基于混合最優(yōu)算法的高精度數(shù)控直流電源設(shè)計(jì)

　　4 軟件設(shè)計(jì)

　　在數(shù)控恒流源閉環(huán)控制系統(tǒng)中，為保持負(fù)載電流恒定，并且負(fù)載電流隨設(shè)定值變化時(shí)沒(méi)有超調(diào)，同時(shí)又希望系統(tǒng)有較好的抗擾動(dòng)性能，本設(shè)計(jì)采用PID控制器來(lái)改善系統(tǒng)的性能。具體控制過(guò)程為：ATmega128經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換器讀取實(shí)際輸出電流I，然后和設(shè)定的電流IS相比較，得出差值Ek=IS-I，主控制器根據(jù)Ek的正負(fù)大小，調(diào)節(jié)PID控制器，計(jì)算出本次電流調(diào)節(jié)的增量△Ik，然后根據(jù)前一次D／A芯片輸出的電流Iq-1，計(jì)算本次的輸出電流。PID控制器的參數(shù)由自行設(shè)計(jì)的混合最優(yōu)算法確定。

　　4.1 混合最優(yōu)算法設(shè)計(jì)

　　鑒于遺傳算法收斂慢，易早熟，且對(duì)參數(shù)依賴性大，而直接搜索法在局部有很好的搜索能力。本設(shè)計(jì)綜合利用兩種算法的優(yōu)良性能，克服各自的缺點(diǎn)，先用遺傳算法在給定的區(qū)域上作“全局粗略”搜索，然后用直接搜索法對(duì)其中部分較優(yōu)個(gè)體在這些個(gè)體所在極小區(qū)域作“局部精絀”搜索，找出它的極小值，反復(fù)進(jìn)行，可以比較迅速地找出PID算法參數(shù)的全局最優(yōu)解。

　　控制器ATmega128主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)遺傳算法參數(shù)自整定，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)一些專家經(jīng)驗(yàn)，用來(lái)初步確定整定目標(biāo)域，同時(shí)也存儲(chǔ)遺傳算法的每代樣本數(shù)據(jù)及控制參數(shù)。

　　嚴(yán)格地說(shuō)，遺傳算法的迭代何時(shí)停止，在理論上尚無(wú)定論。在許多應(yīng)用實(shí)例中，若發(fā)現(xiàn)群體中個(gè)體的進(jìn)化已趨于穩(wěn)定狀態(tài)，則迭代終止。對(duì)于PID參數(shù)自整定，調(diào)節(jié)過(guò)程進(jìn)入相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)，則終止迭代算法。所以把迭代次數(shù)等于最大迭代數(shù)目M或者精度調(diào)節(jié)變化量小于某個(gè)預(yù)設(shè)值作為算法終止的條件，

　　混合最優(yōu)算法流程圖如圖4所示。

　　4.2 軟件實(shí)現(xiàn)

　　基于模塊化思想，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分由C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編寫而成，發(fā)揮了C語(yǔ)言高效運(yùn)算和快速開(kāi)發(fā)以及匯編語(yǔ)言的靈活的特點(diǎn)。系統(tǒng)軟件主要完成輸出設(shè)定、電流調(diào)整等功能。包括主程序、A／D采樣子程序、D／A輸出電流給定值及按鍵控制、PID算法子程序、混合最優(yōu)算法子程序、LCD顯示等其他子程序。

　　主程序流程圖如圖5所示。

　　5 系統(tǒng)功能測(cè)試

　　(1)系統(tǒng)輸出電流范圍為10mA～4000mA；

　　(2)具有3種步長(zhǎng)可選的電流步進(jìn)功能，可通過(guò)“+”、“-”按鍵方便地進(jìn)行正負(fù)步進(jìn)調(diào)整；

　　(3)可交替顯示電流的給定值和實(shí)測(cè)值，實(shí)際測(cè)量輸出電流誤差的絕對(duì)值≤測(cè)量值的0.1％+1mA；

　　(4)改變負(fù)載電阻，輸出電壓在10V以內(nèi)變化時(shí)，輸出電流的絕對(duì)值≤輸出電流值的0.1％+1mA；

　　(5)紋波≤0.15Ma

　　6 結(jié)論

　　本數(shù)控直流電流源系統(tǒng)以Atmega128為主控制器，采用軟硬件雙閉環(huán)反饋方法，使電源的穩(wěn)定性和輸出精度得到保證，并有普通穩(wěn)壓源實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)流輸出。通過(guò)按鍵來(lái)設(shè)置電流源的輸出電流，設(shè)置步進(jìn)級(jí)可選。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，力求硬件電路參數(shù)合理，線路簡(jiǎn)單，發(fā)揮軟件編程靈活的特點(diǎn)，通過(guò)多次調(diào)試，不斷提高系統(tǒng)的精度和電流的穩(wěn)定性，以滿足系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。