基于混合最優(yōu)算法的高精度數(shù)控直流電源設計

　　4 軟件設計

　　在數(shù)控恒流源閉環(huán)控制系統(tǒng)中，為保持負載電流恒定，并且負載電流隨設定值變化時沒有超調(diào)，同時又希望系統(tǒng)有較好的抗擾動性能，本設計采用PID控制器來改善系統(tǒng)的性能。具體控制過程為：ATmega128經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換器讀取實際輸出電流I，然后和設定的電流IS相比較，得出差值Ek=IS-I，主控制器根據(jù)Ek的正負大小，調(diào)節(jié)PID控制器，計算出本次電流調(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，計算本次的輸出電流。PID控制器的參數(shù)由自行設計的混合最優(yōu)算法確定。

　　4.1 混合最優(yōu)算法設計

　　鑒于遺傳算法收斂慢，易早熟，且對參數(shù)依賴性大，而直接搜索法在局部有很好的搜索能力。本設計綜合利用兩種算法的優(yōu)良性能，克服各自的缺點，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其中部分較優(yōu)個體在這些個體所在極小區(qū)域作“局部精絀”搜索，找出它的極小值，反復進行，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主要用來實現(xiàn)遺傳算法參數(shù)自整定，數(shù)據(jù)存儲器存儲一些專家經(jīng)驗，用來初步確定整定目標域，同時也存儲遺傳算法的每代樣本數(shù)據(jù)及控制參數(shù)。

　　嚴格地說，遺傳算法的迭代何時停止，在理論上尚無定論。在許多應用實例中，若發(fā)現(xiàn)群體中個體的進化已趨于穩(wěn)定狀態(tài)，則迭代終止。對于PID參數(shù)自整定，調(diào)節(jié)過程進入相對穩(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)變化量小于某個預設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 軟件實現(xiàn)

　　基于模塊化思想，系統(tǒng)軟件設計部分由C語言和匯編語言混合編寫而成，發(fā)揮了C語言高效運算和快速開發(fā)以及匯編語言的靈活的特點。系統(tǒng)軟件主要完成輸出設定、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)功能測試

　　(1)系統(tǒng)輸出電流范圍為10mA～4000mA；

　　(2)具有3種步長可選的電流步進功能，可通過“+”、“-”按鍵方便地進行正負步進調(diào)整；

　　(3)可交替顯示電流的給定值和實測值，實際測量輸出電流誤差的絕對值≤測量值的0.1％+1mA；

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

　　(5)紋波≤0.15Ma

　　6 結論

　　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)壓源實現(xiàn)了穩(wěn)流輸出。通過按鍵來設置電流源的輸出電流，設置步進級可選。在系統(tǒng)設計過程中，力求硬件電路參數(shù)合理，線路簡單，發(fā)揮軟件編程靈活的特點，通過多次調(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)的設計要求。