基于混合最优算法的高精度数控直流电源设计

　　4 软件设计

　　在数控恒流源闭环控制系统中，为保持负载电流恒定，并且负载电流随设定值变化时没有超调，同时又希望系统有较好的抗扰动性能，本设计采用PID控制器来改善系统的性能。具体控制过程为：ATmega128经A／D转换器读取实际输出电流I，然后和设定的电流IS相比较，得出差值Ek=IS-I，主控制器根据Ek的正负大小，调节PID控制器，计算出本次电流调节的增量△Ik，然后根据前一次D／A芯片输出的电流Iq-1，计算本次的输出电流。PID控制器的参数由自行设计的混合最优算法确定。

　　4.1 混合最优算法设计

　　鉴于遗传算法收敛慢，易早熟，且对参数依赖性大，而直接搜索法在局部有很好的搜索能力。本设计综合利用两种算法的优良性能，克服各自的缺点，先用遗传算法在给定的区域上作“全局粗略”搜索，然后用直接搜索法对其中部分较优个体在这些个体所在极小区域作“局部精绌”搜索，找出它的极小值，反复进行，可以比较迅速地找出PID算法参数的全局最优解。

　　控制器ATmega128主要用来实现遗传算法参数自整定，数据存储器存储一些专家经验，用来初步确定整定目标域，同时也存储遗传算法的每代样本数据及控制参数。

　　严格地说，遗传算法的迭代何时停止，在理论上尚无定论。在许多应用实例中，若发现群体中个体的进化已趋于稳定状态，则迭代终止。对于PID参数自整定，调节过程进入相对稳定状态，则终止迭代算法。所以把迭代次数等于最大迭代数目M或者精度调节变化量小于某个预设值作为算法终止的条件，

　　混合最优算法流程图如图4所示。

　　4.2 软件实现

　　基于模块化思想，系统软件设计部分由C语言和汇编语言混合编写而成，发挥了C语言高效运算和快速开发以及汇编语言的灵活的特点。系统软件主要完成输出设定、电流调整等功能。包括主程序、A／D采样子程序、D／A输出电流给定值及按键控制、PID算法子程序、混合最优算法子程序、LCD显示等其他子程序。

　　主程序流程图如图5所示。

　　5 系统功能测试

　　(1)系统输出电流范围为10mA～4000mA；

　　(2)具有3种步长可选的电流步进功能，可通过“+”、“-”按键方便地进行正负步进调整；

　　(3)可交替显示电流的给定值和实测值，实际测量输出电流误差的绝对值≤测量值的0.1％+1mA；

　　(4)改变负载电阻，输出电压在10V以内变化时，输出电流的绝对值≤输出电流值的0.1％+1mA；

　　(5)纹波≤0.15Ma

　　6 结论

　　本数控直流电流源系统以Atmega128为主控制器，采用软硬件双闭环反馈方法，使电源的稳定性和输出精度得到保证，并有普通稳压源实现了稳流输出。通过按键来设置电流源的输出电流，设置步进级可选。在系统设计过程中，力求硬件电路参数合理，线路简单，发挥软件编程灵活的特点，通过多次调试，不断提高系统的精度和电流的稳定性，以满足系统的设计要求。