CN117055354A - 一种基于闭环控制算法的功率控制优化方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及功率控制技术领域，具体而言，涉及一种基于闭环控制算法的功率控制优化方法及装置，一定程度上可以解决闭环控制算法对系统的准确建模要求较高，系统参数的不确定性可能会影响控制效果的问题。包括：系统建模；设定期望功率输出；采集实际功率输出；计算误差；设计控制器；调节系统输入；监测系统响应；优化控制器参数；通过闭环控制算法实时监测系统的输出，并根据误差进行调节，可以使系统保持稳定运行，通过控制器的反馈调节，系统能够对外部扰动和变化做出快速响应，提高系统的稳定性，闭环控制算法可以根据期望功率和实际功率之间的误差进行调节，使系统的输出接近期望值，通过控制器的反馈机制，系统可以实现精确的功率控制。
Description
技术领域
本申请涉及功率控制技术领域，具体而言，涉及一种基于闭环控制算法的功率控制优化方法及装置。
背景技术
闭环控制算法的功率控制是一种通过反馈机制来实现对系统功率输出的调节和控制的方法，它基于系统的实际输出和期望输出之间的误差，通过控制器的反馈调节，使系统的输出接近期望值。
但是，闭环控制算法对系统的准确建模要求较高，系统参数的不确定性可能会影响控制效果，尤其在有源植入式医疗的无线通信系统中，系统的不确定将造成通信失效，从而造成疗法失效。
发明内容
为了解决闭环控制算法对系统的准确建模要求较高，系统参数的不确定性可能会影响控制效果的问题，本申请提供了一种基于闭环控制算法的功率控制优化方法及装置。
本申请的实施例是这样实现的：
第一方面，本申请提供一种基于闭环控制算法的功率控制优化方法，包括：
系统建模，对功率控制系统进行建模，得到功率控制系统模型；
设定期望功率输出，根据系统的要求和性能指标，设定期望功率输出；
采集实际功率输出，通过测量装置，实时采集系统的实际功率输出；
计算误差，根据所述期望功率输出及实际功率输出，计算得到功率误差；
设计控制器，基于所述功率误差，设计闭环控制器；
调节系统输入，根据所述闭环控制器的输出，调节系统的输入参数；
监测系统响应，实时对系统的响应进行监测，所述响应包括功率输出及系统的稳定性；
优化控制器参数，基于系统的响应，对所述闭环控制器的参数进行优化。
在一种可能的实现方式中，所述功率控制系统的输出公式为：
系统输出＝Kp*误差+Ki*积分误差+Kd*微分误差；
其中，Kp、Ki、Kd为控制器的比例、积分和微分增益，误差为期望功率与实际功率之差。
在一种可能的实现方式中，所述闭环控制器的输出公式为：
控制器输出＝∑(规则权重*输出值)；
其中，规则权重根据输入变量和输出变量的模糊集合及规则库进行模糊推理得到，输出值为期望功率与实际功率之差。
在一种可能的实现方式中，所述闭环控制器的优化公式为：
控制器输出＝调节参数*误差；
其中，调节参数根据系统的动态特性和误差进行自适应调整。
在一种可能的实现方式中，对系统进行建模的方法包括基于物理方程、经验模型及数据拟合。
在一种可能的实现方式中，对所述闭环控制器的参数进行优化的方法包括试错法、遗传算法、粒子群优化。
在一种可能的实现方式中，所述系统的输入参数包括电压、电流及频率。
在一种可能的实现方式中，实时监测系统的响应的方法包括通过传感器、仪表及监控系统进行监测。
在一种可能的实现方式中，所述实时对系统的响应进行监测，所述响应包括功率输出及系统的稳定性，进一步包括：
将系统的所述功率输出与期望功率输出进行对比，判断是否接近。
第二方面，本申请提供一种基于闭环控制算法的功率控制优化装置，包括：
系统建模模块，用于对功率控制系统进行建模，得到功率控制系统模型；
期望设定模块，用于根据系统的要求和性能指标，设定期望功率输出；
输出采集模块，用于通过测量装置，实时采集系统的实际功率输出；
误差计算模块，用于根据所述期望功率输出及实际功率输出，计算得到功率误差；
控制器设计模块，用于基于所述功率误差，设计闭环控制器；
调节输入模块，用于根据所述闭环控制器的输出，调节系统的输入参数；
系统监测模块，用于实时对系统的响应进行监测，所述响应包括功率输出及系统的稳定性；
控制器优化模块，用于基于系统的响应，对所述闭环控制器的参数进行优化。
本申请提供的技术方案至少可以达到以下有益效果：
本申请提供的基于闭环控制算法的功率控制优化方法及装置，通过闭环控制算法通过实时监测系统的输出，并根据误差进行调节，可以使系统保持稳定运行，通过控制器的反馈调节，系统能够对外部扰动和变化做出快速响应，提高系统的稳定性，闭环控制算法可以根据期望功率和实际功率之间的误差进行调节，使系统的输出接近期望值，通过控制器的反馈机制，系统可以实现精确的功率控制，减小误差并提高控制精度，闭环控制算法可以通过控制器的反馈机制对系统的外部干扰进行抑制，当系统受到干扰时，控制器可以根据误差进行调节，使系统恢复到期望的功率输出，提高系统的抗干扰能力，闭环控制算法可以根据系统的动态特性进行参数调整和优化，通过调节控制器的参数，可以改善系统的动态响应特性，使系统的响应更加迅速、平稳，提高系统的动态性能。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请一示例性实施例示出的基于闭环控制算法的功率控制优化方法的流程示意图；
图2是本申请一示例性实施例示出的基于闭环控制算法的功率控制优化装置的结构示意图。
附图标记：
1、系统建模模块；2、期望设定模块；3、输出采集模块；4、误差计算模块；5、控制器设计模块；6、调节输入模块；7、系统监测模块；8、控制器优化模块。
具体实施方式
为了使本申请的目的、实施方式和优点更加清楚明白，下面将结合本申请示例性实施例中的附图，对本申请示例性实施方式进行清楚、完整地描述，显然，所描述的示例性实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，本申请中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本申请的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。
本申请中说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似或同类的对象或实体，而不必然意味着限定特定的顺序或先后次序，除非另外注明。应该理解这样使用的用语在适当情况下可以互换。
术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖但不排他的包含，例如，包含了一系列组件的产品或设备不必限于清楚地列出的所有组件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它组件。
在对本申请实施例提供的基于闭环控制算法的功率控制优化方法进行解释说明之前，先对本申请实施例的应用场景和实施环境进行介绍。
闭环控制算法的功率控制是一种通过反馈机制来实现对系统功率输出的调节和控制的方法，它基于系统的实际输出和期望输出之间的误差，通过控制器的反馈调节，使系统的输出接近期望值。
但是，闭环控制算法对系统的准确建模要求较高，系统参数的不确定性可能会影响控制效果，尤其在有源植入式医疗的无线通信系统中，系统的不确定将造成通信失效，从而造成疗法失效。
基于此，本申请提供了一种基于闭环控制算法的功率控制优化方法及装置，解决了闭环控制算法对系统的准确建模要求较高，系统参数的不确定性可能会影响控制效果的问题。
接下来，将通过实施例并结合附图具体地对本申请的技术方案，以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。各实施例之间可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。显然，所描述的实施例是本申请实施例一部分实施例，而不是全部的实施例。
图1是本申请一示例性实施例示出的基于闭环控制算法的功率控制优化方法的流程示意图。
在一个示例性实施例中，如图1所示，提供了一种基于闭环控制算法的功率控制优化方法，本实施例中，该方法可以包括以下步骤：
步骤100：系统建模；
首先需要对功率控制系统进行建模，包括系统的输入、输出和内部动态特性等，建模可以基于物理方程、经验模型或数据拟合等方法。
步骤200：设定期望功率输出；
根据系统要求和性能指标，设定期望的功率输出。
步骤300：采集系统输出功率；
通过传感器或测量设备，实时采集系统的实际功率输出。
步骤400：计算误差；
将实际功率输出与期望功率输出进行比较，计算功率误差。
步骤500：设计控制器；
根据功率误差，设计闭环控制器，例如PID控制器或模糊控制器等；
步骤600：调节系统输入；
根据控制器的输出，调节系统的输入参数，例如调节电压、电流或频率等。
步骤700：.监测系统响应；
实时监测系统的响应，包括功率输出是否接近期望值以及系统的稳定性等。可以通过传感器、仪表或监控系统进行监测。
步骤800：优化控制器参数；
根据实际系统响应和性能指标，对控制器的参数进行优化，常用的优化方法包括试错法、遗传算法、粒子群优化等。
在一种可能的实现方式中，所述功率控制系统的输出公式为：
系统输出＝Kp*误差+Ki*积分误差+Kd*微分误差；
其中，Kp、Ki、Kd为控制器的比例、积分和微分增益，误差为期望功率与实际功率之差。
在一种可能的实现方式中，所述闭环控制器的输出公式为：
控制器输出＝∑(规则权重*输出值)；
其中，规则权重根据输入变量和输出变量的模糊集合及规则库进行模糊推理得到，输出值为期望功率与实际功率之差。
在一种可能的实现方式中，所述闭环控制器的优化公式为：
控制器输出＝调节参数*误差；
其中，调节参数根据系统的动态特性和误差进行自适应调整。
可以看出，本申请的一些实施例通过闭环控制算法通过实时监测系统的输出，并根据误差进行调节，可以使系统保持稳定运行，通过控制器的反馈调节，系统能够对外部扰动和变化做出快速响应，提高系统的稳定性，闭环控制算法可以根据期望功率和实际功率之间的误差进行调节，使系统的输出接近期望值，通过控制器的反馈机制，系统可以实现精确的功率控制，减小误差并提高控制精度，闭环控制算法可以通过控制器的反馈机制对系统的外部干扰进行抑制，当系统受到干扰时，控制器可以根据误差进行调节，使系统恢复到期望的功率输出，提高系统的抗干扰能力，闭环控制算法可以根据系统的动态特性进行参数调整和优化，通过调节控制器的参数，可以改善系统的动态响应特性，使系统的响应更加迅速、平稳，提高系统的动态性能。
应该理解的是，虽然上述实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，上述实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
与前述一种基于闭环控制算法的功率控制优化方法的实施例相对应，采用相同的技术构思，本申请还提供了一种基于闭环控制算法的功率控制优化装置的实施例。
图2是本申请一示例性实施例示出的基于闭环控制算法的功率控制优化装置的结构示意图。
在一个示例性实施例中，如图2所示，该一种基于闭环控制算法的功率控制优化装置包括：
系统建模模块，用于对功率控制系统进行建模，得到功率控制系统模型；
期望设定模块，用于根据系统的要求和性能指标，设定期望功率输出；
输出采集模块，用于通过测量装置，实时采集系统的实际功率输出；
误差计算模块，用于根据所述期望功率输出及实际功率输出，计算得到功率误差；
控制器设计模块，用于基于所述功率误差，设计闭环控制器；
调节输入模块，用于根据所述闭环控制器的输出，调节系统的输入参数；
系统监测模块，用于实时对系统的响应进行监测，所述响应包括功率输出及系统的稳定性；
控制器优化模块，用于基于系统的响应，对所述闭环控制器的参数进行优化。
关于一种基于闭环控制算法的功率控制优化装置的具体限定可以参见上文中对于基于闭环控制算法的功率控制优化方法的限定，在此不再赘述。上述一种基于闭环控制算法的功率控制优化装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述的实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于闭环控制算法的功率控制优化方法，其特征在于，包括：
系统建模，对功率控制系统进行建模，得到功率控制系统模型；
设定期望功率输出，根据系统的要求和性能指标，设定期望功率输出；
采集实际功率输出，通过测量装置，实时采集系统的实际功率输出；
计算误差，根据所述期望功率输出及实际功率输出，计算得到功率误差；
设计控制器，基于所述功率误差，设计闭环控制器；
调节系统输入，根据所述闭环控制器的输出，调节系统的输入参数；
监测系统响应，实时对系统的响应进行监测，所述响应包括功率输出及系统的稳定性；
优化控制器参数，基于系统的响应，对所述闭环控制器的参数进行优化。
2.如权利要求1所述的基于闭环控制算法的功率控制优化方法，其特征在于，所述功率控制系统的输出公式为：
系统输出＝Kp*误差+Ki*积分误差+Kd*微分误差；
其中，Kp、Ki、Kd为控制器的比例、积分和微分增益，误差为期望功率与实际功率之差。
3.如权利要求1所述的基于闭环控制算法的功率控制优化方法，其特征在于，所述闭环控制器的输出公式为：
控制器输出＝∑(规则权重*输出值)；
其中，规则权重根据输入变量和输出变量的模糊集合及规则库进行模糊推理得到，输出值为期望功率与实际功率之差。
4.如权利要求3所述的基于闭环控制算法的功率控制优化方法，其特征在于，所述闭环控制器的优化公式为：
控制器输出＝调节参数*误差；
其中，调节参数根据系统的动态特性和误差进行自适应调整。
5.如权利要求1所述的基于闭环控制算法的功率控制优化方法，其特征在于，对系统进行建模的方法包括基于物理方程、经验模型及数据拟合。
6.如权利要求1所述的基于闭环控制算法的功率控制优化方法，其特征在于，对所述闭环控制器的参数进行优化的方法包括试错法、遗传算法、粒子群优化。
7.如权利要求1所述的基于闭环控制算法的功率控制优化方法，其特征在于，所述系统的输入参数包括电压、电流及频率。
8.如权利要求1所述的基于闭环控制算法的功率控制优化方法，其特征在于，实时监测系统的响应的方法包括通过传感器、仪表及监控系统进行监测。
9.如权利要求1所述的基于闭环控制算法的功率控制优化方法，其特征在于，所述实时对系统的响应进行监测，所述响应包括功率输出及系统的稳定性，进一步包括：
将系统的所述功率输出与期望功率输出进行对比，判断是否接近。
10.一种基于闭环控制算法的功率控制优化装置，其特征在于，包括：
系统建模模块，用于对功率控制系统进行建模，得到功率控制系统模型；
期望设定模块，用于根据系统的要求和性能指标，设定期望功率输出；
输出采集模块，用于通过测量装置，实时采集系统的实际功率输出；
误差计算模块，用于根据所述期望功率输出及实际功率输出，计算得到功率误差；
控制器设计模块，用于基于所述功率误差，设计闭环控制器；
调节输入模块，用于根据所述闭环控制器的输出，调节系统的输入参数；
系统监测模块，用于实时对系统的响应进行监测，所述响应包括功率输出及系统的稳定性；
控制器优化模块，用于基于系统的响应，对所述闭环控制器的参数进行优化。
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