CN107172772B - 一种利用pid算法的数字调光控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用PID算法的数字调光控制方法，包括：S1：程序初始化，并设定初始设定值（功率恒定值）以及目标值的上、下限值，上、下限值分别为X、Y；S2：接收外部恒功率采样值Next_Point，并计算设定值MB和该采样值的当前差值ek_0，即ek_0=MB‑Next_Point；S3：计算目标值增量，得到目标值增减量Udk，并根据PID算法进行目标值调整，得到PID调整后的目标值Uk；S4：进行设定值和采样差值的交换；S5：对目标值与设定的限值进行比较，最后将经PID调整过的目标值返回主程序以更改输出频率。本发明的有益效果：采用PID算法公式改变输出频率调节并稳定功率，反馈电压高了就调高输出频率，反馈电压低了就降低输出频率，通过采样、PID计算的高速循环达到稳定输出功率的效果。

Description

一种利用PID算法的数字调光控制方法
技术领域
本发明涉及数字调光领域，具体来说，涉及一种利用PID算法的数字调光控制方法。
背景技术
在控制发光元件(例如气体放电灯，HID)的电路中，经常需要提供调整亮度(dimming)的功能。现有技术中主要有两大类调光方式，一种为模拟调光，其面临的一个很严重的问题是输出电流精度。几乎每个HID驱动都要用到某种串联电阻来辨别电流。电流辨别电压(VSNS)通过折衷低能耗损失和高信噪比来选定。驱动中的容差、偏移和延迟导致了一个相对固定的误差。要在一个闭环系统中降低输出电流就必须降低VSNS。这样就会反过来降低输出电流的精度，最终，输出电流无法指定、控制或保证。
另一种为当前应用广泛的数字调光，使用电路以相对于人眼识别力来说足够高的频率工作来改变光输出的平均值。但实际应用中仍存在功率不稳定等问题，驱动电流的过冲对HID芯片的寿命也会有一定的影响。
PID是工业控制上的一种控制算法，其中P表示比例，I表示积分，D表示微分。在过程控制中，按偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器（亦称PID调节器）是应用最广泛的一种自动控制器，它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点。如何将PID应用到数字调光电路中是当前研究的关键。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种利用PID算法的数字调光控制方法，能够通过PID算法改变输出频率调节并稳定功率。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种利用PID算法的数字调光控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：设定初始设定值MB和目标值的上、下限值X、Y；
S2：接收外部恒功率采样值Next_Point，并按下式计算设定值MB和该采样值的当前差值ek_0：ek_0=MB-Next_Point；
S3：计算目标值增量，得到目标值增减量Udk，并根据PID算法进行目标值调整，得到PID调整后的目标值Uk；
S4：进行设定值和采样差值的交换；
S5：对目标值与设定的限值进行比较，根据经PID调整过的目标值更改输出频率。
进一步的，所述步骤S3包括：
S31：根据公式Uk=Uk_1+ Udk，计算得到Udk值；
S32：根据公式
Udk=P×(ek_0-ek_1)+b×I×ek_0+D×(ek_0-2×ek_1+ek_2)得到PID调整后的目标值Uk；
其中：Udk是计算完的目标值增减量，Uk是PID调整后的目标值，Uk_1是目标设定值，P是比例系数，I是积分系数，D是微分系数，b是常数系数，MB是恒功率设定值，ek_0是当前设定值和目标值的差，ek_1是上一次设定值和目标值的差，ek_2是上二次设定值和目标值的差。
进一步的，所述步骤S5包括：
S51：若调整后的目标值Uk大于目标设定值的上限值，则使Uk 等于目标设定值的上限值X；
S52：若调整后的目标值Uk小于目标设定值的下限值，则使得Uk 等于目标设定值的下限值Y。
本发明的有益效果：采用PID算法公式改变输出频率调节并稳定功率，反馈电压高了就调高输出频率，反馈电压低了就降低输出频率，通过采样、PID计算的高速循环达到稳定输出功率的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的一种利用PID算法的数字调光控制方法的流程框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，根据本发明实施例所述的一种利用PID算法的数字调光控制方法，包括以下步骤：
一种利用PID算法的数字调光控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：设定初始设定值MB和目标值的上、下限值X、Y；
S2：接收外部恒功率采样值Next_Point，并按下式计算设定值MB和该采样值的当前差值ek_0：ek_0=MB-Next_Point；
S3：计算目标值增量，得到目标值增减量Udk，并根据PID算法进行目标值调整，得到PID调整后的目标值Uk；
S4：进行设定值和采样差值的交换；
S5：对目标值与设定的限值进行比较，根据经PID调整过的目标值更改输出频率。
进一步的，所述步骤S3包括：
S31：根据公式Uk=Uk_1+ Udk，计算得到Udk值；
S32：根据公式
Udk=P×(ek_0-ek_1)+b×I×ek_0+D×(ek_0-2×ek_1+ek_2)得到PID调整后的目标值Uk；
其中：Udk是计算完的目标值增减量，Uk是PID调整后的目标值，Uk_1是目标设定值，P是比例系数，I是积分系数，D是微分系数，b是常数系数，MB是恒功率设定值，ek_0是当前设定值和目标值的差，ek_1是上一次设定值和目标值的差，ek_2是上二次设定值和目标值的差。
进一步的，所述步骤S5包括：
S51：若调整后的目标值Uk大于目标设定值的上限值，则使Uk 等于目标设定值的上限值X；
S52：若调整后的目标值Uk小于目标设定值的下限值，则使得Uk 等于目标设定值的下限值Y。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。
在具体使用时，HID灯数字调光电子镇流器通过微处理器的高速采样，采集功率恒定电阻上的电压，反馈当前的功率大小，再通过PID算法公式改变输出频率调节并稳定功率。反馈电压高了就调高输出频率，反馈电压低了就降低输出频率，采样、PID计算高速循环，将恒功率设定值和差值比较并通过公式（1）计算出差值，再使用PID算法公式（2）计算出目标值（即输出频率）的增减量，最后用公式（3）计算出经PID算法调整后的目标值。
目标值的增量=P×（当前差值-上次差值）+b×I×当前差值+D×(当前差值-2倍的上次差值+上上次差值) 通过调整比例系数P、积分I、微分D以及控制积分I增减量运算的常数b，共同实现恒功率的高稳定度和高精度。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过将PID算法应用于HID灯数字调光中，根据反馈自动调节输出频率，使得电子镇流器输出功率达到恒定。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种利用PID算法的数字调光控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：设定初始设定值MB和目标值的上、下限值X、Y；
S2：接收外部恒功率采样值Next_Point，并按下式计算设定值MB和该采样值的当前差值ek_0：ek_0＝MB-Next_Point；
S3：计算目标值增量，得到目标值增减量Udk，并根据PID算法进行目标值调整，得到PID调整后的目标值Uk；
S4：进行设定值和采样差值的交换；
S5：对目标值与设定的限值进行比较，根据经PID调整过的目标值更改输出频率；
其中，所述步骤S3进一步包括：
S31：根据公式Uk＝Uk_1+Udk，计算得到Udk值；
S32：根据公式
Udk＝P×(ek_0-ek_1)+b×I×ek_0+D×(ek_0-2×ek_1+ek_2)得到PID调整后的目标值Uk；
其中：Udk是计算完的目标值增减量，Uk是PID调整后的目标值，Uk_1是目标设定值，P是比例系数，I是积分系数，D是微分系数，b是常数系数，MB是恒功率设定值，ek_0是当前设定值和目标值的差，ek_1是上一次设定值和目标值的差，ek_2是上二次设定值和目标值的差。
2.根据权利要求1所述的利用PID算法的数字调光控制方法，其特征在于，所述步骤S5进一步包括：
S51：若调整后的目标值Uk大于目标设定值的上限值，则使Uk等于目标设定值的上限值X。
3.根据权利要求1所述的利用PID算法的数字调光控制方法，其特征在于，所述步骤S5进一步包括：
S52：若调整后的目标值Uk小于目标设定值的下限值，则使得Uk等于目标设定值的下限值Y。
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