简单的反馈控制资源/示例

Question

我想实现我认为是一个相当标准的反馈循环，但是自从我研究控制理论以来已经很多年了，我在理解概念和找到实现示例方面遇到了困难。我希望有人能用简单的术语解释正在发生的事情，并可能指出一些我可以用来实施解决方案的资源。我所看到的关于这个主题的所有信息通常都淹没在数学中。

这就是我想要实现的目标：

• 我想控制电子电路的电流，假设我总是希望它消耗 0.75A 的电流。
• 当然，电流会随着时间的推移而变化，具体取决于电路的其他部分正在做什么。但我有一些硬件会根据传递到 DAC 的电压电平控制吸收更多或更少的电流。
• 我还有一个 ADC，它提供的电压与系统消耗的电流成正比。

我需要将斜坡和振荡处理到一定的阈值内。我也在C工作。

谢谢理查德

Answer 1

好吧，如果我理解你的意思，所有的硬件都已经完成了吗？

因此，您的系统有一个命令输入，该命令输入是以安培为单位的电流水平（由软件中的双精度浮点数指定），控制器的输出是控制汲取电流的硬件的电压，您的设备是电路和反馈可能是一个 8、10 或 16 位数字 - 有符号或无符号取决于您的 A/D。

所以你的系统看起来像这样：

替代文本http://steves-wiki.wikispaces.com/file/view/control_diagram.jpg/64043668

您最快且最肮脏的方法可能是 PID 控制。您可以通过以下方式温习基础知识 这篇维基百科文章 并且有一些关于实施的提示 embedded.com 文章.

简而言之，您想要计算系统的误差，在您的示例中是当前命令 - 电流反馈。确保所有内容都使用相同的单位，最好是安培。然后，在计算出错误后，您必须使用命令来纠正它。在您的系统中，这是对压控电流源的电压命令。对于PID，命令是通过将误差、误差积分和误差导数乘以增益并对结果求和来计算的。收益是棘手的部分。其他棘手的部分是：确保您的单位一致，确保时间正确，以及正确的积分/导数计算。

在你的系统中有很多单位：错误是安培，命令是伏特，它会转换为安培，然后当前使用的是安培，它被报告为伏特，它会转换为有符号或无符号整数，必须按比例缩放回安培以使错误正确。您将有很多变量，请确保您可以跟踪每个变量适用的物理单位。

控制算法是硬实时的，并且必须以专用速率运行。我建议至少 100Hz（每 10 毫秒计算一次）。电子电路的移动速度很快——与机电系统不同。您可能需要更高的利率才能掌控一切。但它必须是硬实时的——这意味着一致。您甚至可能无法摆脱软件定时器。

积分和导数计算很棘手，但实现它们的方法只有这么多。最基本的算法是矩形规则 - 它很愚蠢，但可能会起作用。如果需要更精确，请使用梯形规则。检查算法 这里. 。您很可能不会使用微分控制 - 它往往会使事情变得不稳定，并且在大多数系统中都不需要。积分+比例控制应该没问题。

虽然有很多陷阱，但这应该可以帮助您入门。如果您有控制理论的背景，那么您应该会明白的。一旦框架就位，您将花费大量时间调整比例和积分增益 - 这是工作的重点。如果这对您来说仍然显得太多数学，那么，抱歉 - 这对于控件来说是最简单的。

Answer 2

用软件控制系统来获取恒定电流是很困难的。最好使用专用硬件来完成此操作，该硬件可以立即响应当前的变化并实际实现您无法理解的反馈循环。

如果你想用软件来做到这一点，那么你可能必须实现某种形式的“模糊逻辑“ 控制器。您的问题类似于用于控制温度的风扇。您有一个输入变量（与电流成比例的电压）和一个输出变量（传递到 DAC 的电压电平）。