PID控制单元中的比例系数K进行在线调整，以控制神经元PID控制单元的输出量u(k)，将输出量u(k)通过弧焊电源电弧系统实现弧焊电源的调节，得到调节后的实际焊接电流信号y(k)。

2.根据权利要求1所述的基于专家系统与神经元PID的SiC弧焊电源控制方法，其特征在于：所述神经元PID控制单元的控制算式为：

该神经元为三输入一输出组成的，输入层x₁(k)＝e(k)-e(k-1)、x₂(k)＝e(k)、x₃(k)＝e(k)-2e(k-1)+e(k-2)，输出层为一个节点△u(k)，比例系数为K，x_i(k)的权系数为w_i(k)，

3.根据权利要求1所述的基于专家系统与神经元PID的SiC弧焊电源控制方法，其特征在于：所述采用有监督的Hebb学习规则更新神经元PID控制单元的权系数w是指：将无监督的Hebb学习规则和有监督的Delta学习结合起来更新权系数，其算式为：

w₁(k)＝w₁(k-1)+η_pe(k)u(k-1)x₁(k)

w₂(k)＝w₂(k-1)+η_ie(k)u(k-1)x₂(k)

w₃(k)＝w₃(k-1)+η_de(k)u(k-1)x₃(k)

其中：η_p、η_i、η_d为学习速率，取值范围为[0,1]。

4.根据权利要求1所述的基于专家系统与神经元PID的SiC弧焊电源控制方法，其特征在于：所述利用专家规则对神经元PID控制单元中的比例系数K进行在线调整是指：根据闭环响应的标幺化偏差量的绝对值er(k)，利用专家知识将响应分成若干个区间，每个区间采用不同K值，在一定范围内根据偏差的变化特性进行修正。

5.根据权利要求4所述的基于专家系统与神经元PID的SiC弧焊电源控制方法，其特征在于：利用专家规则进行调整的规则如下：

if0.8|er(k)|≤1thenK＝a₀+b₀|er(k)|³/r(k)

if0.3|er(k)|≤0.8thenK＝a₁+b₁|er(k)|/2r(k)

if0.1|er(k)|≤0.3thenK＝a₂+b₂|er(k)|/r(k)

if0|er(k)|≤0.1thenK＝a₃+b₃|er(k)|/r(k)

其中：er(k)＝(r(k)-y(k))/r(k)为标幺化偏差量。

6.根据权利要求1所述的基于专家系统与神经元PID的SiC弧焊电源控制方法，其特征在于：所述弧焊电源电弧系统包括逆变电源和电弧负载；所述逆变电源为SiC弧焊逆变电源，逆变频率为200KHz。

7.根据权利要求1所述的基于专家系统与神经元PID的SiC弧焊电源控制方法，其特征在于：所述数字PID控制器内嵌于ARM Cortex-M4数字控制处理器。